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南京西门子一级代理商
产品时间:2020-11-23
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众多常见物品和机器中都装配了微型计算机,这些计算机控制着它们的运转,同时可以启用各种有用的应用软件。越来越多的此类嵌入式系统逐渐联系起来,汇聚成一个“物联网”。展望未来,在网络中实现互联互通的各类机器将推动生产、能源分配和交通系统发生重大变革。

单片机无处不在。单片机本质上是内嵌于机器中的微型计算机,它们统御着迅速扩张的功能王国。举例而言,在洗衣机中,单片机可以读取衣物标签上的电子 标签,从而识别出衣物质地是免烫材料,还是羊毛。利用其他传感器传递的信息,单片机能够判断衣物的脏污程度。它们还可以控制洗涤强度,并确保机盖盖严。

借助RFID芯片,西门子物流中心可对进货进行自动登记。

几乎在所有的机器中都可以找到嵌入式单片机的身影,小到DVD播放器和电动工具,大到汽车和计算机断层扫描仪,都离不开它们。单片机在体积和处理能 力上有别于个人计算机。嵌入式系统通常配备单片机、内存及用于与外界交互的接口,但是它们在体积上要远远小于个人计算机。通常情况下,整个电子电路就集成 于一枚芯片上。尽管此类单片机的外观十分小巧,它们却可以凭借软件的力量轻而易举地控制机器,甚至驾驭复杂机器也不在话下。

“几十年后,人们将很难再看到不带内嵌计算机的工业产品。”德国计算机科学家Karl Steinbuch早在1966年时便如此预言。如今他的预言早已成真,德国行业协会Bitkom和罗兰•贝格管理咨询公司的数据显示,目前全球嵌入式系 统的市场总额约达2000亿欧元,并且这个数字仍在迅速增长。

嵌入式系统对于西门子而言尤为重要,因为西门子出售的几乎所有产品中都配备了这种小到近乎看不到、碰不着的袖珍计算机,从医疗设备和自动化设备,到楼宇管理系统、列车、配电系统和轮机,不一而足。

塑料加工公司Rehau AG 利用RFID系统实时监测生产。

与普通计算机一样,单片机依靠软件工作,西门子在该领域积累了深厚的专业特长。公司现有17000名程序员,每年在软件研究方面的投资约达20亿欧 元。同时,西门子在这一领域的活动并不局限于嵌入式系统。“我们是欧洲仅次于SAP的第二大软件公司。”西门子企业发展部的Gerhard Kress如是道。

在该领域,西门子的重心逐步向所谓的“行业IT”信息解决方案转移,也就是“针对具体领域量身打造的信息技术解决方案。”Kress介绍说。他还指 出“相对而言,通用IT同时适用于很多领域。比如说Microsoft Office软件,以及采购、销售、资源调度和数据库管理方面的各种软件。西门子的重心不在此类解决方案和应用上。”

通常情况下,行业IT以嵌入式系统为基础进行构建,并不断向用户提供新功能。例如,有了嵌入式智能技术以后,操作一台现代化CT扫描仪的医生可以在 本地监视器上查看机器生成的扫描图像,同时该数据还可以通过集成的外部接口传输到诊断软件,例如西门子的syngo.via。医生掌握此类数据后,可以更 好地诊断病情,例如他们可以将患者的扫描图像与之前的图像进行比较,再做出判断。“这为医生带来了更大好处,同时还可促进我们的硬件销 售。”Kress表示,“这样,行业IT已经成为西门子的竞争优势。”

客户同样也将受益于行业IT的优势。例如,某家汽车制造商通过引进西门子的*工程解决方案,已经成功地将研发时间缩短近一半之多。这些解决方案 包括面向设计、计算和模拟的NX软件;在产品生命周期内管理产品数据的Teamcenter软件;面向工厂设计和生产自动化的Tecnomatix和全集 成自动化(TIA),以及面向工厂实时过程的SIMATIC IT系统。

上述系统不仅可以在产品研发中大显神威,汽车制造商还可以用它们来设计新工厂,优化生产率,乃至在虚拟环境中开发机器。这样既节约了时间和成本,还能避免人为失误。此外,从制造过程中采集的信息可以馈回研发流程,进而促进产品的改进。

“通用IT市场的年增长率大概是4%,但是行业IT的增长速度为9%。” Kress指出。正因如此,行业IT才成为“西门子IT变革”的核心,这项变革计划旨在开辟介于西门子传统解决方案与通用IT之间的新市场。

当树也会“讲话”的时候。人类在很久以前就掌握了全球数据网络(或称互联网)。现在机器也要实现同样的创举了。 在物联网日益开疆拓土的趋势下,这种愿景正在变成现实,比如,有些智能化控制中心已经开始利用自己的接口直接与其他中心通信。“我们预计到2020年,将 有500亿台设备实现联网。”爱立信*执行官Hans Vestberg称。爱立信公司甚至在树木上安装了嵌入式系统,目的是让树可以向互联网传递信息。“假如你经营着一家林业公司,如果你能了解树的感受,这 是不是会很有用?”

