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        基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理研究

        2022-03-12 07:01:22王殿軍李軍令孫甲男
        中國設(shè)備工程 2022年5期
        關(guān)鍵詞:管理

        王殿軍,李軍令,孫甲男

        (大眾汽車有限公司,吉林 長春 130013)

        1 前言

        模具素有工業(yè)之母之稱,是點(diǎn)鐵成金的工業(yè)印鈔機(jī)。模具在世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位,是衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。同時,模具屬于昂貴的公司資產(chǎn),又影響著產(chǎn)品的交付,因此,模具的管理十分重要。

        對于汽車制造業(yè)來講,汽車零件的質(zhì)量七分靠模具,三分靠工藝。而汽車模具的質(zhì)量七分靠管理,三分靠制造。因此,為有效提升汽車零件質(zhì)量,汽車模具全生命周期管理是供應(yīng)鏈升級的關(guān)鍵保障。而對汽車生產(chǎn)企業(yè)來說,由于汽車模具數(shù)量龐大、種類繁多,傳統(tǒng)的管理方法缺乏針對模具的有效管理手段,只能采用效率低下、信息精準(zhǔn)性差、管理成本高的人海戰(zhàn)術(shù)??紤]到傳統(tǒng)模具管理手段對模具盤點(diǎn)數(shù)據(jù)、模具實(shí)際位置、生產(chǎn)狀況、閑置情況、是否損壞丟失和模具狀態(tài)等無法清晰了解。因此,利用智能化的手段進(jìn)行模具管理已是生產(chǎn)企業(yè)的迫切需求。針對這一現(xiàn)狀,本文提出了一種基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理方案。

        2 研究現(xiàn)狀

        2.1 傳統(tǒng)模式

        如圖1所示,傳統(tǒng)汽車模具全生命周期管理方案采用表格監(jiān)控模具狀態(tài)。這種方式有明顯的弊端,主要體現(xiàn)在傳輸節(jié)點(diǎn)多、數(shù)據(jù)有效性差、無法實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效監(jiān)控,以及模具位置、壽命、產(chǎn)能、狀態(tài)等重要數(shù)據(jù)完全靠手工傳遞,工作浮于形式等。

        圖1 傳統(tǒng)汽車模具全生命周期管理方案

        2.2 問題分析

        針對傳統(tǒng)汽車模具全生命周期管理方案的特點(diǎn),模具行業(yè)普遍存在以下三大痛點(diǎn):(1)人力成本高、人工誤差無法避免。采用人工記錄方式進(jìn)行模具管理,人力成本高,效率低。人工定期手寫記錄模具工期,不可避免地存在人工誤差。抄表記錄合模次數(shù),機(jī)械計數(shù)器故障后難以準(zhǔn)確統(tǒng)計模具使用壽命。(2)生產(chǎn)決策缺乏科學(xué)依據(jù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,難以確定模具保養(yǎng)周期,造成模具故障率高,使用壽命折損,產(chǎn)線生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量也受到影響。(3)模具利用率低。生產(chǎn)制造企業(yè)面向單一需求個性化定制模具,一方面,在使用后模具閑置;另一方面,存在重復(fù)開模的情況,造成資產(chǎn)浪費(fèi),增加生產(chǎn)成本。

        總的來說,傳統(tǒng)模具管理手工化,模具狀態(tài)變化依靠手工跟蹤,準(zhǔn)確性差,時效低,無風(fēng)險管理和重點(diǎn)監(jiān)控。因此,基于NBIOT技術(shù),本文將提出一種智能的方案對汽車模具進(jìn)行管理。

        3 NBIOT技術(shù)

        NBIOT(Narrow Band Internet of Things)技 術(shù),即窄帶物聯(lián)網(wǎng),是一種專為萬物互聯(lián)打造的蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)。NBIOT具有占用帶寬窄的特點(diǎn),只需約180kHZ,并使用License頻段,可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式,與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存,并且能夠直接部署在GSM、UMTS或LTE網(wǎng)絡(luò),即2/3/4G網(wǎng)絡(luò)上,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用,降低部署成本,實(shí)現(xiàn)平滑升級。

        移動網(wǎng)絡(luò)作為全球覆蓋范圍最大的網(wǎng)絡(luò),其接入能力可謂得天獨(dú)厚,因此,相較WIFI、藍(lán)牙、ZIGBEE等無線連接方式,基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的NBIOT連接技術(shù)的前景更加被看好,已經(jīng)逐漸作為開啟萬物互聯(lián)時代的鑰匙,而被商用到物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中。圖2所示,為NBIOT技術(shù),與圖3的原有無線方案相比,具有以下所示的優(yōu)勢:(1)廣覆蓋。相比現(xiàn)有的GSM、寬帶LTE等網(wǎng)絡(luò)覆蓋增強(qiáng)了20dB,信號的傳輸覆蓋范圍更大(GSM基站目前理想狀況下能覆蓋35km)。(2)大連接。相比現(xiàn)有無線技術(shù),同一基站下增多了50~100倍的接入數(shù),每個小區(qū)可以達(dá)到50K連接,真是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)所必須的海量連接。(3)低功耗。終端在99%的時間內(nèi)均處在休眠態(tài),并集成多種節(jié)電技術(shù),待機(jī)時間可達(dá)10年。(4)低成本。硬件可剪裁,軟件按需簡化,確保了NBIOT的成本低廉。NBIOT通信單模塊成本不足5美元。

