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

模具素有工業之母之稱，是點鐵成金的工業印鈔機。模具在世界各國經濟發展中具有重要地位，是衡量一個國家制造業水平的重要標志之一。同時，模具屬于昂貴的公司資產，又影響著產品的交付，因此，模具的管理十分重要。

對于汽車制造業來講，汽車零件的質量七分靠模具，三分靠工藝。而汽車模具的質量七分靠管理，三分靠制造。因此，為有效提升汽車零件質量，汽車模具全生命周期管理是供應鏈升級的關鍵保障。而對汽車生產企業來說，由于汽車模具數量龐大、種類繁多，傳統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、信息精準性差、管理成本高的人海戰術。考慮到傳統模具管理手段對模具盤點數據、模具實際位置、生產狀況、閑置情況、是否損壞丟失和模具狀態等無法清晰了解。因此，利用智能化的手段進行模具管理已是生產企業的迫切需求。針對這一現狀，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 研究現狀

2.1 傳統模式

如圖1所示，傳統汽車模具全生命周期管理方案采用表格監控模具狀態。這種方式有明顯的弊端，主要體現在傳輸節點多、數據有效性差、無法實現關鍵數據的有效監控，以及模具位置、壽命、產能、狀態等重要數據完全靠手工傳遞，工作浮于形式等。

圖1 傳統汽車模具全生命周期管理方案

2.2 問題分析

針對傳統汽車模具全生命周期管理方案的特點，模具行業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，機械計數器故障后難以準確統計模具使用壽命。（2）生產決策缺乏科學依據。統計數據不準確，難以確定模具保養周期，造成模具故障率高，使用壽命折損，產線生產效率和產品質量也受到影響。（3）模具利用率低。生產制造企業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，存在重復開模的情況，造成資產浪費，增加生產成本。

總的來說，傳統模具管理手工化，模具狀態變化依靠手工跟蹤，準確性差，時效低，無風險管理和重點監控。因此，基于NBIOT技術，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

NBIOT（Narrow Band Internet of Things）技 術，即窄帶物聯網，是一種專為萬物互聯打造的蜂窩網絡連接技術。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、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現有網絡共存，并且能夠直接部署在GSM、UMTS或LTE網絡，即2/3/4G網絡上，實現現有網絡的復用，降低部署成本，實現平滑升級。

移動網絡作為全球覆蓋范圍最大的網絡，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，基于蜂窩網絡的NBIOT連接技術的前景更加被看好，已經逐漸作為開啟萬物互聯時代的鑰匙，而被商用到物聯網行業中。圖2所示，為NBIOT技術，與圖3的原有無線方案相比，具有以下所示的優勢：（1）廣覆蓋。相比現有的GSM、寬帶LTE等網絡覆蓋增強了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。相比現有無線技術，同一基站下增多了50～100倍的接入數，每個小區可以達到50K連接，真是實現萬物互聯所必須的海量連接。（3）低功耗。終端在99%的時間內均處在休眠態，并集成多種節電技術，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。僅支持終端設備在30km/h的移動速率下實現小區切換，遠低于4G支持250km/h的速率（高鐵專網可達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技術的優點，現提出一種基于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蜂窩網絡部署較原有無線方案優勢明顯，實現了終端——云平臺的直接連接，無需再配套安裝路由器、光纖貓等設備，無需建基站，大大降低了成本。可隨時隨地上報數據，突破廠區、園區等地限制。（2）超強續航。采用低功耗芯片結合低功耗NBIOT模組的方案，待機功率僅為50ua，在滿足基本應用場景的前提下，最大限度地節省電能損耗，僅使用鋰電池即可達到6年以上的使用壽命，節省大量安裝、維護成本。（3）精確計數。計數方式采用磁感技術，比物理開關更加敏感、快速，壽命更長。

4.1 工具及環境

開發環境為JDK1.8。版本管理工具為Git。后端開發IDE為IntelliJ IDEA。后端開發架構為dubbo。前端開發技術為vue。前端開發IDE為Visual Studio Code。

4.2 關鍵技術

（1）采用MySQL集群、MongoDB集群、RabbitMQ集群技術，實現模具物聯大數據處理高可靠性、海量存儲、高穩定性等功能，使得平臺故障恢復時間小于30分鐘、無限擴容和年平均無故障時間大于99%。（2）采用ETL數據清理、轉換、集成技術，實現大數據預處理、轉換，提高業務數據40%的處理效率。（3）采用Hive/Hadoop集群技術，實現大數據集群計算和處理。（4）采用BI商業智能可視化技術，實現大數據可視化、決策、分析，支持多屏互動、在線設計并展示、大數據建模等。（5）采用機器學習算法，支持線性回歸、邏輯回歸、聚類等常用機器學習算法等核心技術，實現標準算法的無縫對接和算法無限擴容。

4.3 平臺架構

基于云平臺的3層架構，COSMOPlat模具物聯大數據管理平臺系統主要包括應用層（SaaS）、平臺層（PaaS）和IaaS層等系統模塊，具體如下圖所示：（1）IaaS層：云基礎設施層，對服務器、存儲、網絡進行虛擬化，向PaaS層提供數據存儲、計算服務、負載管理、備份等虛擬軟件服務。（2）PaaS（平臺）層：主要分為基礎服務組件和業務中間件兩部分。諸如MySQL、Redis、MongoDB、RabbitMQ基礎服務組件主要為應用層提供大數據基礎服務。業務中間件主要包括應用開發組件、工業微服務組件庫、數據建模和分析、大數據處理等中間件。（3）SaaS（應用）層：主要分為模具物聯、增值服務、資源生態三大部分的業務應用。其中，模具物聯具備資產管理、提質增效、資產體驗、資產分析和可視化等核心功能；增值服務具備模具設計、模具制造、資源再生、模具維保等核心功能。資源生態具備資源超市、設備共享、產學研、合作伙伴等核心功能。

圖5 平臺構架

5 結語

生命周期管理對汽車模具制造業而言是一種非常靈活高效的管理模式。隨著汽車產業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和應對策略，而傳統的模具生命周期管理方法效率低下、信息精準性差、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同作業，能夠顯著提高企業的運行效率和經濟效益，使企業在瞬息萬變的市場中具有持續的競爭力。