连接电梯。数字化进化。

作者：胡里奥·吉尔和佩德罗·费尔南德斯

本文在苏格兰爱丁堡举行的 2023 年国际电梯和自动扶梯研讨会上发表。

抽象

我们目前正在经历已知技术的整合，例如：

• IoT ^[1]
• CAN总线
• USB
• 以太网(EtherNet)
• 蓝牙
• WiFi
• LIFI ^[2]
• NB-OIT ^[3]/Zigbee
• 5G
• 人工智能：机器学习、深度学习、认知学习
• 计算机视觉
• 增强现实技术
• 云端服务
• 边缘计算 ^[4]
• 虚拟化
• 全面、 ^[5]
• 数码双胞胎 ^[6]

这些技术现在已经可供中小型企业使用，并且正在慢慢进入以传统定位为特征的电梯领域。 

目前，维保公司开始连接电梯并收集数据，但其使用范围有限，对维保流程影响不大。 

未来，这些技术预计将改变维护本身（人工智能、混合现实、人工视觉等）以及与客户的关系（认知学习、机器学习），从承包服务（区块链）到电梯设计（云服务、SaaS（软件即服务）和制造（数字孪生）。趋势是让客户参与电梯的生命周期。

物联网在电梯中的主要应用有：

• 预测性维护
• 远程监控 
• 故障诊断与预测
• 高级报告 
• 连接管理
• 能源管理
• 智能广告
• 流量管理
• 电梯门禁
• 电梯安全
• 智能合约

在高程领域，需要解决不同的技术挑战：现有的电梯群、新传感器、数据管理器、物联网 (IoT) 连接和物联网平台。  

如今，这些都是不同的技术，很少有科技公司具备所有这些技术的能力，所以真正的技术价值在于所有这些技术的整合。 

我们正在努力创建一个包含所有这些技术元素的生态系统，利用不同的技术和合作伙伴为这个生态系统增加价值。

1。 一个简短的历史

电梯是一种在数字技术方面发展缓慢的产品。也许我们可以从机械起源中找到解释，而技术革命主要是电子和数字革命。

这种不愿改变的现象主要出现在安装和维护公司中，包括跨国公司在内的制造商正在推动这些技术的发展。

自 21 世纪以来，随着越来越多的电子和数字元件的引入，以及更可靠、更实惠和更快的通信系统的采用，这种观点正在发生变化，但速度很慢。

需要强调的一点是微控制器的发展。我们已经从内存非常有限的 8 位设备（例如 PIC^® 对于具有高性能、广泛处理和存储功能的 32/64 位设备（例如 Renesas RX 系列、Texas 28xx 系列、ARM 等）而言，价格昂贵（低于 256 欧元）。过去为我们的算法提供 XNUMX 字节 RAM，现在为我们提供兆字节。

最后，近年来通信（GSM、3G、4G、5G）的快速增长和物联网市场的整合加速了该行业的转型。

据 Insight Partners 统计，目前全球电梯市场硬件收入为 25,731.53 亿美元，其中微控制器收入为 7,651.43 亿美元，IC 连接收入为 6,604.88 亿美元。预计未来几年将持续增长。

下表（图 2）列出了 2028 年的硬件收入和预测。

这使得可以引入更复杂和更具破坏性的算法，例如频率变化或流量控制算法，这些算法使公司有别于竞争对手。

2. 数字技术

近年来，我们经历的技术发展改变了我们与周围世界的联系方式。因此，它也正在改变我们与电梯沟通的方式。

技术例如： 

• IoT
• USB
• CAN总线
• 蓝牙
• 以太网(EtherNet)
• WiFi
• LIFI
• NB-OIT/Zigbee
• 5G
• 人工智能：机器学习、深度学习、认知学习
• 计算机视觉
• 增强现实技术
• 云端服务
• 边缘计算
• 虚拟化
• 全面、
• 数码双胞胎

这些技术正逐渐进入电梯行业，其中一些技术已经成熟，另一些则正在兴起。他们正在改变产品以及制造和维护过程。

其中突出的技术包括：

• 物联网。已经很好地整合到电梯领域，改进了生产流程。目前已融入电梯本身，通过数据提供分析问题报告，实现预测性维护。

• CAN总线。该技术已成为电梯控制系统的通信标准总线。其可靠性和低成本使其在业界得到广泛采用，部分原因是其在汽车行业的使用。该技术取代了传统的RS-485和RS-422通信协议。