2011年夏季,西门子和德国科普杂志《Spektrum der Wissenschaft》同样为爱尔兰根植物园中一株已经生长150年的橡树装上了测量装置。安装在树上的可吸入颗粒物传感器和臭氧测量计可以记录环境 数据,同时由气象站和网络摄像头协助其工作。通过WiFi网络,这棵橡树将自己的数据发送给一台计算机,计算机对数据进行评估,然后便能检测出这棵树在特 定时间的健康状况。互联网用户可以直接查看相关信息,这棵“会说话的树”经常在Facebook和Twitter上更新动态,它还会向Flickr上传照 片,向YouTube上传视频。

当然物联网的本领远远不止于使橡树与人互动。实际上,整座风电场的机器之间也可以进行通信。比如,在某座风电场中,运营商并没有让每台发电机满负荷 运转,而是利用西门子的软件来使发电机可以相互交换数据,最终既能最大限度提高风电场的发电量,又能最大限度地减轻某些组件的磨损。

医生可以在并非用于诊断目的的平板电脑或监视器上观察患者影像,并将它们发送到其他地方。

智能电网是物联网大显身手的另一个领域。比如,将来,洗衣机和制冷系统等用电设备将与互联网实现通信,从而平衡电力供需关系。西门子和电力公司 Allgäuer überlandwerk GmbH目前就在测试一个类似的智能电网,测试工作已经进行一年多。“这里的情形如同人们期望2020年能在德国看到的情景一样。”Allgäuer* 工程官Michael Fiedeldey透露。

到那时,汽车有可能也会实现彼此通信,与周边环境通信,通过这种通信来避免交通事故,确保交通通畅。举例而言,如果交通堵塞超过了一定程度,车辆会通过无线网络向后面的车辆发出提醒。机器还会与其他机器通信,做好紧急救助的准备。

制造业的变革。很多工业领域也对物联网技术跃跃欲试,究其原因,是因为物联网可以推动制造业实现真正意义上的变 革。德国联邦政府的高科技战略举措中有一项行动叫做“工业4.0”,西门子也是其参与成员之一。这个行动的倡导者就持此观点。“工业4.0”的愿景是构建 以分布式智能为特色的体系,在该体系下,工厂将摆脱集中生产模式。

在这一蓝图中,待处理部件和制造机器将进行对话,借此自行优化制造工艺。“每件原材料上都有一个很小的嵌入式系统,这个系统相当于一个微型Web服 务器,它配备一个无线接口,可以看做是它的数字化内存。” 德国人工智能研究中心(位于Saarbrücken)负责人Wolfgang Wahlster教授说道,“嵌入式系统可以确切地判断出应该如何处理原材料产品,然后单独向工厂中的相应机器请求所需的操作。”

在不远的将来,通过与周遭设备通信,包裹能在物流网络中自己找到运输路线。

在历经机械化生产、大规模电气化生产和生产工艺的电子自动化之后,第四次工业革命将是物联网和分散式控制的舞台,它们所具备的灵活性会让单件产品的制造也有利可图。这种趋势必将有助于高收入国家创造就业机会,保持竞争优势。

与此同时,工厂中执行同类任务的机器也将能在生产线与生产线之间灵活切换,而无需中央控制系统干预。Wahlster套用PC领域的“即插即用”术语将之称为“即插即产”。

西门子目前在负责一个欧盟项目的协调工作,项目名为“应用物联网”,该项目旨在促进生产领域实现灵活的物联网。在“工业4.0”框架下,西门子还参 与了RES-COM项目(依托情景触发的机器对机器通信节约资源)。该项目由Wahlster牵头,由德国联邦教育与研究部拨款实施,其初衷在于促进能 源、淡水、空气和原材料等宝贵资源得到高效利用。

