賦能智造，從NI軟硬件技術看工裝智能化

美國國家儀器(簡稱NI)，一直以來都在強調自己平臺化，寬領域的戰(zhàn)略……每年中國的NIDays上NI都會推出幾個本土精選應用案例，并發(fā)布對于前沿趨勢的預判，今年也不例外，今年的NI已經實現了對于眾風口行業(yè)的全面覆蓋，IIOT，5G，ADAS，半導體測試等多個領域中，大放異彩。讓我們一起聚焦國際工業(yè)自動化 執(zhí)行主編 張振鈺的“觀后感”。

賦能是最近比較活躍的一個詞匯，筆者估計可能是受到了EMPOWERING這個詞的啟發(fā)，在美國國家儀器（簡稱NI）在2017年的NIDays上，NI也用到了這個時尚的詞匯，并以“賦能制造，智領未來”命名了本次會議的主題，很符合NI一直以來的slogan，EMPOWERING INNOVATION。

美國國家儀器(簡稱NI)，一直以來都在強調自己平臺化，寬領域的戰(zhàn)略，產品亦是工程人離不開的日常工具，合作伙伴和行業(yè)案例幾乎上天入地無所不涉及。每年中國的NIDays上NI都會推出幾個本土精選應用案例，并發(fā)布對于前沿趨勢的預判，今年也不例外，今年的NI已經實現了對于眾風口行業(yè)的全面覆蓋，IIOT，5G，ADAS，半導體測試等多個領域中，大放異彩。



NI采用的是一套通用平臺的架構，但這個通用架構卻能夠滲透到不同行業(yè)，其強大性能功不可沒

NI今年再次強調了自己軟件硬件方面強勁的性能和卓越的數據處理能力以及可重配置性，其實看看這幾個風口就能知道數據處理性能有多重要了，NI技術市場經理湯敏女士也強調，NI盡可能的把平臺打造的足夠的優(yōu)秀，為多個領域里的合作伙伴能夠有足夠的項目開發(fā)時間，節(jié)省不必要的硬件技術學習。

作為工業(yè)媒體，今年我們關注的重點依舊在NI的IIOT領域，而今年NI在該領域也已取得了令人矚目發(fā)展。

制造型企業(yè)目前在數字化與智能化方面正在經歷著大躍進式的轉型，幾乎是一夜間，大家都反應過來了，認識到了互聯互通是工業(yè)信息化發(fā)展的基礎，IIOT概念非常迅速的被整個行業(yè)所認同，但其實早在2015年的NIDays上，NI已經對于IIOT的未來發(fā)展趨勢進行了探討，當時剛剛宣布中國制造2025成為了國家戰(zhàn)略。在2018年，NI認為工業(yè)在信息技術方面的應用會出現爆發(fā)式發(fā)展，也將有非常多的新技術會出現，大批項目落地。



美國國家儀器技術市場主管劉旭陽向媒體講解NI眼中IIOT市場存在的機會

NI技術市場主管劉旭陽總結的IIOT市場機會包括：

在機器端監(jiān)測以提升工藝，生產效率，提升物料分配優(yōu)化的生產環(huán)節(jié)。
提升運維技術，降低成本，在大型項目關鍵設備上加入監(jiān)測設備，來定時描述其運行情況，來保持大型設備的運行穩(wěn)定，降低停機時間。
大型復雜分布式系統(tǒng)的設備資產管理問題。
軟件配置，保證監(jiān)測系統(tǒng)安全，運維系統(tǒng)安全。在不同工況對不同的監(jiān)測體系來進行配套，有效的將數據進行管理，這就需要形成IIOT。
機器學習，用數據對模型進行擴充，當模型成熟后，對IIOT網絡中即將產生的問題進行預測。