• 以太网。这项技术虽然得到了广泛认可，但由于其电子设备和所需布线成本较高，大多被排除在电梯行业之外。它主要保留用于非常特定的应用，例如摄像机。

• 无线网络/5G。这些技术允许电梯在整个生命周期内持续连接，提供有价值的数据。它们目前构成了物联网的基础，并将在未来实现数字孪生。虽然它们已成为外部连接的标准，但由于成本和延迟问题，它们通常不用于内部电梯连接。

• NB-IoT/Zigbee。这些技术在电梯领域相对较新，但尚未占据主导地位，主要是由于电梯架构中的网络覆盖范围限制、延迟问题和电池寿命问题。

• 蓝牙。蓝牙技术已被排除在电梯使用之外，主要是由于成本和延迟问题。然而，它广泛用于通过智能手机连接维护工具。

• USB。与蓝牙类似，由于距离限制，电​​梯内不使用USB进行通信。然而，它广泛用于外部工具连接，取代了传统的 RS-232。

• 增强现实。增强现实在电梯领域仍然相对陌生，有可能颠覆维护和制造的方式。它目前用于人员培训，但有可能促进现场故障排除并消除文档记录。

• 计算机视觉。作为电梯中的传感器，计算机视觉可以进行实时监控，包括检测等待乘客（例如老人、儿童、行动不便的人）的数量和特征的能力。与人工智能技术相结合，它可以提高安全性（检测晕厥事件、破坏行为、盗窃等）并优化交通管理。

• 人工智能。虽然人工智能技术在维护优化和减少故障方面具有巨大潜力，但仍处于评估阶段。发挥其潜力对公司来说是一项挑战。

• 区块链。看似远离电梯的区块链技术可以彻底改变维护合同以及公司与分包商之间的关系。在不可变账本中记录电梯随时间变化的状态的能力可以构成智能合约的基础，其中计费取决于运营和维护的质量，可以得到保证。

3.制造企业的数字技术

除跨国公司外，工厂中新数字技术的实施并没有与工业 4.0 的采用并行。电梯制造厂传统上更倾向于以车间为导向，而不是装配线，这使得它们的转型具有挑战性。这一挑战不仅是由于经济因素；这也是文化方面的，需要工人和高管的转变。

目前，这种思维方式发生了转变，更加强调数据的价值。然而，尽管数据被认为是有价值的，但全面的工业 4.0 型解决方案在该领域仍然相对遥远。该行业的变化更多地集中在机械和工具的改进上，包括机器人技术、数值计算和验证工具。

在设计方面，发生了重大变化，特别是在电子设计工具（例如 Altium 和 Mentor Graphics）、机械设计（SOLIDWORKS）、用于原型设计和模拟器的 3D 打印机的使用方面。这些进步降低了设计成本，提高了可靠性并缩短了上市时间。公司经常与技术中心和大学合作来促进这一转变。

4. 维修公司的数字化技术 

维护运营的数字化在维护公司中经历了缓慢但稳定的增长：从特定的 ERP 系统（通常通过 SaaS 服务）到使用移动电话（转变为智能手机或平板电脑）。

有时，在与客户和技术人员的互动中，会使用非正式工具，例如即时消息（WhatsApp、Telegram 等）。

大多数公司注重客户关系，提供门户网站，客户可以在其中访问相关电梯信息。纸张的消除几乎已经实现，客户还可以使用移动应用程序来请求服务和查看故障报告。值得注意的是，COVID-19 一直是这方面的推动力。

关于呼叫中心，有一种趋势是通过移动应用程序或电话机器人实现自动化通信。

从技术人员的角度来看，纸质报告已经消失，所有管理都通过智能手机完成。地理定位用于安排实时路线，并且开始根据现有库存和技术人员对特定设备的了解来规划操作。

HoloLens 等增强现实耳机的使用是该技术在电梯维护中应用的一个明显例子。 TK Elevator 和 MP Lifts 等公司正在使用它们来协助远程解决问题。

