工業(yè)4.0前景正在許多制造業(yè)領(lǐng)域迅速實(shí)現(xiàn)。眾多傳感器、智能組件以及先進(jìn)的自動化驅(qū)動和控制正集成到生產(chǎn)設(shè)施和過程中，從而推動自動化制造的進(jìn)一步發(fā)展。
 

　　現(xiàn)在，這些系統(tǒng)正在生成大量的工業(yè)數(shù)據(jù)。如何有效地訪問和利用這些數(shù)據(jù)，利用可靠、安全和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)充分發(fā)揮其價值，以滿足當(dāng)前和未來的需求，是許多投資于數(shù)字技術(shù)的制造企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。
 

　　一些關(guān)鍵技術(shù)為高性能工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提供了關(guān)鍵模塊。系統(tǒng)集成商、原始設(shè)備制造商(OEM)和生產(chǎn)商正在尋求使用這些工具的策略，以更全面地訪問和控制公司的工業(yè)數(shù)據(jù)，并彌合制造企業(yè)內(nèi)部信息技術(shù)(IT)和運(yùn)營技術(shù)(OT)之間的現(xiàn)有差距。目標(biāo)是訪問這些數(shù)據(jù)，以提高運(yùn)營性能、工廠安全、預(yù)測性維護(hù)過程和生產(chǎn)效率。
 

▲通過豐富的產(chǎn)品組合充分利用工業(yè)數(shù)據(jù)的價值。本文圖片來源：紅獅
 

　　01  連接數(shù)據(jù)孤島
 

　　當(dāng)今的制造平臺不斷生成與單個機(jī)器組件、子系統(tǒng)和生產(chǎn)線性能相關(guān)的海量數(shù)據(jù)。它是由傳感器、氣動閥、控制裝置、電動執(zhí)行器和其它部件產(chǎn)生的。這些數(shù)據(jù)的數(shù)量不斷增長。
 

　　但是，在許多生產(chǎn)環(huán)境中，數(shù)據(jù)是孤立的。這使制造商使用數(shù)據(jù)來提高生產(chǎn)力和投資回報(bào)率(ROI)的工作變得復(fù)雜。在許多情況下，這種孤立是無意造成的。例如，溫度和閥門性能數(shù)據(jù)，通過輸入/輸出(I/O)通道提供給機(jī)器控制器，但在沒有手動干預(yù)的情況下可能無法繼續(xù)，從而限制了其價值。
 

　　工業(yè)數(shù)據(jù)是制造商最有價值的資產(chǎn)。只有可以輕松訪問、與其它機(jī)器和生產(chǎn)線數(shù)據(jù)聚合并進(jìn)行分析的情況下，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的真正價值。這些“數(shù)據(jù)孤島”的存在，是因?yàn)樵S多自動化工廠安裝了多代設(shè)備，在某些情況下，幾十年前的老舊設(shè)備仍能提供生產(chǎn)性能。
 

　　通信協(xié)議不兼容是實(shí)施全面工業(yè)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)具有挑戰(zhàn)性的一個主要原因。許多老設(shè)備使用的是Modbus RS-232等協(xié)議。與此同時，在同一工廠中，生產(chǎn)線上新增的較新生產(chǎn)系統(tǒng)將使用更先進(jìn)的開放式協(xié)議，如OPC UA。為了彌補(bǔ)這一缺陷，一些正在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的公司可能會嘗試逐個創(chuàng)建專用軟件補(bǔ)丁。
 

　　應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的一個有效解決方案，是采用強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，并將其作為新數(shù)據(jù)訪問和連接系統(tǒng)投資的一部分。
 

　　02  邊緣計(jì)算系統(tǒng)的興起
 

　　邊緣計(jì)算平臺(有時也被稱為邊緣網(wǎng)關(guān))在解決數(shù)據(jù)孤島的挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著日益增長的關(guān)鍵作用。邊緣計(jì)算通常指位于最終用戶處或附近的硬件/軟件網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。它使數(shù)據(jù)訪問和處理更接近數(shù)據(jù)生成的位置，可以更快的處理更大的數(shù)據(jù)量，從而實(shí)時提供可操作的數(shù)據(jù)。
 

　　邊緣計(jì)算平臺廣泛用于關(guān)鍵的實(shí)時協(xié)議轉(zhuǎn)換，以橋接傳統(tǒng)和最新的生產(chǎn)系統(tǒng)。這些邊緣平臺的領(lǐng)先供應(yīng)商正在將其設(shè)計(jì)成功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，旨在提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)訪問和管理任務(wù)。
 