1 落地工裝智能化

在工業(yè)生產中，成本總是一個繞不過去的話題。傳統(tǒng)意義上，為了能夠保證設備的正常工作，系統(tǒng)就要設計大量的設備冗余，這樣一旦主設備出現問題，備用設施就可以啟動，但這樣會造成大量設備的閑置，而備用設施盡管不用也需要周期性維護，產生維護冗余，投資成本龐大。

繼去年的長光衛(wèi)星后，今年NI與中車四方車輛有限公司和北京天澤智云科技有限公司合作的PHM（Prognostics Health Management，故障預測與健康管理）案例成為了今年NIdays最大的亮點。

NI邀請到了中國中車青島四方機車車輛有限公司國家工程實驗室試驗部主任張志強來介紹四方機車目前的運維情況，目前的中車青島四方車輛有限公司對其高鐵的軸剎軸承實施的是周期性維修。達到240萬公里的四，五級修就需要返廠，也就是中車四方制造廠。其余的一級修、二級修、三級修等，均在鐵道部動車所維護，根據里程不同，維護等級也不同。為了保證質量，中車實施了維護無差別對待。無論器件的狀態(tài)好壞，全部進行更換，浪費相當嚴重。通過PHM就能夠把這種定期的，周期性維修改為根據狀態(tài)進行維修和可預測性維修，節(jié)約大量的費用。目前PHM項目只做了這個高鐵的軸剎軸承，下一步將會延展至它的牽引系統(tǒng)。



四方車輛股份有限公司借助NI平臺實現了故障識別率超過90%

此外，未來還會對舒適度和安全性進行監(jiān)測，對車輛的安全性能和動力學性能和整車的運行與運行性能和安全舒適度進行監(jiān)控，對車輪進行選擇性的旋修，降低不必要的成本開銷。隨著中國高鐵的出口，估計PHM項目能產生的效益是千億級別的，不管從車輪，機械結構，還是從電氣系統(tǒng)各個方面來說，它節(jié)約的費用對國家和四方機車而言幫助都是巨大的。

2 智能化成功取決于平臺的能力

今年其實不光是NI，很多工業(yè)廠商都推出了自己的預診斷和預維護方向應用，名字看起來雖然一樣但實際有較大差別，數據采集系統(tǒng)中，實時不間斷的多點采集與間斷式的單點采集所消耗的硬件性能區(qū)別非常大。如果只是監(jiān)控一個開關，那么這種預維護其實消耗不掉多少硬件性能，因為產生的數據量很低，但是如果是對高速運動設備的實時監(jiān)測，甚至對整個項目運行情況監(jiān)測與分析的時候，就需要對多類型的參數進行模擬，需要擁有應對大數據的處理的能力，而后期數據的分析，軟件配置和算法也是技術核心之一。



從開始原型化設計，到前期的一些技術的攻關驗證，到最終能夠在青島四方動車這邊落地，只花了一周到兩周的時間。美國國家儀器行業(yè)市場經理崔鵬介紹，速度是NI平臺的優(yōu)勢。通過模塊化的，可重配置的開放的架構，能夠去快速的滿足原型設計需求。NI與天澤智云和四方機車的三方合作，實現了將目前在工業(yè)智能領域最新的技術落地。

來自北京天澤智云科技有限公司研發(fā)副總裁劉宗長先生在選擇NI平臺之前也進行了利害分析，由于系統(tǒng)的開放性天澤智云可以將很多算法集成到NI的CompactRIO的IT環(huán)境當中運行。InsightCM™狀態(tài)監(jiān)測軟件，從數據管理，到前端的硬件管理，再到后面的算法管理，也都能夠提供相應開發(fā)組件。為了滿足客戶需求，天澤智云在此基礎上做了大量的二次開發(fā)，從整個樣機的研發(fā)過程當中，深刻體會到NI平臺對研發(fā)速度的提升。



NI全球技術與市場總監(jiān)Rahman Jamal(右)，天澤智云技術研發(fā)副總裁劉宗長(左)

