工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端平臺(tái)升級(jí)探索

張展 徐州工程機(jī)械技師學(xué)院

1 背景

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備演變于自動(dòng)售貨機(jī)，又稱為Vending Machine或智能倉(cāng)柜，是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，它不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，能節(jié)省人力、方便交易，于2012年開(kāi)始引入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，一般部署在車(chē)間生產(chǎn)線附近，輔以4G網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)管理模塊，通過(guò)云端網(wǎng)絡(luò)集成管理所有信用記錄，最終形成在線智能小倉(cāng)庫(kù)。它最主要的特點(diǎn)為現(xiàn)場(chǎng)管理、高頻使用、實(shí)時(shí)在線，對(duì)傳統(tǒng)的MRO產(chǎn)品服務(wù)的模式具有顛覆性的創(chuàng)新和改變，具有很大的降本作用和實(shí)踐價(jià)值。

2 傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的痛點(diǎn)與分析

傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)由Vending設(shè)備，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和終端管理軟件組成。Vending設(shè)備由飲料自動(dòng)售貨機(jī)直接演變而來(lái)，多為螺桿類設(shè)備，每個(gè)貨道都有獨(dú)立的電機(jī)進(jìn)行控制，針對(duì)不同的物料配置不同間距的彈簧給每個(gè)貨道，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)彈簧實(shí)現(xiàn)物料掉落至取物口完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的智能領(lǐng)料。

軟件平臺(tái)方面基于Windows開(kāi)發(fā)，出于兼容性考慮采用了Access數(shù)據(jù)庫(kù)和.NET編寫(xiě)客戶端軟件，通過(guò)串口232與底層控制板進(jìn)行通信，控制前端設(shè)備的操作并記錄相關(guān)領(lǐng)料數(shù)據(jù)，通過(guò)報(bào)表的形式呈現(xiàn)給客戶。

運(yùn)行一年后，陸續(xù)出現(xiàn)以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1）機(jī)器故障，無(wú)法出庫(kù)。

(2）串口打開(kāi)失敗，必須要重啟才可以重新領(lǐng)用。

(3）數(shù)據(jù)同步異常，造成后臺(tái)數(shù)據(jù)與客戶端數(shù)據(jù)不一致。

(4）軟件反應(yīng)慢，造成補(bǔ)貨入庫(kù)等待時(shí)間較長(zhǎng)，入庫(kù)經(jīng)常需要1個(gè)小時(shí)左右。

經(jīng)過(guò)詳盡分析，問(wèn)題原因主要在于Windows平臺(tái)的局限性：

(1）普通的Windows平臺(tái)硬件體系長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航后穩(wěn)定性極差，系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)莫名其妙的錯(cuò)誤，甚至崩潰。更換專業(yè)續(xù)航的平臺(tái)硬件成本極高，性價(jià)比較低。

(2）Access數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)交互的穩(wěn)定性和兼容性較差。另外，數(shù)據(jù)庫(kù)容量達(dá)到一定規(guī)模后，數(shù)據(jù)處理效率大幅下降。

(3）老式控制板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，線路繁多，任何一個(gè)控制板上的一個(gè)模塊錯(cuò)誤，都會(huì)影響到整個(gè)設(shè)備的正常出貨。

據(jù)此，我們制定了針對(duì)性的解決方案：

(1）將Vending中的主控板更換新板。

(2）針對(duì)串口錯(cuò)誤和軟件客戶端界面出現(xiàn)假死機(jī)現(xiàn)象，增加人工維護(hù)頻次，2天至少重啟一次。

(3）數(shù)據(jù)同步問(wèn)題每3個(gè)月清空一次Access數(shù)據(jù)庫(kù)。

試行后，問(wèn)題依舊沒(méi)有得到根本性的解決，數(shù)據(jù)庫(kù)的不延續(xù)性造成客戶對(duì)歷史數(shù)據(jù)不可實(shí)時(shí)追溯，設(shè)備頻繁的故障和運(yùn)維讓現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員苦不堪言。新更換的主控板又相繼出現(xiàn)了原來(lái)的故障，穩(wěn)定性得不到保障，客戶的報(bào)怨和投訴也逐步增加，平臺(tái)升級(jí)迫在眉睫。

