与传统的测试测量仪器供应商不同,NI一直将自己视作平台供应商,其核心是打造以LabVIEW软件为核心的开放式平台化技术,将传统的以厂商定义的台式仪器,转变成用户可 以自定义的开放系统,将更多的开放性、自主性交到客户手中,由他们去定义满足自身独特需求的测试测量仪器。

目前,无论在全球还是在中国市场,没有一个单一客户能够占据NI市场份额的15%以上,这也从一个侧面反映出NI业务领域的宽泛性。按照NI比较认可的说法来讲,就是“NI擅长的并不是某几个领域,而是擅长推出一些颠覆性的方式来进入这些领域。”而工业物联网,就是其中之一。

智能化工业物联网平台

根据埃森哲(Accenture)的研究报告,全球工业物联网市场规模在2012年即达到200亿美元,预计在2020年将超过5,000亿美元。同时,基于目前的投入水平,到2030年,预计工业物联网为世界经济带来的收益至少在10万亿美元;而基于持续增加的投入估计,到2030年,工业物联网带来的收益可达到14万亿美元。我国工业物联网规模同样庞大,Accenture的预测显示,未来15年中国将在工业物联网领域受益约1.8万亿美元,体量巨大,极具发展空间。

“无论是工业物联网还是消费类物联网,都能够通过NI的技术平台找到最佳落脚点。”NI中国技术市场工程师易曦露表示,在硬件层面,稳定、灵活的数据采集平台是NI最领先、最突出的产品,它贯穿了工业物联网监测、测试、控制、分析处理的全过程;在决策端,则是由基于云端的状态监测软件InsightCM提供。它其实更像一个数据管理方案,既可以用作网关,也可以与第三方的数据库或云平台相连,进而实现系统集群概念。

智能控制与分布式在线状态监测及设备故障诊断,是NI在工业物联网领域最为关注的两大应用方向。但易曦露也指出,数据在转化过程中基本上都遵循着二八原则,也就是说,80%的数据都没有得到很好地利用。因此,要想提高转化率,既需要效率更高、更加智能化的数据采集和控制的终端,也需要终端设备能够对这些数据进行实时的数据处理和预分析,从而将传统的工业设备变成一个个更加智能化的边缘计算节点。

“NI和其他做状态监测或自动化控制的设备商最大的区别在于,对方很难提出一个智能化、可定制化的概念。但是NI的平台除了稳定之外,还能够给客户提供尽可能高的灵活性,可以让他们根据自己的实际需求去进行二次开发,这是很多竞争对手无法实现的。”她说。

分布式在线状态监测及设备故障诊断典型案例

  •  杜克能源

作为美国最大的发电控股公司,杜克能源具备火电、风电、核电等多样化能源组合,但厂房老化、发电厂运行效率低下、预测性维护能力不足等是该公司面临的重大挑战。“举例来说,在部署我们的方案之前,杜克能源已有的预测性维护措施中80%用于数据采集,仅20%用于分析;监测和诊断中心可提供一定帮助,但却仅局限于现有过程数据,除非购买更多仪器,否则很难给出准确结果;一些新的技术,比如FGD、ZLD、CT-CC等,成本又太高。”NI中国物联网市场经理崔鹏说。

于是,杜克能源找到了NI,希望能通过部署一套完整的端到端解决方案来解决自身所面临的困境,SmartGen项目由此诞生。最终,历经5年时间,在基于InsightCM和CompactRIO方案的基础上,NI从预测性维护和设备加强管理等维度入手,帮助其实现了60个以上电厂的智能监测。截至今年,已帮助杜克能源预测到的故障损失折合现金约为3,000万美元,远高于项目成本。