▲紅獅的FlexEdge等先進(jìn)平臺提供了一個多樣化、全功能的解決方案，
 

　　將IT和OT連接起來，更高效、更完整地實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的總價值。
 

　　先進(jìn)的平臺可以同時處理多達(dá)20個協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持的驅(qū)動程序高達(dá)300多個。這些平臺被設(shè)計(jì)為一體式邊緣設(shè)備，并支持其它關(guān)鍵功能，如數(shù)據(jù)記錄、輕松訪問基于MQTT的云服務(wù)器和遠(yuǎn)程訪問。
 

　　邊緣系統(tǒng)由許多不同的技術(shù)供應(yīng)商提供，因此選擇合適的系統(tǒng)需要仔細(xì)評估。在一些運(yùn)營中，制造商不愿意投資于邊緣平臺技術(shù)，主要是擔(dān)心實(shí)施這些系統(tǒng)成本高昂且耗時。
 

　　應(yīng)選擇具有用戶友好軟件、高效拖放式編程平臺的系統(tǒng)，這樣可以輕松設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換、云連接和數(shù)據(jù)記錄功能。此外，利用可擴(kuò)展平臺也具有優(yōu)勢。例如，一個領(lǐng)先的平臺可以通過軟件升級，用作協(xié)議轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)或自動化控制器。
 

　　此外，權(quán)衡潛在的年度軟件費(fèi)用和外部支持服務(wù)的成本也很重要。除非在購買多個系統(tǒng)升級網(wǎng)絡(luò)時就考慮進(jìn)去，否則后期成本的攀升也可能超出既定預(yù)算。
 

　　03  擴(kuò)展遠(yuǎn)程訪問
 

　　在許多情況下，現(xiàn)在的自動化制造商都是多地點(diǎn)運(yùn)營，在全球各地有多家工廠。為了保持競爭力和生產(chǎn)力，它們需要作為一個整體運(yùn)作。這意味著消除設(shè)施之間的數(shù)據(jù)通信障礙，并利用基于云的分析工具。
 

　　為了更好地滿足這些需求，除了邊緣計(jì)算平臺外，新一代遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。這些系統(tǒng)提供了一個專用平臺來推進(jìn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控，從而使企業(yè)可以在世界任何地方以安全可靠的方式遠(yuǎn)程訪問生產(chǎn)系統(tǒng)并與之交互。
 

　　正如工廠中的老舊生產(chǎn)工具，如果沒有有效的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，可能成為工業(yè)數(shù)據(jù)的孤島一樣，地理上分離的工廠也可能成為孤島。現(xiàn)在，只需一臺遠(yuǎn)程訪問設(shè)備，用戶就可以訪問其它多個互連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并實(shí)時了解和比較類似生產(chǎn)系統(tǒng)和工廠的運(yùn)行情況。
 

　　隨著越來越多的企業(yè)使用基于云的分析工具對其工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究，從中提取趨勢，并將其用于修改生產(chǎn)或供應(yīng)鏈流程、改進(jìn)企業(yè)范圍的預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃并指導(dǎo)長期規(guī)劃，數(shù)據(jù)的潛在價值正在被不斷挖掘。如果沒有強(qiáng)大的遠(yuǎn)程訪問來幫助確保實(shí)時數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和最新性，就不可能進(jìn)行這類高級分析。
 

　　基于云的數(shù)據(jù)管理和分析依賴于從工廠到云的安全高效的數(shù)據(jù)通信。工廠自動化中的一項(xiàng)新興技術(shù)正在塑造制造業(yè)的未來，那就是消息隊(duì)列遙測傳輸 (MQTT)協(xié)議。MQTT是為與資源受限或帶寬有限的遠(yuǎn)程位置的設(shè)備連接而設(shè)計(jì)的，使其在數(shù)據(jù)代理(本地或云端)之間移動數(shù)據(jù)時，具有輕量級和高效的特性。
 

　　MQTT基于“異常報(bào)告”，這意味著只有當(dāng)數(shù)據(jù)更改時才傳輸數(shù)據(jù)。此功能可以為內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)節(jié)約大量帶寬。在網(wǎng)絡(luò)中斷期間，特定配置的主題可以保存在數(shù)據(jù)庫中，并在重新連接后轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，這樣就可以確保關(guān)鍵主題消息的傳遞。尋求在生產(chǎn)設(shè)施之間橋接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)孤島的制造企業(yè)，將受益于選擇支持MQTT的邊緣計(jì)算平臺。
 

