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工业设备“上云”的现状、问题与途径研讨

发布时间:2022-06-23 23:08:38 来源:环球体育注册

  工业互联网是新一代信息技能与制作业深度交融的产品,建造和推行工业互联网渠道是我国施行工业互联网展开战略的要害。工业设备上云可完结资源会集合成和优化配备,是全球领军企业建造和推行工业互联网渠道的根本切入点。本文将炼铁高炉、工程机械、数控机床等十种亟需上云工业设备,分为高耗能设备、通用动力设备、新动力设备以及智能设备四大类,并分类剖析了当时设备上云的现状及面对的四大问题,提出了设备上云的三大途径,可为我国推动工业设备接入工业互联网渠道,加速数字化转型供应有利的辅导和学习。

  当时,互联网立异展开与新一轮工业革命构成历史性交汇,工业互联网日益成为新工业革命的要害支撑和深化“互联网+先进制作业”的重要柱石。2017年11月,国务院发布关于深化“互联网+先进制作业”展开工业互联网的辅导定见,提出构建网络、渠道、安全三大功用体系。工业互联网渠道作为面向制作业数字化、网络化、智能化需求,支撑制作资源泛在衔接、弹性供应、高效配备的工业云渠道,是工业互联网立异展开的要害,可推动制作体系从关闭走向敞开,正在加速构建制作业新生态[1,2]。

  工业设备上云是指经过加速设备数字化、网络化改造晋级,将其接入各类工业互联网渠道,依据渠道展开设备数据的全面收集、会聚、剖析,完结设备状况监测、猜测预警、功能优化和才能买卖。经过推动设备上云,可下降能耗、进步设备能效和安全水平、促进制作才能在线买卖和服务形式立异,可有用带动工业互联网渠道规模化运用[3]。

  当时,我国工业互联网渠道展开全体处于起步阶段,设备上云率偏低是约束工业互联网渠道展开的重要瓶颈之一。因而,加速推动有根底、有条件、有需求、有优化潜力的工业设备上云,并经过这些设备的演示性运用,加速渠道技能进步、商业形式立异和规模化运用,对加速展开工业互联网渠道具有重要意义[4]。

  纵观如今各类工业设备,有根底、有条件、有需求、有上云潜力的工业设备首要有:以炼铁高炉、工业锅炉为代表的高能耗设备,以发起机、大中型电机、大型空压机为代表的通用动力设备,以风电、光伏设备为代表的新动力设备和以工程机械、远洋船只、数控机床为代表的高价值智能设备。

  炼铁高炉、工业锅炉等高耗能工业设备广泛运用于我国工业出产。其间,高炉是炼铁的主反应器,具有巨型、密闭、高温、高压、24小时连续出产的“黑箱”特性,并且其内部存在着气、固、液、粉的多相流杂乱的物理化学反应。受制于职业全体智能化水平不高、相关云渠道没有全面遍及,以及不同炼铁厂设备、原燃料条件差异大等现状,当时高炉炼铁普遍存在“唯经验论”操作,各炼铁厂技能经济指标良莠不齐、安全事故屡有产生[5]。据测算,2017年,我国炼铁高炉近1000座、年耗费规范煤约3.4亿吨,炼铁高炉全体上云率约20%。炼铁高度亟需接入各类云渠道,对出产过程进行实时监控、毛病确诊、长途保护,以进步安全水平,完结降本增效、节能减排。

  工业锅炉作为重要的热能动力设备,广泛运用于工业出产、市政供热或许发电。我国是出产和运用工业锅炉最多的国家,存在地理散布广、办理涣散、工艺规划改进短少协同、日常运营质量良莠不齐、工业立异乏力等问题[6]。据测算,2017年,我国在役燃煤锅炉47万余台、年耗费规范煤近4亿吨,工业锅炉上云还处于起步阶段,全体上云数量估量不超越2000台。亟需经过推动工业锅炉上云,将不同地址的工业锅炉的出产数据进行实时同享,完结长途确诊与保护,进步设备工作功率,进步安全水平,下降能耗,并依据大数据堆集进步工业全体立异水平。

  内燃柴油发起机、大中型电机、大型空压机等通用动力设备为多种设备和产品供应动力源,是企业要害根底设施。通用动力设备的高效、安全、安稳工作关于所服务职业的安全、高效工作起着要害效果[7]。我国通用动力设备存量大,普遍存在停机时间长、保护本钱高、安全危险高级问题。以空压机为例,据测算,2017年我国大中型空压机存量大于30万台,均匀设备负载率缺少60%。将这些通用动力设备衔接到云端,进行在线监测、猜测性维保,可有用进步设备安全牢靠与安稳高效工作水平。