  •  Flowserve状态检测

Flowserve是一家历史超过220年,拥有16000名员工,年营业额达50亿美元的公司。通过与NI开展深入合作,采用LabVIEW和具有工业级Wi-Fi无线功能的CompactRIO控制器来采集温度、压力、流速、振动和功率等传感数据,实现泵的在线监测,原始数据速率达到2.5MB每秒。系统将这些数据发送到PTC的ThingWorx分析引擎,从而在仪表板上可以看到所有需要监测的能耗指标,以及故障预警提示。同时,通过使用 LabVIEW和最新的InsightCM软件开发工具包,来配置和管理CompactRIO系统,帮助Flowserve从一个设备扩展到上百甚至上千台设备的资产管理。

此外,这套系统还结合了增强现实技术,可以在iPad上看到所有的传感器的数据叠加到泵的原始图像上,并提供一个分解的CAD模型来指导你进行轴承更换。这对需要维护成百上千个设备的专家人员来说是非常有帮助的。

但在易曦露看来,不要说工业物联网概念本身在国内刚刚起步,就是状态检测这一细分领域由于从部署到见效周期长,很多中国用户目前的系统配置水平也还达不到先进的大数据分析和管理水平,所以NI更愿意通过生态系统帮助合作伙伴共同成长。

北京天泽智云,这是一家NI在故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)领域的合作伙伴。通过基于平台化系统设计方案,NI为他们定制开发了面向工业物联网领域端到端的解决方案,通过工业智能算法引擎与赋能平台及数据分析服务,帮助其实现工业设备的实时健康管理与预测性维护。

智能控制案例

  •  空中客车

与分布式在线状态监测及设备故障诊断不同,空客公司使用NI模块系统(SOM)开发用于未来工厂的智能工具,更多的体现了NI解决方案在工业物联网中所扮演的智能控制的角色。众所周知,飞机的开发涉及数万个步骤,必须由操作人员逐一完成,而且要多次检查才能够确保质量。由于是手动操作,因此人为错误会增加生产过程中的风险。换句话说,只要某个位置没有正确拧紧,长期下来就会产生数十万的费用,因此这是非常严重的问题。

借助NI模块系统(SOM),空客公司快速开发出了智能拧紧工具的原型。这套系统通过视觉功能来理解操作人员即将执行的任务,进而处理其周围环境并自动设置扭矩,并将任务结果记录到中央资料库中,以确保该位置的正确设置。此外,设备的中央制造执行系统(MES)数据库和分布式智能,可帮助生产经理在进行质量控制与认证时精准地找到需要检验的程序和流程,从而简化生产过程,提高生产效率。

新一代工业物联网通信协议TSN

易曦露还特别提到了新一代工业物联网通信协议TSN(时间敏感网络),它拥有高精确的分布式时间同步机制,该机制基于IEEE 1588协议以保证分布式系统数据传输的同步精度。今年,NI与合作伙伴英特尔、思科共同发布抢先版,这也是业内第一台具有TSN功能的工业控制器,将为用户开发分布式控制和测量应用提供极大的便利。目前已经有多个领域取得了初步的成果,如半导体加工设备、精确电脑数值控制机械、汽车硬件在环验证以及智能电网控制。

“NI之所以希望推动TSN标准快速落地,其目的就在于希望能够用统一的标准来支持所有设备和机器实现互联互通。”易曦露说,2016年,NI只有CompactRIO支持TSN标准,而在今年的NI WEEK上,NI又最新发布了两款支持TSN标准的多槽以太网机箱—cDAQ-9185和cDAQ-9189,旨在通过对TSN和工业CompactDAQ硬件的投入,让NI在分布式测量领域更进一步。

在案例分享中,中国科学院近代物理研究所正是采用了支持TSN标准的NI CompactRIO 硬件平台,结合NI LabVIEW 图形化编程环境设计了一个4通道同步采集、单次剖面1ms数据处理的重离子加速器HIRFL束流剖面探测器数据获取系统。这也是目前中国规模最大、加速离子种类最多、能量最高的重离子研究装置,主要技术指标达到了国际先进水平。

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