PDF《从IoT 开始创造价值的全新解决方案的现状与展望》

1 引言 IoT( *1) (Internet of Things)通常是指将所有物体 联网,数据共享,并实现可视化.

其本质是根据收集到 的数据创造新顾客价值,并以此为社会做出贡献.现在, IoT 不仅用于改善品质,提高效率,各种解决方案不断问 世,作为用于解决工作方式改革等社会课题的关键技术, 今后其运用范围将有望得到进一步扩大. 富士电机在能源与环境技术领域持续创新,40 多年 来运用强大的组件和高级控制技术不断提供解决方案,为 电力稳定化优化、提高工厂生产效率及节能、供应绿色能 源、食品安全安心等做出了贡献.如今正通过 IoT 的实 用化加速创造更高端的顾客价值( *2) . 本文将对富士电机运用 IoT 为创造价值的全新解决 方案所采取措施的现状与展望进行介绍.

2 运用 IoT 的创造顾客价值技术的全球动向 全世界都在积极开展 IoT 及运用其来创造价值的相 关研究. 本章将对德国、美国和日本的动向进行介绍. 2.1 德国 自2013 年起推动 Industrie4.0 以来,德国从摸索 理念运用对象到利用该理念创造价值,进而通过与其他领 域联合协作来提高价值,在创造价值这一方面不断发展壮 大,理念不断成熟,并得到稳步普及. 在联合协作方面,除了德国国内外,还积极与美国、 中国等国家开展合作.2015 年3月与日本就合作方面 达成协议,为后来联合公报的发布等具体活动打下了基础. 另外,德国还大力开展标准化技术的相关研究.以信 息模型、OPC-UA、AutomationML 等为代表的现有特 定标准化技术的运用建议正稳步开展,这方面也值得关注. 2.2 美国 美国于

2014 年由民间组织成立了 IIC (Industrial Internet Consortium) ,其会员数稳步增加,包括富士 电机等日资企业在内,加盟企业共有

260 多家. IIC 两大主要活动及其开展情况如下. ⑴ 研究技术及安全的架构 持续开展向非会员公开的参考架构的相关讨论.随着 架构本身不断趋于成熟,开始对周边的详细技术进行整理. 其中涉及安全的讨论开展得如火如荼,其他团体也对研究 情况非常关注. ⑵ 现场验证 (试验台) 以IIC 成员为核心形成生态圈( *3) ,并对架构及理念 进行实证和验证.有80 多家公司加盟,针对试验台提 出积极的建议,截至到

2018 年5月共提出

29 项建议, 并得到批准. 其中, 例如 Intelligent Urban Water Supply 试验台,其目的是改进自来水管,提高运用效 率,这类措施已经超出了单纯的实证验证范畴,实证对象 得以产品化,很多企事业单位已实际引进并开展验证.另外,与2018 年5月前加盟 Industrie4.0 的38 个团体 签订了合作协议,不断加强与其他团体之间的联系与沟通. 2.3 日本

2017 年3月日本经济产业省作为力争实现的产业 理想状态提出了 Connected Industries 的理念.各团 体为了将本理念具体化而不断开展活动,机器人革命倡议 协议会、一般社团法人工业价值链倡议等团体还公布出活 动成果. 为了充分发挥日本在现场实绩及经验方面的优势,还 大力推动 边缘计算 的研究,这种 边缘计算 无需经 由互联网或 LAN 就可以在装置和机械附近快速创造价值.

2017 年以后 FIELD system Edgecross 联盟 等生 态圈逐渐形成. (*1) IoT Internet of Things 的缩写.狭义上是指将 所有物体联网并相互进行信息交换的机制,现在的 含义还包括利用该机制实现的产生新价值的整个服 务.这是信息通信技术革新使得能以低廉价格实现 联网、数据流通及管理后所产生的理念. (*2) 顾客价值 这是顾客认为合适的产品、服务、人力资源及 形象价值. (*3) 生态圈 原本是表示生物学中 生态系统 的术语.引 申为在经营及 IT 领域中,多家企业在商品开发及 经济活动等业务中结成合作伙伴关系,充分利用相 互的技术及资本, 并联合开发商、 代理商、 销售商、 宣传媒体乃至消费者和社会,跨越行业和国家,在 广阔范围中共同繁荣发展的一种机制. 富士电机技术期刊

2018 vol.C10 no.4 专辑:始于IoT的创造新价值的解决方案专辑 始于 IoT 的创造新价值的 解决方案 保川 幸雄 YASUKAWA, Yukio 安川 和行 YASUKAWA, Kazuyuki 福住 光记 FUKUZUMI, Mitsunori New Value-Creating Solutions Starting From IoT: Current Status and Future Outlook 从IoT 开始创造价值的全新解决方案的现状与展望 152(4)