还有很长的路要走，主要是将物联网的潜力整合到维护协议中，以及使用人工智能进行预测性维护。 

5. 产品和服务中的数字技术 

在传统观念中，电梯位于建筑物内，但不与其互动。它的唯一目的是运送人员。数字技术正在将这种传统视角转变为更加开放的视角，电梯被视为智慧城市的一部分，为用户提供广告、天气信息、新闻、促销等附加服务。

市场上出现的控制系统或未来几年预计的控制系统本质上将是数字化的，并且显然是物联网的。

这种转变影响两个方面：在传统方面，电梯被视为建筑物的一部分；在新方面，电梯作为生态系统成为一种服务。此时，平台和移动应用程序就开始发挥作用，我们将在后面介绍。

电梯作为建筑的一部分

为了提供这些新功能，电梯传感器技术也在不断发展。现有的传感器数据（例如重量传感器、光电管、门传感器等）正在得到利用，同时新的传感器（例如摄像机和加速度计）也正在被纳入其中。

在现阶段，人们倾向于使用现有传感器并避免实施新传感器，除非它们的效用明确，原因如下：

1. 可传输信息量的限制
2. 传感器的成本
3. 要传输的信息与其作为服务的效用之间缺乏明确的关系

因此，当前的趋势是发送最少的必要信息，这些信息显然具有关联的服务。

目前，电梯制造商和维护公司正在定义这些传感器，但没有明确的标准。

所有这些都将创造新的商机。

电梯即服务 (EaaS)

电梯正在融入建筑生态系统，为社区提供与其他元素（例如锅炉、车库门）的连接和服务（例如清洁人员的访问控制、社区会议记录等）。 

这种集成创建了新功能并改进了现有功能，使维护提供商和用户都受益（例如故障诊断、能源效率、移动应用程序）。

这些数字技术为维护提供商提供的主要服务包括：

1. 预测性维护：使用物联网传感器监控电梯组件并预测何时需要维护，从而减少停机时间和维修成本。
2. 远程监控：允许技术人员远程监控电梯性能并诊断问题，减少现场访问的需要。 
3. 故障诊断和预测：利用机器学习算法在故障发生前进行检测和预测，提高安全性和可靠性。 
4. 高级报告：向业主和管理者提供有关电梯性能、使用情况和维护需求的详细报告。 
5. 连接管理：确保电梯连接到互联网并可以与其他建筑系统（例如安全和暖通空调）进行通信。 
6. 能源管理：使用物联网传感器优化电梯能源使用并降低能源成本。 
7. 智能广告：利用电梯屏幕根据乘客人口统计数据和行为显示有针对性的广告。 
8. 交通管理：利用物联网数据优化电梯交通流量并减少等待时间。
9. 电梯出入控制：利用物联网技术限制电梯仅允许授权人员出入。 
10. 电梯安全：使用物联网传感器检测和防止电梯故障，例如门卡住或突然停止。
11. 智能合约
12. 资产管理。跟踪电梯部件的状况和使用情况，以优化部件更换和维护计划。
13. 远程故障排除：远程诊断甚至解决问题，减少现场访问的需要。

这些数字技术不仅增强了维护流程，还改善了整体用户体验以及电梯对建筑效率和智能建筑计划的贡献。

这些数字技术为最终用户提供的主要服务包括旨在以下目标的移动应用程序：

1. 与电梯互动。允许用户远程呼叫电梯，例如，到达所在楼层时呼叫电梯准备就绪。
2. 电梯状态。提供有关电梯状态的实时信息，例如电梯是否正在运行、正在进行维护或遇到任何问题。
3. 预定检查。提供有关计划定期检查的详细信息，使用户能够随时了解这些检查何时进行以及是否有任何计划的服务中断。
4. 以前的事件和解决方案。显示电梯近期的故障信息和解决方案，让用户全面了解电梯的维护历史。
5. 电梯配置。允许用户自定义电梯的某些方面，例如轿厢控制面板上显示的信息以及与电梯行为相关的设置。
6. 社区服务。为居民或建筑占用者提供额外服务，例如信息更新、公告或使用建筑设施。

