IoT引领制造业转型升级
-技术让IoT成为可能-

〈 笔者:(株)RONDO APPLIWARE SERVICE 中崎 胜 〉
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通过创新与改革来发挥制造业最核心的力量

下面是关于IoT技术如何在实际生产过程中运用的介绍。 革新是指,利用新的技术来使生产以及工作方式提升到一个新的高度。这就是说,IoT无非就是通过改进现有的技术,用新技术来改变目前的生产以及工作方式。

通过对改进后的生产以及工作方式持续不断的完善,最大可以使工作效率与效能提高百分之一百,这种改善可以成为日本制造业的优势所在。IoT通过对实际生产现场的改革,不断进化,完善,充分发挥制造业最核心的力量。

关于对产业技术创新与育成的思考

IoT新型技术的利用过程中,无论如何都会受到一定的制约。所以一定要注意以下两点。

1.为了更加有效地利用IoT技术,新软件的开发是必不可少的。

2.IoT技术目前还没有完全成熟化,不必苛求完美。

在制造现场,人们通常都想要追求完美。但是,IoT技术目前还在发展中。IoT的实用化,必须要结合现有的那些相对不太成熟的技术来进行创新与育成。

1. 信息通信技术与互联网

排在第一位的是就信息通信技术与互联网。其中信息通信技术包含6个领域(图1)。


图1 通信技术和互联网

  • M2M模块
    它通过在机器内部嵌入无线通信模块,通过手机网络与互联网连接。比如LTE,4G等。
  • 无线网
    与M2M功能基本相同的高速通信手段。
  • 蓝牙
    通过手机建立连接网络。通信距离较短。
  • ZigBee(IEEE802.15.4)
    ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。通常用于公司内部的通信。
  • RFID
    即射频识别技术,俗称IC电子标签。

把以上6大技术中的任何一种附加到物品身上,并进行网络连接,这就叫做IoT。其目的就是让所有的物品都与网络连接在一起,进入互联网的世界。

2. Big Data大数据

Big Data是为了有效利用IoT收集来的数据的一种数据集合。从现场传送来的数据通过云计算发送给不同的电脑,分散后再集中处理(分布式处理)。分布式处理具有高实时性、高灵活性的特点,并且可以确保信息的安全(图2)。


图2 Big Data

为什么被称作Big Data的三大理由。

  • 包含数据的图像,声音以及传感器数据的都可以进行处理,自身的容量很大。
  • 把收集的情报进行实时传送,还可以在短时间内实现数据的剧增(有可能)
  • 可以在短时间内对庞大的数据库进行计算。
    结果是,无法想象的庞大的数据资料可以在短时间内计算完成,所以被称为Big Data。

Big Data有三种功能。

  • 储存
    可以储存从IoT传送来的庞大数据。
  • 活用
    利用BI(商业智能)分析工具来为我们的工作服务。
  • AI情报源
    庞大的数据可以作为AI的学习储备。

所以,Big Data又被称为,IoT与AI之间建立友好关系的桥梁。

3. AI

AI是Artificial Intelligence的缩写,日语翻译成人工智能。

AI简单来说就是对人类提出的问题进行解答的智能系统。包括语言识别,画像识别,声音识别等三大功能,并且可以运用学习和推论2大功能来处理数据。根据这5个功能,回答(推论)人类提出的问题(要求)(图3)。


图3 AI的5个功能

目前,实现AI有两种方法。

  • rule base AI
    以前的程序设计型AI。也被称作为教师型AI,通过对录入信息的学习,不断提高精确度。
  • 人工神经网络
    模仿人类大脑的AI。也被称作无教师AI,通过对网络中收集到的信息的不断学习来提高精确度。