3 富士电机在 IoT 和创造顾客价值上采取的措施 3.1 IoT 在富士电机的定位 富士电机将功率半导体、传感器定位成关键器件,产 品阵容中包括了运用这些关键器件的高性能高功能组件, 此外,还利用这些组件群、工程技术、服务技术、高级最 优控制技术和各种解决方案技术,并通过发电、能源解决 方案、工业解决方案、食品流通等领域,为实现安全、安心、可持续发展的社会做贡献.IoT 系统是将顾客现场全 部信息数字化,并在网络空间创造新顾客价值的框架.如图1所示,富士电机将其定位成系统解决方案的核心. 3.2 顾客价值与创造技术 富士电机将各制造业的顾客价值大致分为四类,分别 为:优化利用能源、优化运用设备、优化操作和优化运用 人力资源 (图2) . 创造这些价值的技术称为分析 AI,由识别技术、诊 断技术、预测技术、优化技术的四大技术组成.富士电机 从收集现场数据到利用分析 AI 创造顾客价值提供一站式 服务,又称为垂直整合型服务. 另外,将各行各业的优势相互结合而成的生态圈也会 产生新价值. 3.3 创造顾客价值的解决方案 本节将对 3.

2 节中提到的创造顾客价值的解决方案 的开发事例进行介绍. ⑴ 优化能源的解决方案 为了削减 CO2 排放量以防止地球温室效应,全世界 都在不断强化能源的规定及标准.其中,企业的能源运用 效率目标值变得愈发严格.若要实现较高目标,就需要企 业团结一致运用统一的管理方法采取措施.能源管理国 际标准 ISO

50006 中规定要根据作为能源管理对象的各 种建筑物和各种装置指定能源管理单元 (EMU) ,再根据 各EMU 制定能源消耗基本单位( *4) 及运用效率等能源绩 (*4) 能源消耗基本单位 生产单位量产品所需电力、煤气、油等能源消 耗量的总量.可表示能源效率,所以被用作查看节 能进展情况的指标. 现状与展望 从IoT 开始创造价值的全新解决方案的现状与展望 富士电机技术期刊

2018 vol.C10 no.4 专辑:始于IoT的创造新价值的解决方案153(5) 发电 绿色能源 发电及新能源 食品流通 食品的省力和节能 提高生活便捷性 自动售货机、店铺设备 能源解决方案 工程及服务 组件 IoT 系统 能源的稳定供应和优化 能源管理 铁路车辆、EV、 物流、放射线管理 设施及电源 控制设备 关键器件 功率半导体 传感器 电力电子设备 测量设备 设备装置 工业解决方案 自动化与节能 工厂自动化、 工艺自动化 最优控制 系统解决方案 富士电机的 IoT 系统 优化 反馈 数据收集 设备、生产线、 基础设施及其他 可视化 分析 AI(解析) 大数据 创造价值 网络空间 现场 Real++ Real Digital Intelligence 图1富士电机的系统解决方案与 IoT 定位 垂直整合型服务 生态圈 顾客价值 银行 自动 售货机 UPS 分析 AI 优化运用 人力资源 优化操作 预测 诊断 新商务 顾客价值 识别 优化 优化运用设备 优化利用能源 减少劳动时间 继承熟练制造 技术 继承维护技术 提高生产 效率 改善成品 率 提高品质 消除意外的故 障时间 减少维护成本 提高制造设备 开发效率 减少能源成本 减少能源基本 单位 降低环境负荷 将会发生什么? 将来的值是多少? 发生了什么? 原因是什么? 根据非结构化 数据理解性质 何种状态最优? 怎样做才能达到 这种效果? 图2顾客价值与创造技术 效指标 (EnPI( *5) ) ,然后以统一的方法进行各种能源效率 化管理 (削减能源消耗基本单位、改善能源转换效率等) . 富士电机依据本标准开发出能源管理系统.除了可以监视 能源消耗基本单位的恶化时间、与目标的偏离度等参数外, 过去需要依靠熟练技术人员开展的能源损耗因素分析也可 通过实绩数据和分析 AI 进行自动诊断 (参考

157 页 依 据国际标准改善能源运用效率――运用分析 AI 的EMS 附加功能DD ) . 炼铁厂使用的能源可分为外购能源和生产过程中产生 的副产能源.根据生产情况调节这些能源的供需平衡来减 少能源浪费是炼铁厂能源管理中最重要的课题.为了解 决该课题,富士电机针对国外炼铁厂开发出能够低成本 引进并运用的发电设备能源优化软件包 EMS-Package LITE .需求预测模型、成套设备模型过去需要由专家历 经数月反复试验不断摸索,而使用本系统则可以自动生 成.顾客的能源管理操作人员在规定格式的 Excel 工作 簿中输入炼铁厂的发电设备信息 (锅炉及汽轮机数量、设 备特性信息等) 及过去的运用实绩数据.将该 Excel 工作 簿上传到系统后,分析 AI 将根据各项改善目的自动生成 六个模型 (购电成本、受电成本、放散量、锅炉的燃料分 配、汽轮机的蒸汽分配、汽轮机的抽气分配) ,在监视器 上直观地显示出改善空间,并自动生成改善所需的发电设 备最优运用计划.发电设备的操作人员根据该计划开展最 优运用,可达成能源运用效率的目标值 (参考