  当时,我国通用动力设备全体上云率偏低,全体上云率缺少5%。尽管全体上云率较低,但面向通用动力设备的云服务渠道处于加速探究阶段,上海电机体系工程技能研讨中心加速“电机及体系节能技能公共云服务渠道”研讨与建造,东方国信空压机云服务渠道已初具规模[8,9]。

  展开新动力是促进我国动力结构绿色化转型的中心,跟着我国电力体制改革、动力转型,风电、光伏等新动力发电设备以及其互联构成动力互联网快速展开[9]。2017年我国风电、光伏范畴的发电量占新动力总发电量的份额别离到达18.0%、7.0%。将风电设备衔接到云端,一方面可进步风电设备的出产和运用功率、风场实践投资收益,完结以清洁动力为中心的智能微网和动力自给,使得清洁动力能够进行跨区域动力消费和动力出产分配;另一方面可有用下降风电波动性对电网安全安稳工作影响,下降电力需求增加放缓布景下的可再生动力限发[8]。

  全体来看,我国风电、光伏设备数字化、网络化水平高,具有杰出上云根底。2017年末,风电、光伏设备装机量别离为1.64亿千瓦、1.3亿千瓦,上云率别离约达60%、30%。国内现有新动力设备云渠道首要包含金风科技“线上的才智运营体系”、上海电气“风云体系”、远景动力“格林威治云渠道”与“阿波罗光伏云渠道”、国家电网“光伏云渠道”、阿里巴巴“才智光伏云”等。

  工程机械、远洋船只、数控机床等智能化水平较高的设备上下游掩盖职业很多,是国民经济工作的重要支撑。近年来,我国智能配备保有量不断增加,2017年工程机械、大型远洋船只、数控机床的保有量别离达300万台、3000艘、1400万台。但普遍存在杂乱程度高、工作工况杂乱、设备利用率低、办理保护粗豪等问题[11-13]。数控机床全体利用率缺少40%,工程机械与远洋船只设备受微观经济波动影响较大,产能不平衡问题相同不容乐观,亟需加速设备上云用云,构建社会化制作资源池,依据渠道展开设备健康性监测、设备运营优化、设备安全操作等服务,促进产能优化调度与在线买卖,培养协同制作、供应链金融、设备租借等新形式。

  全体看来,工程机械、远洋船只、数控机床等智能设备均具有杰出的上云根底,龙头设备制作商,如徐工、三一、中联重科,纷繁加速推动其产品上云用云,职业全体上云率可达15%-20%。

  当时,企业经过推动设备上云拓宽商场、进步才能、加速转型、重塑竞争力的需求尽管火急,但因为多方面原因,我国工业设备全体上云率仍偏低,推动工业设备上云仍面对不少问题。

  炼铁高炉结构杂乱,完结精准感知、边际智能难度大。此外因为企业在数据安全和保密方面的顾忌,加之设备个性化特征(炉龄、自动化程度等)显着,机理模型构建难度大,现在高炉云渠道首要仍是企业内部私有云,难以上升到公有云。且对钢铁企业而言,一方面对下降信息化建造本钱注重度缺少,另一方面担心上云打破内部利益格式。以上许多问题成为了约束高炉云渠道建造展开的瓶颈。

  我国中小型锅炉很多,现在存量约60万台,小型锅炉实践工作功率在 50%以下,因为蒸汽、导热炉、热风会集处理的困难,短期内无法大规模会集;且小型锅炉进行智能晋级的根底差,可完结自动收集数据的设备少,出于本钱等要素,企业自动加装设备数据收集设备的难度大;此外锅炉职业也短少工业链、全流程的规范体系。以上许多要素,均构成了工业锅炉云渠道推行的妨碍。

  发起机产品广泛配套在其他产品中,作为中心产品要完结互联,需求与主机厂协作,与主机厂的交流以及主机厂的积极性很大程度上影响发起机云渠道的建造与运营。但发起机上云仍面对,设备杂乱度,执役工况杂乱,相关机理模型构建难度大,高质量宽频带实时数据收集难,长途监测带宽窄数据长途传输难,用户安全顾忌高,上云收效周期长等系列妨碍。

