2018年8月1日 星期三

‧ 工業網路:1% 的節省帶來的想像不到的威力


GE公司作為全球工業領域的領導者,總是引領著工業技術創新的步伐,同時也以進取和務實著稱。在今天工業網路以及工業4.0概念,被熱炒的時代,GE所採取的方式,依舊非常務實。

2012年11月,GE公司發佈了《工業網路:打破智慧與機器的邊界》白皮書,給出了自己的答案,那就是如果工業網路的推廣,和實施可以為工業領域,帶來哪怕1%的成本或者資本節省,也就是從效率提升的角度,帶來一點點微小的進步,其成果也將是極其巨大的。

人類的工業文明,經過近二百年的持續發展和完善,到今天,傳統實體設備的效率提升和改進,已經基本達到了極限。但是如果我們採用網路和大數據技術,重新改造現有的機器和實體設備的話,依舊發現這裡面有巨大的效率提升的空間,依舊有巨大的待挖掘的潛力。

從這一角度入手,GE公司無疑找到了一個絕佳的切入點。
  
根據報告的分析,在未來15年內,在幾個關鍵的工業領域,1%的效率提高將帶來巨大的收益:  


  


航空工業1%的燃料節約,將最終節約300億美元

電力行業節約1%的燃料,就意味著節約660億美元

醫療系統的效率提高1%,意味著節約高達630億美元

鐵路系統的效率提高哪怕只有1%,將帶來270億美元的資本的節約

而在能源天然氣領域,資本支出降低哪怕1%,也會帶來高達900億美元的節約。

GE公司甚至給出了對中國市場效率提升的預計,在未來15年中:
  • 燃氣發電機組能耗降低1%,將節約高達80億美元的燃料,尤其在勘探開發領域,資本利用率如果提高1%,將節約70億美元;

  • 而鐵路運輸行業,運輸效率提高1%,又能省上20億美元的燃料成本。

從這個角度出發,GE公司建議開始務實的一步,那就是探索用工業網路技術,如何達到真正意義上的1%的節約,和原有系統的效率的提高。

2013年2月,GE在美國加州聖拉蒙市,成立了軟體開發中心,正是針對他自己提出的工業網路策略,開始進行軟體領域的集中突破,並且瞄準了航空、醫療和運輸領域,希望透過軟體技術,達到第一步的效率提升。

這一在傳統工業產業中,沒有經歷過的創新之舉,在經過一系列的研究和產品驗證測試之後,發現是真正找對了方向。

GE首先瞄準的是航空業,這是GE公司最引以為豪的產業。GE公司生產的多達兩萬台的航空發動機,佔據著全球正在使用的4萬多台,航空發電機的將近一半,而且在技術上,佔據著這個行業的龍頭地位,GE生產的GEnx發動機(GE Next Generation,雙轉子軸流式大涵道渦輪風扇發動機),是波音787以及波音747-8的首選發動機。

雖然在網路時代,這家老牌的工業公司經常被人質疑,能否趕上新時代的創新步伐,GE公司的董事長兼CEO傑夫·伊梅爾特曾經公開反駁說:「當你坐在飛機上,透過舷窗望出去,你能看到的那個發動機是GE造的,而不是谷歌造的。」

但在工業網路時代之前,對於航空發動機這一航空安全,和持續運行的最關鍵的設備,原來的數據採集,和維護訊息的處理,卻是不夠完整的。

雖然在航空發動機上,已經安裝了傳感器,但是這些傳感器通常採用被動模式,也就是發動機出現故障的時候,儀錶盤才會亮起紅燈,而且傳感器平時,也只保留三個平均值:起飛、巡航和降落數據,對於發動機可能出現隱憂的關鍵數據,比如溫度、壓力和電壓數據,則極少被保留,以及被研究。

事實上,航空發動機的預維護,減少故障時間已經成為航班,正點運行的重要因素。每年航班延誤給全球航空公司,帶來多達400億美元的損失,而其中10%的飛機延誤正是源於飛機發動機等組件的突發性維修。
  
於是,GE在加州軟體中心的工程師們,開始著手設計一種新型的計算算法,並且開發一套航空智慧營運服務系統,希望能夠提前一個月,預測哪些發動機急需維護修理,並且要使準備率達到70%,從而使得系統的維護時間大幅降低,最終降低飛機的誤點概率。