3 平臺(tái)升級(jí)解決方案

為了解決以上問(wèn)題，2018年和2019年均參加了上海中國(guó)國(guó)際無(wú)人展會(huì)，發(fā)現(xiàn)Android平臺(tái)的工控機(jī)已經(jīng)逐步成熟，并且成本更加低廉。一臺(tái)Windows主機(jī)的最低配置需要近2500元左右，而Android工控機(jī)約900元左右，且基于ARM處理器與底層STM32單片機(jī)主板通訊則更加穩(wěn)定。但是缺點(diǎn)就是沒(méi)辦法進(jìn)行遠(yuǎn)程處理，原Windows平臺(tái)可以利用遠(yuǎn)程軟件快速對(duì)客戶端系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，但Android平臺(tái)則無(wú)法進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。

整體更換設(shè)備成本極高，且舊設(shè)備很難處理，造成極大的浪費(fèi)，因此我們以原設(shè)備改造為方向設(shè)計(jì)了平臺(tái)升級(jí)的解決方案。

3.1 核心控制系統(tǒng)升級(jí)

Windows平臺(tái)硬件系統(tǒng)更換為Android平臺(tái)硬件系統(tǒng)，原來(lái)的主板、電源、CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、14寸顯示屏部分全部被一個(gè)7寸的安卓工控機(jī)代替；控制板部分由6塊減少到1塊，改造后空間、成本、故障率都有了大幅的降低。

3.2 線纜升級(jí)

主機(jī)連接線纜全部重新部署，并且連接測(cè)試，線纜順序進(jìn)行調(diào)整升級(jí)，適配新主板觸發(fā)順序。

3.3 電機(jī)改造

進(jìn)行人工器件焊接改造，為了配合主板需要再對(duì)彈簧電機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)以適配新主板。

3.4 軟件平臺(tái)升級(jí)

原有的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和客戶端軟件更新為自主開(kāi)發(fā)的安卓平臺(tái)管理系統(tǒng)。

軟件特點(diǎn)：

(1）物料出庫(kù)、采購(gòu)入庫(kù)、庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)，輕松實(shí)現(xiàn)出庫(kù)管理和入庫(kù)管理。

(2）后臺(tái)實(shí)時(shí)記錄跟進(jìn)，及時(shí)提醒補(bǔ)貨任務(wù)，靈活調(diào)整補(bǔ)貨數(shù)量。

(3）詳盡的數(shù)據(jù)報(bào)表分析系統(tǒng)：領(lǐng)用明細(xì)、倉(cāng)位庫(kù)存、補(bǔ)貨記錄等，全方位支持企業(yè)管理人員追溯數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4 效果評(píng)價(jià)

(1）升級(jí)成本降低，僅為整理更換成本的10%。

(2）升級(jí)改造后，客戶反饋領(lǐng)用速度明顯提高，由原來(lái)的2分鐘左右縮短至15秒，大幅提高了領(lǐng)用效率。

(3）領(lǐng)用物料的故障率明顯降低，從原來(lái)的一天幾次故障到目前運(yùn)行1個(gè)月0故障，客戶滿意度明顯提高。

（4）由于采用了實(shí)時(shí)有效的數(shù)據(jù)交互和校驗(yàn)技術(shù)，數(shù)據(jù)同步后完全匹配，分析統(tǒng)計(jì)報(bào)表的準(zhǔn)確性得到了保證，成了客戶進(jìn)行成本分析和質(zhì)量追溯的重要依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備已部署多年，廠商的投入也相當(dāng)巨大。本方案有效利用了原有Vending 中大部分機(jī)械類部件，對(duì)核心控制系統(tǒng)進(jìn)行了顛覆性的低成本平衡升級(jí)，不僅解決了原有設(shè)備痼疾，也充分發(fā)揮出DT時(shí)代下高速帶寬和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的長(zhǎng)處，將日后硬件設(shè)備更新和維護(hù)成本、人力成本降到了最低，有極高的參考價(jià)值和實(shí)施意義。