        此外,NBIOT因其適用的場景,還具有低速率和低移動性的特點(diǎn):(1)低速率。多點(diǎn)上行速率僅為56kbps,理想下行速率為21.25kbps。(2)低移動性。僅支持終端設(shè)備在30km/h的移動速率下實(shí)現(xiàn)小區(qū)切換,遠(yuǎn)低于4G支持250km/h的速率(高鐵專網(wǎng)可達(dá)450km/h)。

        圖2 NIBOT方案

        圖3 原有無線方案

        4 基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理研究

        考慮到NBIOT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)提出一種基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理方案。如圖4所示,基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理方案具有以下優(yōu)勢。

        圖4 基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理方案

        (1)端云直連。采用NBIOT蜂窩網(wǎng)絡(luò)部署較原有無線方案優(yōu)勢明顯,實(shí)現(xiàn)了終端——云平臺的直接連接,無需再配套安裝路由器、光纖貓等設(shè)備,無需建基站,大大降低了成本??呻S時隨地上報數(shù)據(jù),突破廠區(qū)、園區(qū)等地限制。(2)超強(qiáng)續(xù)航。采用低功耗芯片結(jié)合低功耗NBIOT模組的方案,待機(jī)功率僅為50ua,在滿足基本應(yīng)用場景的前提下,最大限度地節(jié)省電能損耗,僅使用鋰電池即可達(dá)到6年以上的使用壽命,節(jié)省大量安裝、維護(hù)成本。(3)精確計數(shù)。計數(shù)方式采用磁感技術(shù),比物理開關(guān)更加敏感、快速,壽命更長。

        4.1 工具及環(huán)境

        開發(fā)環(huán)境為JDK1.8。版本管理工具為Git。后端開發(fā)IDE為IntelliJ IDEA。后端開發(fā)架構(gòu)為dubbo。前端開發(fā)技術(shù)為vue。前端開發(fā)IDE為Visual Studio Code。

        4.2 關(guān)鍵技術(shù)

        (1)采用MySQL集群、MongoDB集群、RabbitMQ集群技術(shù),實(shí)現(xiàn)模具物聯(lián)大數(shù)據(jù)處理高可靠性、海量存儲、高穩(wěn)定性等功能,使得平臺故障恢復(fù)時間小于30分鐘、無限擴(kuò)容和年平均無故障時間大于99%。(2)采用ETL數(shù)據(jù)清理、轉(zhuǎn)換、集成技術(shù),實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)預(yù)處理、轉(zhuǎn)換,提高業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)40%的處理效率。(3)采用Hive/Hadoop集群技術(shù),實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)集群計算和處理。(4)采用BI商業(yè)智能可視化技術(shù),實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)可視化、決策、分析,支持多屏互動、在線設(shè)計并展示、大數(shù)據(jù)建模等。(5)采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法,支持線性回歸、邏輯回歸、聚類等常用機(jī)器學(xué)習(xí)算法等核心技術(shù),實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)算法的無縫對接和算法無限擴(kuò)容。

        4.3 平臺架構(gòu)

        基于云平臺的3層架構(gòu),COSMOPlat模具物聯(lián)大數(shù)據(jù)管理平臺系統(tǒng)主要包括應(yīng)用層(SaaS)、平臺層(PaaS)和IaaS層等系統(tǒng)模塊,具體如下圖所示:(1)IaaS層:云基礎(chǔ)設(shè)施層,對服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化,向PaaS層提供數(shù)據(jù)存儲、計算服務(wù)、負(fù)載管理、備份等虛擬軟件服務(wù)。(2)PaaS(平臺)層:主要分為基礎(chǔ)服務(wù)組件和業(yè)務(wù)中間件兩部分。諸如MySQL、Redis、MongoDB、RabbitMQ基礎(chǔ)服務(wù)組件主要為應(yīng)用層提供大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)服務(wù)。業(yè)務(wù)中間件主要包括應(yīng)用開發(fā)組件、工業(yè)微服務(wù)組件庫、數(shù)據(jù)建模和分析、大數(shù)據(jù)處理等中間件。(3)SaaS(應(yīng)用)層:主要分為模具物聯(lián)、增值服務(wù)、資源生態(tài)三大部分的業(yè)務(wù)應(yīng)用。其中,模具物聯(lián)具備資產(chǎn)管理、提質(zhì)增效、資產(chǎn)體驗(yàn)、資產(chǎn)分析和可視化等核心功能;增值服務(wù)具備模具設(shè)計、模具制造、資源再生、模具維保等核心功能。資源生態(tài)具備資源超市、設(shè)備共享、產(chǎn)學(xué)研、合作伙伴等核心功能。

        圖5 平臺構(gòu)架

        5 結(jié)語

        生命周期管理對汽車模具制造業(yè)而言是一種非常靈活高效的管理模式。隨著汽車產(chǎn)業(yè)市場競爭越來越激烈,要求配套的汽車模具工廠必須做出快速反應(yīng)和應(yīng)對策略,而傳統(tǒng)的模具生命周期管理方法效率低下、信息精準(zhǔn)性差、管理成本高。因此,采用提出的基于NBIOT的信息化汽車模具生命周期管理方案將有效地提高信息傳輸精度、降低操作成本。有利于項(xiàng)目部之間的信息交流和協(xié)同作業(yè),能夠顯著提高企業(yè)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益,使企業(yè)在瞬息萬變的市場中具有持續(xù)的競爭力。

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