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IoT革命进行时



NX701 机器自动控制器

在全球制造业领域,物联网的应用逐步升级。它将所有的物品、服务、信息进行联网,进而引发制造业的革新。


而在日本制造业现场,数据的收集和分析在物联网IoT这个名词流行之前已成为惯例。不断累积的改善措施,使“日本品质”在世界范围内名声大振。


举例来说,在对生产状况精细管理要求很高的半导体生产流程中,需要处理大量不同种类的数据(包括温度、压力、气体流量等)。而在严格要求效率的汽车生产流程中,通过收集大量的数据,可以在机械故障发生之前,合理地更换零部件。


事实上,制造业对于信息数据的需求早已存在,这种在提高生产效率的同时改善产品性能的需求在制造业中不断增长,但是人们并不希望生产系统由于要处理大量的数据而变得过于复杂。


在这一背景下,制造业的整体环境发生了变化。客户需求的多样化需要更广泛的产品线与之匹配。伴随产品生命周期的缩短,企业需要不断推陈出新。随着市场全球化进程的加速,越来越多的生产工厂在区域市场周边建立。但是,随着劳动力的减少、熟练工人的短缺,在技术传承与劳动力确保方面依旧是一项严峻的课题。


为了快速准确地应对市场的变化,制造业需要的到底是什么?


归根到底,是需要一种综合控制器。新型控制器超出了传统控制器的框架概念,将信息通信技术(ICT)与工厂自动化(FA)相结合,并拥有令人难以置信的超高处理速度。机器在高速运转下会产生大量的数据交换,这也需要在处理方面达到超高速。超高速的处理能力可以完善控制器的性能,使用单一控制器即可控制复杂的系统架构。


欧姆龙的工程师相信,这台控制器可以为制造业数据带来新的生命,使之成为系统的核心,可以无障碍地在任何地方使用。


早在世界对IoT和工业4.0概念都还未知的时候,欧姆龙基于上述思考,开始研发新一代控制器NX701。欧姆龙的目标不是在已有的发展上进一步延伸,而是进行前所未有的控制——精确到万分之一秒的控制(100微秒)。克服了重重困难,终于实现了压倒性的高速,比英特尔酷睿i7专业处理器还要快。


向从未进入的开发领域进军





虽然对于大多数人来说可能很难想象,家用PC使用的处理器,不能直接用于工厂的机器自动化控制。举例来说,如果家用电脑的系统冻结0.1秒,往往会被忽视,也不会造成太大的问题。但是同样的事情发生在工厂就是严重的问题。它会导致机器突然停止,产生误操作,从而造成产品缺陷。


有鉴于此,在制造业,选用自家专门研发的生产部件可谓是惯例。而欧姆龙打破常规,决定在2011年推出的新型控制器上使用英特尔处理器。这次向更高难度发起挑战,是最初谁都始料未及的。


“新型的控制器处理速度为125微秒,是上一代控制器的4倍。为了能让控制器在制造现场稳定工作,需要运行速度为百万分之一秒的处理器,并最大限度地发挥多核的特性。这对于英特尔来说也是向未知领域发起的挑战。欧姆龙与英特尔的工程师一起工作,通过研究开发,了解制造领域对性能的基本要求。最终,我们研发出足以承受生产环境的新型处理器。” 负责固件(firmware)开发的欧姆龙人员说道。



NX701的开发人员

产品商业化的另一个重要要求就是小型化,新的控制器必须进一步瘦身。对于搭载英特尔处理器的超高速控制器来说,人们很容易想到一个类似于大型计算机那样的物品。但是巨大的控制器在生产现场是无法使用的。对于效率至上的制造现场,设备和厂房空间的有效利用是至关重要的。



NX701 CPU单元的组件

负责硬件开发的欧姆龙工程师Azuma先生回忆当时研发的辛苦时说道:“对于使用传统控制器的客户来说,将控制器小型化之后,会产生高密度回路,进而引发过热,导致CPU运行迟缓。为了使CPU在制造现场正常使用,我们必须保证CUP在环境温度55℃的高温下,依然能够达到预期的处理速度。为了使这一切成为可能,我们反复进行热模拟实验,不断优化高频电路设计技术。最终,研发出这款欧姆龙独家的控制器。”



项目团队成员回顾研发时的辛苦

ICT与FA相融合,创造“人与机器的新型协调关系”



放眼未来、克服一切困难问世的NX701,是业内最快的控制器。欧姆龙在2015年4月发布之后,该控制器已经在要求高精度和安全性,以及追求生产效率的电动汽车和智能手机的新一代制造设备上发挥作用。


当你看到40台以上的机器同步运转,实现生产最大化的那一刻,也会被这一景象所震惊。它使追踪每个产品的生产状况成为可能,对正在进行和即将进行的生产步骤进行质量管理。


与此同时,IoT、工业4.0等制造业旋风也在日本刮起。我们即将进入制造业的时代。


面对来自内部和外部的质疑,产品经理仓田先生不断收集客户需求,规划着未来理想的制造环境。他说“当时,对于是否有必要做这个高速控制器的质疑不绝于耳。但是我坚信欧姆龙的哲学,“机器能做的事就让机器去做,人类应该从事富有创造性的活动。“ 也有些人认为,机器可以代替人类。的确,在某些领域机器比人类操作更加快速、精准,也可以在危险的环境中长时间的工作。但是在制造现场,我们设想的未来是机器可以把人类积累起来的知识转化为存储的数据。它可以解释数据,完成所需任务,或是提出改善建议。我确信NX701将成为制造业创新的核心产品。


精细生产速度的大幅提升,使产品的高速生产达到了前所未有的高度。通过大量的数据分析及高速反馈,制造业技能的可视化和人工智能将人与机器的交互提升到一个全新的水平。欧姆龙相信NX7作为旗舰型号,将开创制造业的未来。


欧姆龙的目标是将制造业同仁与欧姆龙的技术和智慧相融合,并通过革新,为世界各地的人们创造美好而幸福的未来。欧姆龙将以此为目标,不断进行挑战,使机器更加智能、构筑与人类新的和谐关系。


NX701 机器自动化控制器荣获由日本经济新闻社主办的2015年日经优秀产品·服务大奖。评委会认为“在制造现场,物联网和大数据的应用越来越广泛。NX701在处理速度和性能、质量上都有质的飞跃,可以灵活应对各种新兴的需求”。NX701将在基于IoT和先进的信息通信技术的新世代生产工厂中得到广泛应用。
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