162 页 发 电设备的能源优化软件包 '

EMS-Package LITE'

) . ⑵ 减少劳动时间的解决方案 日本国内便利店人手不足及人工费高涨的问题受少子 老龄化影响而不断加剧.便利店在日本带有浓重的社会基 础设施属性,肩负着提供各类服务的重任,所以不能像国 外那样短期内实现无人化,但是却要求其对目前的作业进 行改善来节省劳动力.富士电机对未来的无人店进行设想, 并正在开发可节省柜台劳动力的智能展示柜的核心技术. 便利店通常纵向摆放饭团、三明治、便当等商品.店员的 工作繁重,他们需要随时监视所摆放商品的状态,当前排 商品卖完时便要将后排的移动到前排或者进行补充,还要 检查商品的新鲜度等.智能展示柜减少了・这些工作劳力, 能自动检测陈列商品的名称、数量和状态.这种智能展示 柜采用了两种技术 : 一种是商品识别技术,运用摄像头的 图像识别技术 ;

另一种是商品位置识别技术,使用由投影 型静电容式触摸屏构成的面板式传感器,而这种面板式传 感器则以矩阵方式安装在柜面上.特别之处是可根据面板 式传感器检测到的商品底面形状来识别数量和位置.饭团、 三明治等底面形状存在个体差异的商品可利用分析 AI 将 干扰成分去除以提高识别精度 (参考

178 页 为减少店铺 工作量做贡献的智能展示柜 ) . ⑶ 生态圈的解决方案 富士电机推出了在大型显示器上显示商品图像等信息 的数字标牌自动售货机.该数字标牌自动售货机可通过互 联网下载所售商品及背景等图像信息,将其当作设置在建 筑物内或街头的图像显示终端,便可应用于各种商务活动 中.因此,富士电机开发出广告发布功能,对利用其开展 广告发布业务的可行性进行了实证.该项目是由提供数字 标牌自动售货机和广告发布系统的富士电机、广告代理商、 广告出资人、自动售货机操作人员、场地拥有者 (铁路公 司、超市、医院等) 和消费者组成的生态圈.在数字标牌 自动售货机上安装摄像头,除发布广告外,还拥有收集消 费者人数、年龄、性别、视线和时间等市场信息的功能. 根据实证试验结果可知,这些市场信息可用来推测广告发 布对象的反应,因而对广告代理商招募广告出资人极其有 用.而且,自动售货机操作人员可根据数据预测销售情况 制定符合各场地需求的商品配置计划.通过以自动售货机 为核心的生态圈创造新价值 (参考

174 页 运用自动售货 机的信息服务的新解决方案 ) . ⑷ 产品制造的解决方案 富士电机在自己公司的产品制造过程中,通过运用数 字化及 IoT 系统努力提高品质并降低成本 (参考

170 页 充分运用 IoT 的产品制造改革 ) . ? 生产准备的数字化 将产品设计信息数字化后,能够进行 3D-CAD 等 仿真.如此一来,工程设计中的制造性验证、生产线的 最优布局设计和自动化设备的软件验证等需要以实机验 证为前提的工作就可以在电脑上进行仿真,生产线投产 时间得到大幅缩短. ? 利用分析 AI 提高品质并节省人力 在半导体传感器的制造工序中,使用分析 AI 的诊 断功能对过去的制造实绩数据进行分析,可以找出成品 率不良的原因.在冲压工序中,同样利用诊断功能对冲 压机的各项数据随时进行监视,检测出发生不良 (残渣 浮起) 的征兆,从而逐渐改善品质,并减少监视人员. ? 继承熟练技术 多数情况下焊接作业需要依靠熟练技术人员的高水 平技能完成.因此我们利用各种传感技术将焊接作业的 完成情况数字化,为技能培训提供帮助.另外,利用带 有图像识别的传感技术开发出可执行高难度焊接作业的 机器人,努力提高品质. ⑸ IoT 平台 要将 IoT 系统运用到各种解决方案中,就必须具备 技术基础,包括 : 从现场收集数据的技术、数据分析及解 析技术、安全使用数据的高级安全技术等.富士电机开发 出IoT 平台作为这种技术基础.图3虚线表示其范围和 (*5)能源绩效指标 (EnPI) 将能源使用量、能源开销 (用途) 、与能源效 率相关的可测定结果统称为能源绩效 (能源性能) . 具体包括 : 能源使用量、峰值电力、各用途能源消 耗量、各种能源效率等.将组织为这些制定的定量 值 (或者标准) 称为能源绩效指标 (EnPI :................