Retrofitting là gì?
Nội dung bài viết:
1. Retrofitting là gì?
2. Tại sao phải Retrofitting?
3. Cách Retrofit thiết bị cho quản lý kỹ thuật số
4. Các loại Retrofitting
1. Retrofitting là gì?
- Retrofitting là cập nhật hoặc thêm thiết bị (equipment), cảm biến (sensor) hoặc dịch vụ (service) vào phần cứng hiện có để nó có thể sử dụng các công nghệ mới. Trong khi nhiều tổ chức sẽ được hưởng lợi từ khả năng sử dụng giám sát, điều khiển từ xa hoặc các tính năng khác từ Internet of Things (IoT), rất nhiều thiết bị đã có trong lĩnh vực này không có khả năng giao tiếp cần thiết. Việc trang bị thêm (Retrofitting) cho phép thiết bị này kết nối (connect), báo cáo (report) hoặc được quản lý (managed).
2. Tại sao phải Retrofitting?
- Thay thế thiết bị cũ bằng thiết bị mới hơn đã sẵn sàng cho công nghệ mới nhất luôn là một lựa chọn. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, làm như vậy có thể tốn kém chi phí, tốn thời gian hoặc nói chung là lãng phí.
- Trong khi một số thiết bị nhất định cần được thay thế thường xuyên, các thiết bị công nghiệp khác có thể có tuổi thọ nhiều năm, thậm chí hàng chục năm. Việc thay thế các thiết bị như vậy chỉ để có quyền truy cập vào internet vạn vật IoT hoặc các tính năng khác là lãng phí và rất thường không thực tế. Nó cũng dẫn đến vấn đề chạy theo công nghệ. Thiết bị được thay thế ngày nay vẫn có thể trở nên lỗi thời liên quan đến truyền thông hoặc các công nghệ khác. Việc thay thế thiết bị trên toàn công ty ngày nay có thể cung cấp quyền truy cập vào các công nghệ hiện tại, nhưng liệu công nghệ 5G mới hơn có khiến toàn bộ nỗ lực trở nên vô nghĩa?
- Retrofitting cho phép các bản cập nhật có thể sử dụng được mà không cần thay thế và nâng cấp lên công nghệ mới hơn có nghĩa là trang bị mới thêm hoặc bổ sung chứ không phải là mua một thiết bị thay thế khác.
3. Cách Retrofit thiết bị cho quản lý kỹ thuật số
- Chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (Analog to digital converter)
-
Rất nhiều thiết bị giao tiếp với chỉ với một số dữ liệu. Dữ liệu như vậy thường chỉ là một đường truyền tương tự từ bộ vi điều khiển (Microcontroller) hoặc bộ điều khiển có thể lập trình (Programmable Controller). Ngay cả khi thông tin đó có thể bị chặn, nó vẫn không thể sử dụng được nếu không được chuyển đổi sang truyền thông kỹ thuật số hiện đại. Một bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số cho phép dữ liệu hiện có được gửi qua một phương thức truyền thông hiện đại như Ethernet hoặc Wi-Fi. Một khi dữ liệu đó có thể được giao tiếp từ xa, nó có thể được giám sát bởi một hệ thống giám sát tương thích.
- Lắp thêm cảm biến (Sensors)
-
Thông thường, phần khó nhất của việc trang bị thêm (Retrofitting) là tích hợp các cảm biến mới. Đối với thiết bị không giao tiếp dữ liệu cần thiết, ngay cả trong dữ liệu tương tự, các cảm biến bổ sung là cần thiết. Cảm biến được thiết kế đặc biệt cho thiết bị cũ và theo dõi dữ liệu cần thiết có thể không tồn tại. Tuy nhiên, có rất nhiều loại cảm biến, với ứng dụng sáng tạo, có thể cho phép giám sát hầu hết mọi thứ. Các cảm biến đo điện áp hoặc dòng điện có thể cảm nhận được một thứ đang hoạt động mạnh như thế nào hoặc hiệu quả ra sao. Các cảm biến tiêu chuẩn khác cũng cung cấp dữ liệu hữu ích. Chúng bao gồm cảm biến nhiệt (có phải là quá nóng không), cảm biến rung (có vấn đề với vòng bi, quạt hoặc cách lắp không), cảm biến âm thanh (hiếm khi kêu và đập mạnh) và tất nhiên, cảm biến độ ẩm (để phát hiện rò rỉ hoặc ngập nước).
- Khả năng giao tiếp với các thiết bị khác (Communications)
-
Cho dù giám sát một thiết bị duy nhất trong một thiết bị từ thành phố gần nhất hoặc một trong hàng ngàn máy móc thiết bị trong một nhà máy lớn, việc thu thập dữ liệu là vô giá trị nếu các dữ liệu không thể được sử dụng. Một phần quan trọng của việc trang bị thêm (Retrofitting) là đạt được khả năng sử dụng dữ liệu được thu thập bởi các cảm biến và trong trường hợp điều khiển thiết bị từ xa, đạt được khả năng nhận tín hiệu cần thiết để điều khiển thiết bị.
