目前,云平台、工业互联网发展趋势是更好地应用数据。为什么工业互联网的应用没有像电子商务那么好?很重要的一点就是对这个数据背后的工业知识理解得不是很深刻。应用好数据,首先要挖掘出数据背后的知识。计算机专业出身的人了解数据、了解信息系统、了解复杂的计算,但是对数据后面的工业知识了解不多。而了解数据背后知识的工程技术人员,对计算机和系统又不是很了解,特别是现在云平台这样的系统。这是现在工业互联网所遇到的很大的一个问题。
工业互联网,首先是工业,其次是以工业为背景的互联网。如果不熟悉工业,只拿工业互联网概念来套,把工业数据往上一放就认为是工业互联网,就会出现问题。目前对工业互联网的两大问题认识不深刻。第一是对工业互联网数据背后的专业知识重视程度不够。若不去深入地理解和挖掘数据背后的知识,就不太可能很好地利用工业数据。第二是工业数据和商业数据不完全一样,商业数据如销售数据、人的行为数据都是静态数据,但是工业数据是一个动态数据,如发动机的功率、效率是时时刻刻在变化的。静态数据和动态数据有很大的差别,静态数据相对容易处理一些,使用起来方便,但动态数据却不一样。工业数据使用过程中对准确率、精度的要求比商业数据要高,比如说故障诊断,判断故障不能出错,误判、漏判都是问题。如果准确率不能达到80%~90%的话,则故障诊断是无效的;精度达不到70%~80%,则无法使用。若出现漏判、误判,各种投诉和报修都会增加,也不一定能节省成本。
首先,数字矿山。对矿山客户来说生产设备的工况信息主要是设备的监控信息,可以用来调度计量,提升运行效率。三一重工只需把数据采集上来,就可以帮助矿山来进行调度计量和资源的优化配置,从而实现矿山的数字化,提高效率。目前,我们将GPS定位精度从过去的米级提升到亚米级,误差要小于1米。另外,使用电子围栏、3D航拍解决计量调度的问题。这些技术尽管不能做到无人驾驶,但是可以提供亚米级定位以方便导航。所有的智能科技都是为了提升效率,包括各种设备的效率和经营效率等。计量和调度是企业必须解决的问题,不对输入和产出进行计量就没有合理的调度,那么无人化或少人化所带来的效益很快就会浪费掉。
其次,故障预诊断。目前三一重工的服务都是被动服务,故障出现后有数据表明出现了故障或客户报修,然后再去维护。如果公司能够实现快速修复,客户就会更满意,但若无法进行快速修复就会耽误施工。所以有两个因素在故障预诊断中起着很重要的作用:第一个是设备的出勤率,如果矿山工期要求紧而设备出勤率不够会影响整个工程的进度,带来的后果十分严重;第二个是如果早期能够预测到故障,并在其没造成破坏的时候进行维护和及时处理,能使故障不扩散。所以三一重工希望把被动服务变成主动服务,其中有两大目标:一是设备不停工,二是故障不扩散。如果能做到这两点,那在高端应用中特别是矿山这类应用中就具有很强的竞争力。除了经济效益外,设备的出勤率也是服务和质量好很重要的一个指标。如果想保证高出勤率,则备品备件需要提前准备,但是经济效益就会打折扣。如果能提前预测到故障,那么就可以接近设备不停工、故障不扩散的目标。
我们在开展故障预诊断时会重点考虑几个综合健康指数:
一是燃油经济性,就是油耗指标。工程设备是生产工具,它们的生产和消耗是客户很关心的问题。(www.daowen.com)
二是压力指数。生产工具的压力是否达标是一个很重要的指标。
三是温度。如果设备有异常,其自身能量就会转化成为自身的热量在温度上体现出来。夏天环境温度很高,容易出故障,而一旦出现问题就可以立马觉察到;但在冬天,由于环境温度很低,异常发热是不容易发现的,如在这种情况下也能够及时发现异常,则对设备的效率、健康是有很大帮助的。
四是控制的稳定性。在正常的情况下,性能应该不会发生变化,控制器针对设备健康性能进行控制。如果设备失控或波动很大而控制器又不会变化,那唯一发生变化的就是被控对象的数学模型、科学法则的变化。通过这个指标也能从整体上发现设备的异常。
这里所说的预诊断是对异常的判别,健康管理包括异常判别和故障定位。目前,异常判别在工业领域的应用不是很好,除了一些特殊装置如航空发动机、风机、水能发动机等,这类旋转设备是重复性的,信号比较有规律,通过压力传感器检测振动,通过频谱分析来判别设备异常,经过十多年的发展,对异常的判别已经比较成熟。而对非重复的、工况随时变化的设备进行异常判别是很艰难的,如果能够知道异常,再进行故障定位,效果就会更好一些。
最后,无人化、全自动化。设备最重要的目的是提高自主性来代替人的工作,追求的最终极目标就是自动施工。对于工程挖掘机这样的设备,全自动化暂时还无法实现,一方面采用液压系统,在世界范围内除了卡特彼勒在2018年推出一款电控手柄是纯电控的设备以外,还没有其他工业应用产品;另一方面姿态测量比较困难,如挖掘机工作装置的测量和斗尺、斗肩位置的测量,挖掘机六自由度不停移动,工作装置六自由度不停变动,所以它的测量就比较困难。根据三一重工目前的3D测量技术,X、Y、Z三个方向能做到3厘米的精度。有了施工姿态的测量以后才可能形成闭环,有闭环以后才可能形成全自动控制。因此,现在首先要解决全电控问题,把液压手柄、液压操作变成电操作,类似于现在的线控;其次是3D测量形成闭环;最后再进行路径规划和施工策略规划等。但实现起来还有很多困难,如路径规划时要考虑路况检测、生命体检测、避障及房屋碰撞等问题。此外,还要考虑限制条件,在有限作业空间内进行操作机械的行程是多少等,相当于把工程机械变成工程机器人。
总的来说,工业互联网还是要着眼于“工业”这两个字,需要关注数据背后的知识和工业数据所特有的问题。特别是很多计算机、人工智能出身的研究人员把“工业”两个字理解得太简单,他们认为处理的就是数据,处理数据以后就能得到结果。但是数据背后是知识,对知识都不了解,研发过程中就很难把控到关键点。
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