基于NBIOT的汽車模具全生命周期管理研究

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，是點鐵成金的工業(yè)印鈔機。模具在世界各國經(jīng)濟發(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)。考慮到傳統(tǒng)模具管理手段對模具盤點數(shù)據(jù)、模具實際位置、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)點多、數(shù)據(jù)有效性差、無法實現(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，模具行業(yè)普遍存在以下三大痛點：（1）人力成本高、人工誤差無法避免。采用人工記錄方式進行模具管理，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，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，只需約180kHZ，并使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護帶或獨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，實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用，降低部署成本，實現(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厚，因此，相較WIFI、藍牙、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)可以達到50K連接，真是實現(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)，待機時間可達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：（1）低速率。多點上行速率僅為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的移動速率下實現(xiàn)小區(qū)切換，遠低于4G支持250km/h的速率（高鐵專網(wǎng)可達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，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）超強續(xù)航。采用低功耗芯片結(jié)合低功耗NBIOT模組的方案，待機功率僅為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到6年以上的使用壽命，節(jié)省大量安裝、維護成本。（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）采用機器學(xué)習(xí)算法，支持線性回歸、邏輯回歸、聚類等常用機器學(xué)習(xí)算法等核心技術(shù)，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)算法的無縫對接和算法無限擴容。

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)進行虛擬化，向PaaS層提供數(shù)據(jù)存儲、計算服務(wù)、負載管理、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、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)的運行效率和經(jīng)濟效益，使企業(yè)在瞬息萬變的市場中具有持續(xù)的競爭力。