蓝牙设备帮助交付工业项目

插图：© IoT For All 在人工操作活动中采用蓝牙设备对多个行业的安全、透明度和质量产生了深远影响。在过去十年中，许多公司都认识到数字化的必要性。这种数字化趋势因新冠疫情的爆发而进一步加速，疫情为公司提供了宝贵的机会去审视并改进当前的工作流程。在Cumulus公司，我们看到了蓝牙低功耗（BLE）技术的广泛采用，这使得创建数字工作流程、收集现场数据以及确认工作进展成为可能。这反过来又增强了公司的作业质量，节省了人工工时，并减少了返工情况。因此，蓝牙低功耗在工业领域有许多实际应用。“在人工操作活动中采用蓝牙设备对多个行业的安全、透明度和质量产生了深远影响。” **延迟与预算问题的成因** 2016年底，一家大型能源公司正在建设一个液化天然气（LNG）设施，但该项目预算超支且进度滞后。公司管理层意识到，这种情况在其资本项目中很常见，他们最终决定采取行动。因此，公司开始使用系统工程进行研究，以更好地理解问题，对其进行分解并提出有效的解决方案。以该LNG设施为案例，发现了一些共同的主题： - 项目依赖临时现场工人，导致人员流动率高。 - 检查员与现场工人的比例较低，造成大量工作未完成，从而影响了进度。 - 现场作业状态和数据无法及时获取，数据延迟可能持续几天甚至几周。 - 一个特别严重的问题是机械操作与完整性，特别是法兰连接作业。在大多数设施中，法兰连接是由技工完成的，他们也被称为装配工。法兰连接必须由质量检验人员进行检查。法兰连接过程中的数据需要记录和存档，以便符合法规和审计要求。 ASME PCC-1标准推荐了透明度、记录保存和遵循既定指南作为确保法兰连接紧固质量的三个关键因素。因此，成熟的设施通常会有一个法兰管理计划，描述控制法兰连接流程的工程和程序规范。在典型的化工厂或炼油厂中，会定期进行称为“年度检修”（Turn-Around Maintenance, TAM）的维护工作。在TAM期间，工厂的某些部分会关闭4到8周。大量工人被召集进来，其中一些人可能从未在工厂工作过。他们接受培训，然后被部署执行关键的、手动工作，包括拆卸、维修和重新组装法兰连接，按照现场标准操作程序进行操作。 这一过程需要严密的监督，因此需要检验员和质量保证工程师。尽管已制定了工程和程序控制，但返工率仍然很高，有时甚至因维护过程中的错误导致泄漏，从而引发停机。所有问题都可以追溯到以下三个根本原因： - 由于培训不当或不足导致工人错误。 - 缺乏工作检查和审核。 - 缺乏实时现场数据。 行业数据显示，30%的现场手动工作执行不规范，每年浪费超过6250亿美元。另外，可预防事故每年释放约1.7亿吨温室气体（GHG）排放，相当于3600万辆汽车的排放量（GEC 2021研究）。最后，非计划停机每次平均给工厂业主带来每小时26万美元的成本（GE/ServiceMax 2019）。更糟糕的是，施工和运营团队难以找到足够的合格工人。根据AGC 2021年劳动力调查，2022年行业需要额外220万工人，但72%的承包商表示难以找到高质量的候选人。S&P Global 2020年称“伟大的团队更替”是一场“人口结构的时间炸弹”，正在推动IoT、AI和AR的采用。 尽管如此，目前大多数常用的数字化方案并不能确保工作质量。幸运的是，数字化可以解决上述三个问题。人工操作的性质始终依赖于临时工人，这意味着持续的培训和学习强化是必须的。当数据以能展示工作方式的方式被记录时，即使不在现场，合格的检验员也能获得足够的信息来评估工作质量。数据连接为现场和办公室人员之间提供了实时的联系，使检验员和监督人员可以实时跟踪工作进度。这在工作各层级注入了透明度，从执行工作的人，到检验工作的人。在这种方式下，ASME关于透明度、记录保存和遵循指南的建议可以得到实现。 蓝牙设备是现场数据收集的重要手段。在法兰连接过程中，使用数字蓝牙低功耗（BLE）扭矩扳手来跟踪连接法兰中每个螺栓的扭矩。扳手与移动设备配对，该连接法兰的工程数据被下载到应用程序中，该应用使用工作流程指导工人每次操作所需的次数、紧固模式和每一步的扭矩值。这强化了已提供的工人培训。与蓝牙设备进行通信的能力是一个重要的区别点，因为它使检验员能够查看每个螺栓的实际施加扭矩，提供了前所未有的透明度。工作完成后，相关数据上传到服务器。通过网页浏览器，检验员可以查看所有与工作相关的数据，包括自动生成的完成报告。 **蓝牙设备的优势** 蓝牙低功耗协议主要用于消费类应用，因此大多数现成的GATT配置文件是为消费类设备设计的。GATT配置文件的好处在于提供了标准的通信协议，使得消费者可以选择不同制造商的产品并期望它们能够正常运行（即插即用）。蓝牙连接的点对点性质在工业环境中尤为有益，因为大多数工业场所的网络连接并不稳定。蓝牙低功耗设备在工业应用中具有以下实际优势： - 提供数字接口以控制工具。 - 允许收集和记录工具数据。 - 点对点连接可减少来自开放网络接口的安全风险。 - 支持实时数据传输。 使用蓝牙连接技术跟踪法兰连接，我们观察到的泄漏率约为0.1%，相比传统方法中常见的10%以上泄漏率，减少了100倍。此外，一项项目估计通过防止法兰连接泄漏，减少了768,000吨温室气体排放，同时避免了数以千计的人工工时和数百万美元的返工成本。 2016年，市面上的工业蓝牙低功耗扭矩扳手还很少。领先品牌生产的扳手采用了独特的通信协议，如HART、蓝牙SPP和串口通信。在所有情况下，工具的接口都是唯一的，需要定制化和额外的硬件支持数据接口。这些通信接口并未被设计成能够提供与工作流程管理相关的有用信息。此外，当时还没有现成的、本质安全的蓝牙数字扭矩扳手。 **蓝牙在工业应用中的采用** 蓝牙工具的使用已成为工业数字化的重要推动力，使实时数据收集、工作质量跟踪和进度管理成为可能。尽管前述案例讨论的是法兰连接，但同样的问题也适用于其他需要工程和程序控制以确保质量和安全的工作流程。在这些应用中，类似的节约也可以实现，不过仍有一些挑战，若能克服，将有助于蓝牙低功耗设备的推广。目前，大多数工业工具没有标准的GATT配置文件。创建这些配置文件将带来以下好处： - 允许工具制造商专注于其核心优势，因为他们可以使用现成的蓝牙芯片。 - 允许电子设备制造商提供软件开发套件（SDK），以确保工业工具能够满足蓝牙低功耗标准。 - 推动行业内不同制造商工具/设备功能的标准化。 - 使工具制造商能够了解客户最需要的特性和功能。 - 允许客户（工业设施）从他们喜欢的制造商处购买工具，并期望这些工具具备基本的功能。 - 蓝牙允许开发人员设计针对工业工具的定制应用程序，而无需在市场上购买每一种工具和设备进行测试。 **持续发展** 为了继续推动创新的工业数字化解决方案，蓝牙是一种强有力的解决方案。为工业工具（如扭矩扳手、液压泵和数字标签）创建GATT配置文件和蓝牙协议，将促进该行业的广泛应用。