“但是如果有人认为物联网只会采集传感器数据,那他就错了。”西门子中央研究院的Joachim Walewski说道,“它还必须要输出具有可操作性的信息。”比如说,如果材料运送车辆中的传感器只知道如何识别红灯,那还不够。系统必须能知道这辆货 车在朝哪个方向行驶,知道前方有交通灯,同时系统还要做出正确判断,也就是说现在需要刹车了。

位于多特蒙德的弗劳恩霍夫物流研究院院长Michael ten Hompel教授将数据包比喻为货物集装箱,并喜欢用“互联网物流”这个词。在不远的将来,包裹通过与周边环境设备进行通信,自己就可以在物流网络中找出 运输路线。“如此一来,紧急的货物会得到更快的运输,其他包裹则需要等待。”他介绍道。集装箱中的嵌入式系统配备有微处理器、传感器并无线连网,它们不仅 可以找到正确的运输路线,还具有其他功能,比如利用温度传感器监视易腐货物,从而充当产品存储器。

“云”在未来的物流领域也将发挥核心作用,这个概念是通过互联网按需获取处理能力、软件和存储空间。“所有与货物搬运和送货有关的IT流程都将转移 到云中。” ten Hompel说,“那么,比如说RFID扫描仪,它不会连接到仓库中的某台服务器,而是连接到云中的计算机。”在从产地运输到收货地点的过程中,货物将全 方位获取服务市场的信息,颇似软件模块记录货物的到货情况,并将该信息存储到数据库中。这样的小应用可以像乐高积木一样,根据需要组合成更为复杂的服务, 很多供应商会提供此类服务。

面向所有人的服务。这正是“服务互联网”背后的构想。在这种构想下,全球计算机网络将演变成一个庞大的软件模块 库,所有模块均采用标准化接口,因此这些模块可以轻松地进行组合,构成更高级的服务。为实现上述目标,Michael ten Hompel的研究院已经尝试对杜伊斯堡的一座配送仓库进行改造,为其配置了云技术。

“我们的云服务器以各种软件模块为载体,支持31种‘业务对象’。比如,它们包括仓库管理和货物接收方面的软件。这些软件模块是由十几家供应商提供 的,但是它们全部遵循既定的标准,所以可以轻松地进行集成。”ten Hompel说。这座仓库只用两周时间便改造完成,可以开门营业,而通常情况下,仓库改造工程可能需要长达数月的时间。

风力发电机可以互相“交谈”,从而优化产能。在爱尔兰根,一株装有测量装置的橡树常常在“Twitter”上更新动态,报告自身状况。

未来的服务互联网可能同样会让我们过上更舒适的生活。比如,一些研究人员预见到一个可以为所有人提供灵活组合的服务的网上市场。假如某个家庭的供热 系统出现故障,户主不必再联系工人上门维修,而只需在服务平台上发一条帮助请求。系统利用语义技术,能够根据季节和天气预告判断问题类型和严重程度。然 后,系统会根据所有相关维修工的日程安排自动查找到合适的维修工,并安排这次维修服务。实现上述构想的前提条件是推行“统一服务描述语言”(USDL)中 所载的标准化服务描述。USDL是在德国“Theseus”IT研究项目框架下开发出的一种语言,西门子在其开发中发挥了重要作用。

同样,成长于互联网中的自主服务也将在未来的智能电网中发挥重要作用,其形式是软件代理,这种代理可以代表消费者和电力生产者独立完成电能的购买与销售交易。此类网上电力交易的电价将不只取决于供需状况(目前则取决于供需状况),还会考虑到以往经验和预测数据。

放眼未来,互联网中的海量数据将成为新型服务的基础。届时我们可能会看到根据不同季节的日常用电需求模型而为建筑物和家庭用户提供的服务,根据每天 不同时段的交通量为交通规划师提供的服务,以及根据天气预报数据为楼宇自动化系统提供的服务。例如,如果建筑物能预先了解天气转暖情况,便可以提前逐步调 低供热温度。

能积累经验的网络甚至可以探明即将发生的组件故障。例如,西门子的燃气轮机利用数千只传感器向神经网络中馈入数据,从而可以监视自身的运转情况,最终达到优化发电机效率的目的。

西门子从全世界近400家工厂采集此类数据,然后根据这些数据来预测部件的损耗情况,确保在部件发生故障以前就予以更换。有了预防性维修,便能避免让人措手不及的故障——让机器具备报告自身状况的能力,大有裨益!

 

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