  电机一般触及出产中心,出于对出产数据的安全顾忌,企业上云动力缺少;与电机在线工作状况相关的数据类型多、数据量大,非结构化数据实时收集难度大;体系杂乱度高,面向毛病确诊、能效优化、工作操控的机理模型构建难度大。以上要素,约束了电机云渠道的建造和展开。

  在通用动力设备中,空压机上云条件相对较好,大型空压机组具有云渠道接口。但因为空压机品牌很多,短少一致规范,约束了云渠道的运用。此外,上云的价值报答需求必定周期,得到空压机大数据后能给企业带来何种价值也成了大多空压机企业观望不前的原因。

  风电、光伏等新动力设备上云根底相对较好,但进一步进步上云水平仍面对困难。其间,设备规范化程度低是约束风电设备上云的首要瓶颈。现在,全国40余家风机制作企业中,现行风机类型400余种,风电设备上云面对工作数据结构、收集、安全传输等规范界说不清或无参阅规范可循等困难。

  而光伏设备上云则首要面对如下问题:光伏设备数量大、散布涣散、数字化程度低、产品质量良莠不齐、出产运维办理相对粗豪;监控设备本钱过高,面板级数据收集还未完结,收集数据的广度、深度都有待进步

  工程机械上云首要面对以下问题:工程机械设备杂乱度高,构成上云本钱昂扬、改造周期长、难度大;数据处理难度高,利用率低,难以挖掘出真实价值;信息交流协议纷歧致,各体系短少一致的接口;工控安全保护技能亟待打破,许多中心安全问题将长时间随同工业展开。

  远洋船只也相似存在零部件杂乱度高的问题,数据类型多样,对终端感知和数据收集的规范化程度要求较高。要完结船只云衔接需求处理能耗、安全性、保护本钱等瓶颈问题,此外上云的方向、经费的投入以及船企上云的积极性也是加速上云的难点。

  数控机床上云则面对以下问题:数控体系产品很多,敞开性缺少,以国外体系为主的数控体系高级功用与内部数据接口有约束,上云难度大;数控体系短少合适互联网环境的通讯协议规范,没有一致的上云数据接口规范;机床数据安全触及安全出产、中心工艺与技能,设备上云的工控安全保护技能等都是数控机床上云的瓶颈。

  总结以上四大类设备上云的问题,提取共性,各类设备上云面对的为题可归结为以下几点:

  1. 很多设备尤其是中小企业设备自动化、数字化、网络化水平较低,需求经过加装传感器、通讯模块、操控部件等完结设备联网和数据联接,改造难度大、本钱高。别的,因为渠道商业形式不明晰、设备上云价值报答预期缺少等原因,也在客观上构成设备联网动力缺少、设备联网率不高的问题。依据两化交融服务联盟数据,2017年,我国企业设备数字化率为44.8%、数字化设备联网率为39.0%,全体联网率偏低。

  2. 存量设备的出产厂家散布广、出厂年份跨度大,不同类型和版别的数据收集点、数据收集方法、参数界说和鸿沟不同,数据接口纷歧致,信息交流协议纷歧致。

  3. 存量设备的技能规范差异大、质量良莠不齐、数据办理精细化程度纷歧,依据规范化设备接口的边际端处理困难,设备的快速链接、实时收集、数据优化、安全与隐私保护等均是难点。

  4. 大都工业设备内部工作机理较为杂乱、体系变量多且彼此耦合,难以构成有用的工业机理模型,无法在云端对设备进行全要素重建,并完结设备的状况监测、毛病预警、猜测性保护、工作优化等服务。以高炉为例,据不完全统计其首要化学反应多达108种,且因为炉内环境高温高压、内部状况无法直接监测,出产过程具有高度杂乱、难建模、难检测、难操控等特色,业界尚无法构建齐备的炉况模型。

  5. 炼铁高炉、大中型电机、大型发起机等出产设备大多触及到企业的事务中心,相关设备向云端搬迁意味着设备的体系晋级、工艺优化、流程调度均需与云端互动完结,要害的技能工艺、动力耗费、安全出产、环保排放甚至财政信息均需在云端存储,这对云渠道提出了较高的安全要求。现在,尚短少具有公信力的第三方云渠道、可控的信息同享机制、安全一致的通讯传输规范,设备用户安全顾忌高,按捺了企业设备上云的动力。