Rahman先生也對NI在硬件性能優(yōu)勢做了補充，最近幾年可以說摩爾定律已經有些失效了，CPU廠商的頻率更新變慢，為了能夠進一步提高硬件性能，NI提出了打破摩爾定律的口號，從單核走向多核甚至異構，CompactRIO其實就是一個比較典型的通過基于FPGA和異構架構來進一步提高性能，它的性能遠遠強于傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)和硬件，今年NI基于LabVIEW還推出了機器學習toolkit，這樣一個機器學習的工具包，與高性能數據處理硬件CompactRIO相輔相成，應用于大數據機器學習，和邊緣計算的領域當中。



博達維科技的AI應用雖然是面對于半導體測試，但足以證明NI平臺的性能之強勁，工業(yè)物聯網面對的是數據的暴增，機器學習應用正好是考驗硬件性能的時刻

此外NI在不同的國家都在推動一些領先技術的落地。其中一個形式就是建了很多的IIoT實驗室，在奧斯汀總部NI有一個IIoT的一個實驗室，與PTC、HPE，賽靈思，英特爾合作，進一步加強技術實力和NI平臺的性能。



IIOT也好ADAS應用也罷最終都和平臺的性能相關。如果要想快速測試和實現原型開發(fā)就必須要硬件能力強，歸根結底還是數據處理和可重配置能力，這兩點都是NI的強項。

3 Systemlink與TSN成工業(yè)生態(tài)的發(fā)力點

NI估計未來會有95%的重型裝備企業(yè)和高端裝備企業(yè)，會到中國2025或者是IIOT的框架下做一種探索。工業(yè)領域與其他行業(yè)在市場上的區(qū)別在于，行業(yè)分散，地域分布較廣，內陸與沿海地區(qū)均存在著非常強的工業(yè)企業(yè)，這在高端裝備領域尤甚。這種情況下，運維系統(tǒng)部署越多，管理問題越突出，遠程的節(jié)點隨著大型設備的部署會變得非常多，設備運維會讓部署者花很大的力氣。

那么這時低延遲的網絡其實就變成了一種剛需，TSN的優(yōu)勢在于可以實現低于100納秒的數據同步，與現有工業(yè)網絡協議可以實現共存，無論是Profinet還是OPC UA或是EtherCat， TSN均可實現兼容，自去年CompactRIO平臺升級后，今年對CompactDAQ平臺也實現了對TSN網絡的兼容。



資產管理既然已經被NI斷定是IIOT重要的市場方向，那么Systemlink也將成為工裝智能化的核心軟件。NI在工業(yè)領域依舊會強調自己的“平臺”的屬性，與有些企業(yè)的封閉式架構不同，Systemlink的出現也是非比尋常，因為它具備在工業(yè)領域通過與合作伙伴合作，構建生態(tài)的潛力。

Systemlink具備三個比較重要的功能，系統(tǒng)的管理，數據的管理，軟件管理和部署。

相當于設備、軟件和數據，這三個層面已經完整的把OT和IT結合起來，形成完整的工業(yè)物聯網體系?；谶@樣的架構和平臺，未來NI將支持高鐵、核電這樣一些行業(yè)的智能化落地。與像天澤智云這樣的合作伙伴形成生態(tài)互相支持，在數據的層面上做更多價值的挖掘。

未來，NI也會把InsightCM的底層架構移植到Systemlink這樣的架構中去，增強PHM運維能力，形成NI在測量、測試、驗證、監(jiān)測整個領域的一個統(tǒng)一的架構。

當這樣的格局形成的時候，NI的IIOT生態(tài)就可以完全圍繞Systemlink來做整合，為用戶在智能制造，智慧電網、智慧核電，還有智慧高鐵，甚至智能網聯汽車，車聯網領域提供更多的技術與支持，而傳統(tǒng)工業(yè)廠商在硬件平臺性能以及軟件設計能力的缺陷，也會因為加入這個生態(tài)以后的到彌補，獲得更大的發(fā)展空間。