无论哪种方法,从数据量的增加以及推论精确度的提高(贝叶斯定理)上来看,Big Data和IoT的搭配都十分融洽。

通过对AI的灵活运用,IoT可以做更多的事情。

4. 安全性

关于IoT的实用化,所有人都很在意的是安全问题。图4是关于工作导航的安全性问题,目前来说,IoT系统的安全性可以分为四个级别。

  • ①运用时的安全性
    被带出公司时数据的安全性。在必要场所以外,数据无法被读取和利用。
  • ②收发信号时的安全性
    和云计算时的安全性。对收发的数据进行加密,利用Docker进行数据保护。
  • ③储存时的安全性
    从外部访问保存数据的安全性。发送的数据在多处被随机保存,一般不要让别人知道需求的数据被保存在哪里。
  • ④Hacking安全性
    从外部访问公司内系统的安全性。每个IoT设备,基本上不具备检测安全性的功能。因此,公司内部系统和互联网要通过网关来分辨,并加入安全软件。

5. Wearable Device 可穿戴设备

可穿戴设备即直接穿在身上并且与网络连接的一种便携式设备。目前,市场存在的可穿戴设备有,智能眼镜,智能手表,智能戒指等。其中最具有代表性的是智能眼镜。


图4 4个安全性

智能眼镜是指,可佩带眼镜型终端产品,在眼镜镜片上可以显示画像和数据(图5)。

在制造业中可以运用的五大领域

  • ①视频标准表示︰用作工作导航
  • ②远程可观看影像︰用作工作导航,故障对应
  • ③用声音进行交流︰用作工作导航,故障对应
  • ④摄影看到的影像︰用作为了改善工作的视频摄影
  • ⑤记录活动路线︰用作场所导航,故障对应

目前,智能眼镜市场的状况还很混乱,世界上有10多家公司都在进行智能眼镜的开发与销售。虽然不知道选择哪种,但是实际的使用状况很不理想。

面对用户提出的要求,如果厂家可以逐一对应改进的话,在完成度上还是抱有很大期待的。

6. 传感器

通常在生产中利用可穿戴设备是很复杂的。在职场和工作中,利用蓝牙技术对工作人员的动作和声音进行处理的传感器。

目前,运动传感器有4种功能。

  • ①声音识别︰画面质量调节可以声控
  • ②计算动作︰在防止不必要错误时使用
  • ③位置识别︰加强安全性,保密性时使用
  • ④面部识别︰增强保密性时使用

运动传感器的使用还在不断的探索中。

7. IC标签

IC标签是RFIC标签的缩写,在标签上埋入IC芯片和微型天线,用电波发送记忆的数据并优先读取。基本上是为了检测物体的位置而使用的。

IC标签分为有源标签和无源标签两种。无源标签具有小型便宜,能长时间使用的优点,以及没有电源,通信距离较短的缺点。无源标签,具有搭载电源和通信距离较长的优点,但是也具有外形大,价格贵的缺点。

虽然条形码也具有和IC 标签相似的结构,但是因为没有直接扫描物品的必要性,现场使用时,IC标签具有绝对的优势。另外还具有可以改写数据量,复数同时读取,耐久性,渗透性的优点。弱点是有噪音。

在使用上,IC标签还有成本太高以及必须在物品上粘贴,容易剥落等现实问题。目前为了解决这些问题,IC标签与AI的活用成为了关键的突破口。

8. 传感器

这里说的传感器是指设置在设备上的装置。为了实现预知保全的需要,从传感器发送来的信号是必要的,为此,现在正在开发具备通信功能的传感器。

但是,如果全都替换为具备通信功能的传感器,在成本方面也是不太现实的。因此,最好的方法是以现有的的结构来探讨预防保全的方法。现在可以通过通信组装式和音序器向互联网发送传感器数据,形成IoT化。

比方说,光电传感器,可以通过传感器获得三个数据。

  • ①ON/OFF信号︰与音序器的内部定时器组合的部品可以知道组装式的动作速度的延迟。
  • ②光量︰根据光量的减弱率在传感器上投受光面的污垢,可把握光源的恶化。
  • ③使用时间︰根据音序器内部的定时器可以得知使用时间。

通过以上①-③的数据,实现预知保全。

为了实用化,必须把握各部品和传感器的故障和暂停的机械装置。


图5 智能眼镜操作导航