这些移动应用程序增强了用户体验以及以个性化方式高效地与电梯交互的能力。 

此外，这些新服务将创造新的商机和额外的经常性支付业务范围。

6. 技术挑战 

• 现有的电梯群。电梯现代化和物联网集成需要大量初始投资。由于现有电梯的巨大遗留问题，对其进行改造以实现其管理的连接水平意味着对电梯进行全部或部分现代化。

• 政府对智慧城市的支持^[7] 开发创建规范和标准化的物联网连接。目前，尚无电梯或自动扶梯连接标准化的规定。既不存在通过电梯物联网执行的标准化操作类型，也不存在电梯报告的信息类型。从技术角度来看，与电梯通信的标准协议没有规定。

• 通信协议。逻辑和物理通信协议甚至信息的结构和标准化都可以被规范。

• 传感器。标准传感器（独立于或不独立于电梯工作）与从每个控制器接收到的信息之间的组合。标准传感器的集成，无论是独立的还是与电梯运行互连的，都是至关重要的。这些传感器从电梯收集相关数据，为其性能和维护需求提供有价值的见解。传感器提供信息。电梯的主要执行器是电梯控制器。

• 标准化。可以收集来自每个电梯控制器的信息，以提供电梯功能的全面视图。

• 解决这些信息在电梯内捕获、传输到外部的方式以及接收信息“命令”到电梯的方式。

• 连接物联网级别。特别关注安全性（避免不受控制的信息流量）。

• 平台。接收/分析/发送信息到电梯的平台。 

如今，这些都是不同的技术，很少有科技公司具备所有这些技术的能力，所以真正的技术价值在于所有这些技术的整合。 

我们正在努力创建一个包含所有这些技术元素的生态系统，利用不同的技术和合作伙伴为这个生态系统增加价值。

7. 结论

在当今通信、计算、数据处理能力和物联网的时代，一般工业和工业设备维护服务被迫改变其操作流程，以采用和利用这项技术。这一切代表着一场比19世纪蒸汽机引发的革命更大的革命。这场革命代表了巨大的技术飞跃，其使用必然涉及重新发明业务流程和服务。

物联网在电梯行业的出现代表了一次变革性的机会，可以彻底改变维护服务、优化运营和增强整体用户体验。通过解决与传感器、数据捕获和传输、通信安全、平台功能和增值服务相关的挑战，物联网解决方案需要为电梯提供可扩展、安全和高效的生态系统。

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案例

[1] 物联网： Researchgate.net/publication/288855901_Reference_Architectures_for_the_Internet_of_Things; en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things

[2] 无线网络连接： en.wikipedia.org/wiki/Li-Fi

[3] BN物联网： en.wikipedia.org/wiki/Narrowband_IoT#:~:text=Narrowband%20Internet%20of%20things%20(NB,cellular%20network%20devices%20and%20services.

[4]边缘计算： Accenture.com/us-en/insights/cloud/edge-computing-index; en.wikipedia.org/wiki/Edge_computing

[5] Blockchain: euromoney.com/learning/blockchain-explained/what-is-blockchain#:~:text=Blockchain%20is%20a%20system%20of,computer%20systems%20on%20the%20blockchain.

[6] 数字孪生：en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin

[7] Smart City: twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-smart-city; en.wikipedia.org/wiki/Smart_city#:~:text=A%20smart%20city%20is%20a,improve%20operations%20across%20the%20city.

[8] 连接性：geeksforgeeks.org/architecture-of-internet-of-things-iot/

[9] BMS：sciencedirect.com/topics/engineering/building-management-system

[10] 暖通空调：techtarget.com/searchdatacenter/definition/HVAC； en.wikipedia.org/wiki/供暖、通风、和空调

[11] API REST: ibm.com/topics/rest-apis#:~:text=An%20API%2C%20or%20application%20programming,representational%20state%20transfer%20architectural%20style; en.wikipedia.org/wiki/Representational_state_transfer

[12] SCADA: en.wikipedia.org/wiki/SCADAscada-international.com/what-is-scada/#:~:text =What%20does%20SCADA%20stand%20for,data%20from%20the%20industrial%20equipment