考虑在制造业中应用物联网? 先看看这个

  麦肯锡最近的一项调查显示,在新冠肺炎疫情之前成功过渡到工业 4.0 的制造商感觉更有能力应对此次危机。事实上,94%的受访者承认,制造业中的物联网,以及其他技术在动荡时期为保持运营发挥了关键作用。

考虑在制造业中应用物联网? 先看看这个

  请继续阅读,以了解物联网在制造业中的应用,以及如果您下定决心对制造工厂进行物联网升级,您可能会遇到哪些挑战。

  制造业中的物联网采用情况

  在过去的几年里,数字化在制造业中越来越受欢迎,预计这一趋势将持续下去,例如,智能制造市场预计将从 2021 年的 2500 亿美元飙升至 2029 年的 6580 亿美元。

  智能工厂的概念当然不仅限于物联网,它还依赖于其他技术,例如人工智能 (AI)、计算机视觉、大数据和不同类型的自动化。但即使我们只关注物联网,我们也可以看到这项技术前景广阔。麦肯锡预计,到2025年,工业物联网领域市场规模将达到5000亿美元(高于2020年的2900亿美元)。

  由于物联网在制造业中的前景尤为光明,思科相信该行业将在不久的将来成为物联网的最大受益者之一,因为该技术将对该行业产生高达 3.9 万亿美元的经济影响。

  但是制造商怎么说?根据普华永道最近对工业公司进行的一项调查,91% 的受访者正在投资数字工厂,近一半的受访者预计五年后会获得投资回报,而 3% 的受访者希望在第一年内迅速收回投资。

  制造业中的 6 大物联网用例

  1、跟踪工业资产

  信息技术与创新基金会 (ITIF) 报告称,监测机器使用情况的物联网解决方案可以将制造业生产力提高多达 25%。

  物联网设备聚合来自工厂机器的数据,并将其传输到云中进行详细分析,以深入了解机器的使用参数,例如运行时间、空闲时间和轻微停机等。这为机器操作员提供了有关性能的详细视图,并提醒他们留意潜在问题——例如,如果一台机器空闲时间过长,而另一台具有类似功能的机器却过度使用。

  此外,员工可以在制造业中采用物联网来快速定位大型仓库中的物品。工业互联网联盟(Industrial Internet Consortium)执行董事理查德·索利(Richard Soley)强调了这个问题,他说:“客户发现其员工将 47% 的时间用于寻找合适的工具,但使用工业物联网解决方案,员工可以被告知他们需要的工具在他们身后10米的左侧。”

  对于实时资产可见性,您可以为物品配备 RFID 或蓝牙标签。德勤数字首席技术师罗伯特·施密德(RobertSchmid)报告称,他的一位客户在安装了位置跟踪传感器后,每年在每条生产线上节省了300万美元。

  2、确保安全

  物联网传感器可以跟踪工作条件并检测危险品泄漏。例如,气体传感器可以发现有毒烟雾,并及时通知主管,以便疏散员工,进而将损失降至最低。

  制造业中的另一个物联网用例是保护员工。仅在2020年,美国劳工部就报告了4764起工伤致死事件。在工厂使用可穿戴设备可以帮助工厂解决这一令人头疼的问题。

  可穿戴设备可以收集有关员工健康状况的数据。它们可以捕获人们的生物特征数据,例如心率和体温,并检测和报告任何异常模式。这有助于值班经理发现那些感觉不舒服并且特别容易跌倒和其他伤害的员工。

  制造业中物联网的一个例子来自废物回收公司 Nation Waste。该公司敏锐地意识到有毒物质和重型机械对人类健康构成的危害。Nation Waste 为其员工配备了 IBM Watson IoT 可穿戴解决方案,并在工作场所周围安装了传感器。这使管理人员能够发现员工的任何疲劳、脱水和疲惫迹象,并根据这些信息采取行动。这一举措使与伤害相关的成本降低了 60%。

  3、预测性维护

  由于设备停机,大型制造商每年损失大约 323 个生产小时。如果我们将收入损失和延期交货的潜在经济处罚相加,大型工厂与机械故障相关的成本可能达到每小时53.2万美元。而在制造业中使用物联网可以在早期发现设备故障,最大限度地减少停机时间,并且据麦肯锡称,可以将维护成本降低约40%。

  安装在工业设备上的物联网传感器将实时收集与性能相关的数据,包括压力、振动等。这些数据被传输到网关或直接传输到云端,并与设备的配置数据及其使用历史相结合,以捕捉任何异常模式。工厂车间经理将有权访问分析并安排进一步的检查和维护,以便将对生产流程的影响降至最低。

  一个例子是支持物联网的卡车轮胎,其中传感器收集轮胎利用率的数据,以安排维护和更换,避免轮胎在运输途中爆裂,导致车辆停止并延迟交付。

  除了减少停机时间外,预测性维护还能延长设备寿命、降低成本并降低事故风险。与传统的定期检查相比,这是一种更高效、更安全的替代方式,尤其是在机器不容易接近,而且在机器周围不安全的情况下。

  4、优化流程和产品设计

  制造业物联网可以与人工智能和其他技术一起部署,以创建新产品和整个工厂的数字孪生。

  数字孪生是特定机器、流程或整个工厂车间及其所有设备和其他资产的数字版本。它模拟现实世界中组件的状态和交互。管理人员和工程师可以使用这项技术进行实验、测试新流程,并在将这些变化应用于实际生活之前观察其后果。

  数字孪生可以帮助模拟新的生产线并检测需要优化的区域、规划仓库设计、运行产品更新以及优化现有流程以消除效率低下的问题。英国消费品制造商联合利华在美国、欧洲和亚洲经营着8个数字孪生工厂,再加上商业智能,该技术使该公司工厂中的警报数量减少了90%。