這套智慧營運服務系統,可以即時監控,從飛機設備收集的各項數據,在飛機出故障隱憂前,做出診斷預測,提供預測性建議,優化飛機維護和航班運行管理。

這套系統實施之後,對一家大中型的航空公司來說,如果每年有1400萬次的乘客,並且要飛85000個航班,這套系統的成功運行,將每年可以避免1000次起飛的延誤,和航班取消,幫助超過9萬人次的乘客,準時抵達目的地。

除了提高航班的準確運行之外,GE的軟體工程師們,還在開發一套,航空燃油和碳解決方案FCS,這套方案透過飛機傳感器傳回的各項飛行數據,再對比飛機原有飛行記錄,與營運航線,可以第一時間優化,完善飛機航行計劃,令航空公司燃油消耗降低2%。

以全球航空公司年燃油支出1700億美元測算,這套FCS方案將幫助航空公司,降低30億美元的額外燃油支出,令整個燃油成本降低5%。

而且工業網路帶來的邊際效益是遞增的,一架雙發動機寬體商用噴氣式飛機,每個飛行小時維護成本是1200美元,以飛行5000萬小時計算,每年全球的航空公司用於飛機維護的開支達到600億美元,其中飛機發動機維護開支達到43%。

如果航空智慧營運服務系統,將發動機維護效率提高1%,航空公司們又將省下2.5億美元。  

  
1%的節省,不僅發生在航空營運領域,在各行各業都有著巨大的實施的可能性,和效率提升優化的空間。

為了完成這1%的效率提高,需要哪些關鍵的技術步驟呢根據GE的觀點,完整的工業互聯網設計,需要具備三大步驟:

第一步,收集各項生產數據,並操控智慧設備和機器。目前的方法就是透過大量使用和安裝傳感器,從而讓機器本身變得更加智慧化

第二步,將傳感器收集的資訊進行保存、處理和分析,尤其是面對海量的生產數據,管理人員要通過建構恰當的模型,找到最關鍵的核心數據加以分析,這需要以往生產經驗,與先進網路技術技能的結合,跨界和整合的知識,將變得至為關鍵

第三步,也是目前傳統工業企業面臨的最大困境,那就是要組建數據分析挖掘的人才團隊,真正大幅提高生產效率,實施恰當的決策,而這些決策往往,來自某些不起眼的生產數據挖掘分析,所帶來的靈感。

在這個領域沒有預先設定的模型可以使用,需要的是跨界人才的創新能力、協同工作,以及對不同問題的深入洞察。

對岸中國的大秦鐵路公司,就曾經引進相關的工業網路軟體技術,透過傳感器傳輸數據,並且進行分析挖掘,在多個火車之間實現同步控制,從而縮短了30%的剎車距離,和22%的剎車時間。
  

這項原來旨在提高火車運輸安全性的工業網路嘗試,卻讓大秦鐵路公司意外地發現,單列火車的最大運輸量翻了一倍,達到2萬噸。2012年大秦線全年運輸量提高至4.26億噸,過去6年累積提高幅度達到70.4%。

  
  
同樣的事情也發生在工業流程領域,上海賽科乙烯廠構建了相關的工業網路系統,透過監控汽輪機、壓縮機、泵、風扇、熱交換等機器的振動、溫度、排放等訊息,提前發現機器故障隱憂,並在第一時間做出維修響應。

根據賽科乙烯廠內部測算,這項基於工業網路的系統,每月能挽回超過220萬美元的非計劃停機生產損失;到2013年,賽科的關鍵設備,從投產到安全運行,已持續正常運轉超過了700天。

在其他傳統流程行業,比如石油化工、煤化工、冶金、有色金屬等領域,像這樣可提升的效率空間依舊非常巨大,可節省的資源也將是非常可觀的。通過這三個關鍵步驟,並且建立起相關的分析模型,從1%入手,將使每一個企業看到工業網路實施中務實的一面。

在工業製造領域,精益生產的思想正是這1%節約的理論基礎。如何利用工業網路傳感器技術,乃至自動控制系統,在生產線改造、效率提高方面提高1%,都將產生巨大的效益,並且幫助企業邁出穩健而務實的第一步。875160624

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