  加速推动工业设备上云,应抢当时抓工业互联网渠道展开的战略机会,充分发挥政府、职业、渠道企业等多方面力气,坚持多途径并重,环绕节能降耗、精准运维、高效发电、效益进步等需求,优先推动一批有根底、有条件、有需求、有潜力的设备上云用云具体来说,有以下三条根本途径:

  1.加速设备改造晋级,推动存量设备上云。政府应经过方针支撑、资金补助、金融服务等多种方法,引导工业企业联合设备供应商、体系集成商等对存量设备进行云化改造,要点针对工业锅炉、大型空压机等自动化程度较低、上云根底较为单薄的设备,经过加装传感器、通讯模块、操控器等部件,进步设备数字化水平;针对风电、光伏、工程机械、数控机床等已开始具有数字化条件的设备,一致通讯规范和数据接口,完结数据可收集、状况可监控、工序可优化,夯实上云根底。

  2.加强处理方案立异,推动增量设备上云。应以科研水平好、工业才能强的本乡设备供应商、服务商等为主导,聚合产学研用各方力气,集合安全可控、信息交互、规范接口等设备上云的共性问题,加速技能打破与产品立异,推动智能化成套设备的研制和工业化,着力打破嵌入式技能,为增量设备加装工控软件、增加数据收集点、一致内外部通讯协议,进步设备的数字化程度与联网才能,推动增量设备上云全掩盖。

  3.立异渠道运营机制,以有用运用牵引设备上云。应以制作业龙头企业、ICT领军企业、互联网巨头号渠道企业为主导,引导各类渠道经过完善运营机制、同享数据资源、构建敞开生态,环绕服务企业数字化转型开发海量、易用、好用的个性化运用,让用户企业有更多取得感。经过政府和商场共同发力,推动渠道在工业集合区、工业园区、要点职业完结规模化运用,经过构成演示效应,引导更广范围内的各类设备上云。

  推动跨地域、多类型工业设备上云是工业互联网渠道流量的要害进口,既为工业常识体系和机理模型构建供应数据根底,也为工业互联网渠道供应了丰厚运用场景。经过推动设备上云用云,能够有用改进能耗水平、进步设备牢靠性、进步设备工作功率,促进制作才能在线买卖和后商场服务形式立异等。

  本文介绍了如今有根底、有条件、有需求、有上云潜力的十大要点工业设备,即炼铁高炉、工业锅炉、内燃柴油发起机、大中型电机、大型空压机、风电、光伏、工程机械、远洋船只、数控机床上云的现状,剖析其进一步推动上云存在的问题,并提出加速上云的根本途径。为工业企业推动设备上云供应了参阅和指引。

  [2]国家工业信息安全展开研讨中心.关于工业互联网渠道效果机理和展开途径的考虑[DB/OL].

  [3]李培楠,万劲波.工业互联网展开与“两化”深度交融[J].中国科学院院刊, 2014, 2:215-222

  [4]安筱鹏.工业互联网渠道建造,起点、切入点及着力点[DB/OL].

  [6]范兵兵.关于工业锅炉展开现状及远景展望的讨论[J].动力与环境, 2011, 2: 13-14

  [7]吴杰长,候馨光.柴油机并车操控器实验渠道及监测剖析体系研讨[J].内燃机学报, 2002, 3: 257-261

  [8]于子捷吴春燕钱毅陈周灵.空压机状况监测体系[J].工矿自动化, 2003, 4: 40-41

  [9]黄顺礼.具有新式绕组的大型直接联网电机[J].上海大中型电机, 2003, 1: 14-17

  [10]周健王苏郑彧朱斌泉邹盼.风电联网和谐调度战略研讨[J].浙江电力, 2016, 8: 18-21

  [11]吴国祥李玉河.工程机械智能化与信息化展开概略[J].工程机械, 2013,1: 2-7

  [13]刘申.更安全、更牢靠的数控机床联网集成办理体系[J].制作技能与机床, 2005, 7: 81-83

  基金项目:国家自然科学基金项目(61771281);国家社会科学基金重大项目(15ZDB151);国家要点研制方案NQI专项(2018YFF0213700);2018年工业互联网渠道立异展开工程专项。

  邱君降(1986- ),男,浙江温州人,办理学博士,国家工业信息安全展开研讨中心工程师,首要研讨方向:工业互联网、智能制作、制作体系建模与仿真等;

  李君(1987-),通讯作者,女,山西长治人,工学硕士,国家工业信息安全展开研讨中心信息化所副所长,首要研讨方向:工业互联网、智能制作、企业现代办理等。

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