-
Ngày nay, phương thức giao tiếp thường chuyển sang giao tiếp có dây hoặc không dây. Giao tiếp có dây (Wired communication) là cách giao tiếp mà các thiết bị được kết nối trực tiếp qua cáp với mạng hiện có, cổng kết nối hoặc thiết bị chuyển tiếp khác. Giao tiếp không dây (Wireless communication) là cách giao tiếp mà các thiết bị đủ gần với mạng hiện có sử dụng kết nối Wi-Fi, cung cấp giao tiếp đáng tin cậy và nhanh chóng cho phép theo dõi và kiểm soát thiết bị theo thời gian thực. Trong trường hợp Wi-Fi không thực tế, giao tiếp di động cũng cung cấp loại tốc độ có thể hỗ trợ giám sát và kiểm soát thời gian thực, nhưng thường có chi phí rất cao. Đối với các tình huống không có lựa chọn nào khả thi, mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN - Low-power Wide-Area Networks) cung cấp vùng phủ sóng lớn, chi phí thấp và yêu cầu về pin hạn chế (nhưng với chi phí kết nối băng thông chậm hơn và thấp hơn). Giải pháp này thường có nghĩa là không có khả năng sử dụng giám sát hoặc kiểm soát thời gian thực và nó cũng có thể hạn chế số lượng dữ liệu có thể được truyền đạt.
4. Các loại Retrofitting
- Sửa đồi phần cứng (Modification hardware)
-
Một số thiết bị ban đầu không được thiết kế để giao tiếp với những thứ khác. Ví dụ, máy bơm tưới tiêu dọc theo một dòng suối, đèn chiếu sáng hoặc vòi phun nước, trước đây chúng chỉ đơn giản là không có thể giao tiếp và không có ai có thể đọc thông tin trên chúng. Những loại thiết bị này yêu cầu phần cứng bổ sung để có thể trở thành thiết bị IoT và các phương thức truyền thông khác có thể sử dụng giao tiếp với chúng được. Trong một số trường hợp, có thể kết nối các cảm biến mới giám sát các quá trình cơ học hiện có hoặc điện áp của dòng điện.
-
Những sửa đổi như vậy cũng sẽ làm cho nó có thể giao tiếp được, thí dụ việc đọc thông số trên nó. Do đó, kiểu sửa đổi phần cứng này cũng sẽ bao gồm một phương thức giao tiếp như cổng ethernet hoặc thậm chí là hệ thống truyền thông không dây.
-
Tương tự như vậy, thiết bị như vòi phun nước hoặc máy bơm bật và tắt do một số điều kiện vật lý hoặc điện. Máy bơm có thể bật bất cứ khi nào có nước. Các thiết bị khác có thể sử dụng bộ hẹn giờ đặt trước. Các quy trình như thế này có thể được cấu hình lại bằng thiết bị được sửa đổi cho phép người điều khiển tại bàn điều khiển từ xa bật hoặc tắt một thứ gì đó như máy bơm hoặc đèn hoặc cài đặt thứ gì đó nhanh hơn hoặc chậm hơn, hoặc bất cứ điều gì cần thiết, tất cả chỉ bằng một cú nhấp chuột .
Các kiểu sửa đổi phần cứng
-
Nâng cấp từ nhà sản xuất thiết bị ban đầu (Manufacturer upgrade)
-
Cách dễ nhất để thêm các khả năng giao tiếp mới là nhà sản xuất cung cấp một mô-đun hoặc bộ có thể gắn vào thiết bị hiện có. Tình huống này phổ biến nhất đối với các nhà sản xuất vẫn sản xuất và hỗ trợ thiết bị tương tự. Cung cấp khả năng giám sát thiết bị như vậy là một yêu cầu đối với các thiết bị mới. Để khuyến khích người mua tiếp tục mua cùng một thương hiệu, việc nâng cấp thiết bị cũ sẽ làm tăng độ “dính” của việc lắp đặt. Nếu bạn đã lắp đặt và giám sát nhiều Máy điều hòa không khí ABC, thì có khả năng bạn sẽ mua thiết bị mới từ cùng một nhà cung cấp để có thể tiếp tục giám sát theo cách mà bạn đã giám sát thiết bị cũ hơn. Trong trường hợp này, tất cả mọi người đều có lợi cho nhà sản xuất là thiết kế và sản xuất thiết bị tùy chọn có thể được thêm vào thiết bị hiện có.
-
Sử dụng phần cứng của bên thứ ba (Third-party hardware)
-
Trong một số trường hợp, nhà sản xuất ban đầu không có động cơ sản xuất phần cứng cần thiết để tạo kết nối kỹ thuật số với thiết bị hiện có. Tuy nhiên, bên thứ ba có thể tạo phần cứng như vậy. Thông thường, một công ty cung cấp hỗ trợ liên tục hoặc các dịch vụ khác sẽ chọn tạo ra phần cứng cần thiết và sau đó bán hoặc cung cấp nó như một phần của hợp đồng dịch vụ.
