工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端平臺升級探索

張展 徐州工程機械技師學院

1 背景

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備演變于自動售貨機，又稱為Vending Machine或智能倉柜，是商業(yè)自動化的常用設(shè)備，它不受時間、地點的限制，能節(jié)省人力、方便交易，于2012年開始引入生產(chǎn)現(xiàn)場，一般部署在車間生產(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庫。它最主要的特點為現(xiàn)場管理、高頻使用、實時在線，對傳統(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踐價值。

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

傳統(tǒng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備整個系統(tǒng)由Vending設(shè)備，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和終端管理軟件組成。Vending設(shè)備由飲料自動售貨機直接演變而來，多為螺桿類設(shè)備，每個貨道都有獨立的電機進行控制，針對不同的物料配置不同間距的彈簧給每個貨道，以電機驅(qū)動彈簧實現(xiàn)物料掉落至取物口完成生產(chǎn)現(xiàn)場的智能領(lǐng)料。

軟件平臺方面基于Windows開發(fā)，出于兼容性考慮采用了Access數(shù)據(jù)庫和.NET編寫客戶端軟件，通過串口232與底層控制板進行通信，控制前端設(shè)備的操作并記錄相關(guān)領(lǐng)料數(shù)據(jù)，通過報表的形式呈現(xiàn)給客戶。

運行一年后，陸續(xù)出現(xiàn)以下幾個問題：

(1）機器故障，無法出庫。

(2）串口打開失敗，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，造成補貨入庫等待時間較長，入庫經(jīng)常需要1個小時左右。

經(jīng)過詳盡分析，問題原因主要在于Windows平臺的局限性：

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

(2）Access數(shù)據(jù)庫對于網(wǎng)絡(luò)交互的穩(wěn)定性和兼容性較差。另外，數(shù)據(jù)庫容量達到一定規(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)復雜，線路繁多，任何一個控制板上的一個模塊錯誤，都會影響到整個設(shè)備的正常出貨。

據(jù)此，我們制定了針對性的解決方案：

(1）將Vending中的主控板更換新板。

(2）針對串口錯誤和軟件客戶端界面出現(xiàn)假死機現(xiàn)象，增加人工維護頻次，2天至少重啟一次。

(3）數(shù)據(jù)同步問題每3個月清空一次Access數(shù)據(jù)庫。

試行后，問題依舊沒有得到根本性的解決，數(shù)據(jù)庫的不延續(xù)性造成客戶對歷史數(shù)據(jù)不可實時追溯，設(shè)備頻繁的故障和運維讓現(xiàn)場服務(wù)人員苦不堪言。新更換的主控板又相繼出現(xiàn)了原來的故障，穩(wěn)定性得不到保障，客戶的報怨和投訴也逐步增加，平臺升級迫在眉睫。

3 平臺升級解決方案

為了解決以上問題，2018年和2019年均參加了上海中國國際無人展會，發(fā)現(xiàn)Android平臺的工控機已經(jīng)逐步成熟，并且成本更加低廉。一臺Windows主機的最低配置需要近2500元左右，而Android工控機約900元左右，且基于ARM處理器與底層STM32單片機主板通訊則更加穩(wěn)定。但是缺點就是沒辦法進行遠程處理，原Windows平臺可以利用遠程軟件快速對客戶端系統(tǒng)進行維護，但Android平臺則無法進行遠程維護。

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，因此我們以原設(shè)備改造為方向設(shè)計了平臺升級的解決方案。

3.1 核心控制系統(tǒng)升級

Windows平臺硬件系統(tǒng)更換為Android平臺硬件系統(tǒng)，原來的主板、電源、CPU、內(nèi)存、硬盤、14寸顯示屏部分全部被一個7寸的安卓工控機代替；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

主機連接線纜全部重新部署，并且連接測試，線纜順序進行調(diào)整升級，適配新主板觸發(fā)順序。

3.3 電機改造

進行人工器件焊接改造，為了配合主板需要再對彈簧電機進行改造升級以適配新主板。

3.4 軟件平臺升級

原有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和客戶端軟件更新為自主開發(fā)的安卓平臺管理系統(tǒng)。

軟件特點：

(1）物料出庫、采購入庫、庫存盤點，輕松實現(xiàn)出庫管理和入庫管理。

(2）后臺實時記錄跟進，及時提醒補貨任務(wù)，靈活調(diào)整補貨數(shù)量。

(3）詳盡的數(shù)據(jù)報表分析系統(tǒng)：領(lǐng)用明細、倉位庫存、補貨記錄等，全方位支持企業(yè)管理人員追溯數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

4 效果評價

(1）升級成本降低，僅為整理更換成本的10%。

(2）升級改造后，客戶反饋領(lǐng)用速度明顯提高，由原來的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，從原來的一天幾次故障到目前運行1個月0故障，客戶滿意度明顯提高。

（4）由于采用了實時有效的數(shù)據(jù)交互和校驗技術(shù)，數(shù)據(jù)同步后完全匹配，分析統(tǒng)計報表的準確性得到了保證，成了客戶進行成本分析和質(zhì)量追溯的重要依據(jù)。

5 結(jié)語

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