  生产团队也可以使用数字孪生来试验产品,例如,福特通常为每一款汽车开发七种虚拟模型,每个模型都涵盖不同的生产方面。

  5、了解制造供应链

  物联网驱动的供应链管理解决方案使制造商能够获得关于单件物品,以及送货卡车位置和状况的实时信息。利益相关方还可以监测物品的存储和交付情况,例如湿度、温度等。在传统的供应链中,管理人员只能在物品交付后才能看到它们被损坏。但是,通过物联网,可以在运输途中监测到任何损坏或违反存储要求的情况,并触发提醒通知予以纠正。

  这种物联网系统的一个例子是 Efento Transport,它可确保需要持续温度监测的疫苗和药物的安全运输。无线传感器读取和传输温度数据,如果读数超过预定义的阈值,系统将向相关方发出警报提醒。

  6、远程监控生产和外包操作

  根据德勤的数据,美国制造业高管报告称,与 2018 年相比,如今在该行业找到合格人才的难度增加了36%。当地人才和能力的缺乏迫使制造商将其经营地点多样化。在收购不同城市的制造工厂或将业务外包给第三方时,公司仍希望监控生产标准和速度。物联网传感器可以向总部发送实时性能数据,以评估生产效率和工厂状况,并在无需亲自前往工厂的情况下发现设备故障。

  例如,屋顶上的传感器可以检测和报告烟雾和火灾,而入口处的物联网摄像头可以监测员工出勤情况并报告未经授权的访问。

  远程监控的一个例子来自便携式医疗产品制造商 Armal。该公司注意到其远程生产工厂的照明和制冷能耗过多。问题之一是他们的传统设备。Armal聘请了顾问,帮助该公司将设备数字化,并在制造业中部署物联网,以便于实时监控,从而将生产和能源成本降低了30%。

  物联网和制造业:实施过程中的挑战

  1、安全

  物联网设备极易受到安全漏洞的影响。根据卡巴斯基的数据,2021 年上半年有 15 亿起物联网攻击事件,这已经是整个2020年的两倍多。网络安全公司Lifars的首席执行官Ondrej Krehel这样描述物联网安全问题:“任何连接到互联网的设备都容易受到网络攻击的影响,并且,考虑到物联网设备的互连性,一个简单的漏洞可能会带来灾难性的后果,并使整个(整个企业)设备网络出现问题。”

  Ondrej提到的威胁包括:

  ◆ 控制工业环境的恶意程序
  ◆ 僵尸网络和分布式拒绝服务攻击
  ◆ 数据盗窃
  ◆ 可以操纵机器的勒索软件

  当传统工厂在制造业中部署物联网时,它们会变成一个基于 IP 的系统,其中每个连网的设备都容易受到攻击,并可能危及整个网络。历史上有很多遭受物联网相关安全攻击的可怕例子。例如,大型跨国铝业制造商Norsk Hydro就成为LockerGora勒索软件的受害者。该公司不得不关闭其许多生产工厂,而且整个事件花费了Norsk Hydro大约7500万美元。

  为了最大限度地降低网络攻击风险,关注物联网的公司应采用“设计安全”的模式。安全团队需要以限制其参与DDoS和其他攻击的方式配置连网设备,并利用可靠的硬件和软件组件。不过,设备安全不是一次性投资,这需要专业团队持续监控网络,确保不断更新软件,并捕捉早期攻击迹象。

  此外,处理数据也很重要。物联网传感器收集大量数据,而这一切都必须在不违反机密性和隐私的情况下安全地收集、传输和存储。

  2、大量初始投资

  另一个让制造商犹豫不决的因素是财务方面。在制造业中实施物联网需要投入大量资金,而投资回报则可能需要数年时间。支出包括硬件(如传感器、网关等)、软件、云或其他存储单元、网络连接和技术支持等。

  在改造工厂或仓库时,没有办法避免开支,但有一些方法可以最大限度地减少这些支出,例如,您可以租用带有内置传感器的设备。在这种情况下,您不必一次支付所有费用。

  3、互操作性问题

  另一个重要的问题是,鉴于缺乏物联网标准和相互竞争的通信协议,如何将所有物联网设备整合到公司的基础设施中。如果您在一个由供应商、物流公司和其他参与者组成的生态系统中工作,并且还需要与他们进行互操作,那么情况可能会变得更加困难。

  为了绕过这个问题,决策者需要与所有相关合作伙伴进行沟通,并与不断发展的物联网标准保持同步。此外,始终选择常用的物联网通信协议,因为它们通常具有强大的安全功能,并且更有可能与合作伙伴的技术互操作。

  4、与传统系统集成

  传统系统也在阻碍集成和工厂数字化方面发挥着重要作用。在Forrester Consulting进行的一项制造商调查中,53%的低成熟度受访者承认,他们的传统系统根本无法与其他资产进行通信。

  并非总是可以用更易于连网的替代品来替代传统系统,但工厂仍然可以在制造流程中使用物联网升级这些机器。

  一种选择是为传统且孤立的机器配备智能传感器,这些传感器可以收集有关机器性能的数据,并将其发送到云端或本地服务器。另一个更全面的解决方案是使用包含物联网传感器以及预测分析等其他功能的改造套件,其中一些套件由供应商为特定机械开发。对前物联网时代开发的设备进行现代化改造的另一种可能性是使用网关,它不仅将传统资产连接到系统,而且还将提供额外的功能,如安全性。

  制造业中的物联网可以为您的工厂带来许多好处,并帮助您驾驭后疫情时代的机遇和挑战。

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