-
Trong một ví dụ, Bosch Rexroth, một công ty bên thứ ba bán cổng kết nối IoT, đã kết nối một máy tiện từ năm 1887 với một cảm biến theo dõi và ghi lại tốc độ của nó. Dữ liệu đó được chuyển tiếp trở lại bảng điều khiển dựa trên máy tính hiển thị tốc độ lịch sử dưới dạng biểu đồ. Trong trường hợp này, không có khả năng điều khiển máy tiện từ xa, nhưng bạn có thể dễ dàng hình dung ra một loại máy tiện tương tự với bánh răng hiện có của nó được kết nối với một động cơ hiện đại và được điều khiển bằng bảng điều khiển từ xa.
-
Trong những trường hợp như vậy, bên thứ ba thường cung cấp lựa chọn cảm biến, với sự sửa đổi hạn chế, có thể giám sát các khía cạnh chung của các loại thiết bị. Sau đó, các cảm biến này chuyển tiếp dữ liệu đến một hệ thống giám sát được vi tính hóa.
-
Thay đổi kỹ thuật (Reverse engineering)
-
Trong trường hợp cả nhà sản xuất và bên thứ ba đều không đưa ra giải pháp hữu dụng, bạn có thể cần phải tự xây dựng giải pháp đó. Mặc dù đây là phương án khó nhất trong số các giải pháp trang bị thêm (retrofitting), nhưng nó có thể là lựa chọn khả dụng duy nhất. Một số kỹ sư, sách hướng dẫn kỹ thuật và nhiều thử nghiệm và sai sót có thể biến màn hình LED đọc thành dữ liệu kỹ thuật số có thể được theo dõi, thu thập và truyền qua Wi-Fi hoặc LPWAN.
- Thêm phần cứng bổ sung (Supplemental hardware)
-
Trong một số trường hợp, thiết bị có thể được nâng cấp lên giao tiếp kỹ thuật số thông qua phần cứng bổ sung thay vì nâng cấp chính thiết bị. Nhiều loại thiết bị đã có khả năng giao tiếp hoặc báo cáo dữ liệu kỹ thuật số. Chúng bao gồm một cổng độc quyền ở mặt sau của thiết bị hoặc màn hình LED hiển thị thông tin chẳng hạn. Vấn đề là chúng không thể giao tiếp hoặc báo cáo theo cách mà một tổ chức có thể sử dụng. Trong những trường hợp như vậy, phần cứng bổ sung có thể biến giao tiếp cũ, không sử dụng được thành tín hiệu kỹ thuật số, hiện đại.
- Thêm cảm biến bên ngoài (External sensors)
-
Chỉ vì một động cơ cũ không có cách nào để theo dõi nhiệt độ của nó không có nghĩa là không thể theo dõi nhiệt độ. Cảm biến nhiệt hồng ngoại bên ngoài hướng vào lõi động cơ có thể cung cấp dữ liệu có thể sử dụng được và có thể được báo cáo lại cho hệ thống quản lý.
-
Một cảm biến bên ngoài dễ dàng là một bộ cắm (plug-in) giám sát điện năng. Gắn màn hình vào tường, cắm thiết bị vào màn hình và không cần nâng cấp hoặc bổ sung cảm biến, bạn sẽ có được vô số dữ liệu giám sát. Việc sử dụng điện tăng lên cho thấy rằng thiết bị đang hoạt động khó hơn bình thường. Nếu điện ngừng hoạt động, bạn có thể cho rằng thiết bị đã tắt mà không cần thực hiện một chút lập trình hoặc nâng cấp phần cứng nào.
-
Cảm biến quang học có thể được đặt để theo dõi thiết bị cũ và báo cáo xem một số đèn trạng thái nhất định có đang bật hay không, hoặc nếu đèn chuyển từ đỏ sang xanh lục. Cảm biến âm thanh có thể lắng nghe chuông cảnh báo hoặc tiếng kêu trạng thái. Tất cả các cảm biến này báo cáo những gì chúng nhìn thấy hoặc nghe thấy về bảng điều khiển trung tâm thông qua liên lạc kỹ thuật số.
-
Một hệ thống bên ngoài có thể cung cấp giao tiếp thông tin mở rộng. Cổng giám sát cũ hoặc cổng vòng mã (token ring port) thông báo đó có thể được cắm vào máy tính, bộ định tuyến hoặc hệ thống truyền thông di động gần đó. Khoảng cách giao tiếp cũ, đáng tin cậy, “two-foot” đưa dữ liệu đến thiết bị bổ sung, mới hơn, sau đó truyền dữ liệu qua liên kết cứng, liên kết Wi-Fi hoặc thậm chí là tín hiệu vô tuyến.