　　04  可視化是使用實(shí)時數(shù)據(jù)的關(guān)鍵
 

　　將工業(yè)數(shù)據(jù)與企業(yè)分析平臺連接起來，對于深入了解自動化系統(tǒng)的效率和性能至關(guān)重要。然而，這些數(shù)據(jù)對于工廠車間的操作員和管理人員也具有同樣的價值(在某些情況下甚至價值更高)。
 

　　可操作的數(shù)據(jù)需要實(shí)時呈現(xiàn)，以幫助操作員直觀地了解他們所需的信息，從而最大限度地提高生產(chǎn)率和吞吐量。最新一代的人機(jī)界面(HMI)和操作員面板旨在以清晰、引人注目的格式提供數(shù)據(jù)。它們集成了多種功能，可以整合多個設(shè)備的數(shù)據(jù)，并與邊緣計(jì)算平臺相結(jié)合，獲取和顯示從多種傳統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換而來的數(shù)據(jù)。
 

　　新一代面板儀表具有易于閱讀的大型顯示屏，其中包括廣泛的、供用戶選擇的圖形和直觀的屏幕庫，這些圖形庫易于配置和自定義，以滿足特定的工廠和生產(chǎn)線要求。
 

　　有了這類新的可視化技術(shù)，運(yùn)行和生產(chǎn)人員能夠更快地響應(yīng)問題，立即處理關(guān)鍵信息，同時可由一人監(jiān)控多臺機(jī)器和過程。這些工具讓運(yùn)行人員看到的不僅僅是信息。他們還能了解信息背后的含義，并能夠通過合適的步驟更快地做出正確的反應(yīng)。
 

　　05  IT和OT集成與數(shù)據(jù)安全
 

　　在利用其工業(yè)數(shù)據(jù)方面，制造企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是找到更智能的方法來集成IT和OT領(lǐng)域。直到最近，這兩個領(lǐng)域一直是相互獨(dú)立運(yùn)行的。OT的目標(biāo)是在IT管理企業(yè)內(nèi)所有業(yè)務(wù)應(yīng)用的同時，保持工廠的平穩(wěn)運(yùn)行。然而，隨著工廠自動化數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷發(fā)展，這兩個領(lǐng)域正在融合。
 

　　IT和OT的成功融合，取決于創(chuàng)建數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和使用數(shù)據(jù)的用戶之間的企業(yè)連接解決方案。為了從這些OT制造數(shù)據(jù)中提取任何可操作的見解，需要用可以在IT和OT應(yīng)用之間共享的、可互換和靈活的格式對其進(jìn)行打包。
 

▲新一代的HMI和操作員面板集成了多種功能，可以整合多個設(shè)備的數(shù)據(jù)，
 

　　并與邊緣計(jì)算平臺相結(jié)合，獲取和顯示從多種傳統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換而來的數(shù)據(jù)。
 

　　這也是邊緣計(jì)算平臺正在提供的關(guān)鍵功能之一。軟件可以收集、組織和情境化OT數(shù)據(jù)，然后將其提供給更高層級的 IT 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫軟件，以為工廠和企業(yè)提供可操作的洞察力，以指導(dǎo)關(guān)鍵決策，從而改進(jìn)制造流程、提高能效、減少機(jī)器停機(jī)時間，實(shí)現(xiàn)更靈活、更高效的生產(chǎn)制造。
 

　　IT和OT之間的數(shù)據(jù)交換也需要盡可能安全。黑客和勒索軟件犯罪分子試圖針對工業(yè)系統(tǒng)尋找漏洞，以便通過OT系統(tǒng)訪問企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)。選擇具有先進(jìn)安全功能的邊緣計(jì)算平臺至關(guān)重要，包括有狀態(tài)防火墻、訪問控制列表功能、數(shù)據(jù)包過濾和完全加密的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)連接。
 

　　這些邊緣設(shè)備為工廠車間運(yùn)營提供了有價值的長期見解。有了從OT收集的數(shù)據(jù)，運(yùn)營可以過渡為積極主動的模式，并制定預(yù)測性和規(guī)定性的維護(hù)策略。例如，這些設(shè)備可以自動提醒運(yùn)行人員任何可能導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)的變化或事件，使他們能夠保持領(lǐng)先并避免成本高昂的生產(chǎn)問題。最后，由于強(qiáng)大的遠(yuǎn)程訪問功能，來自世界任何地方的用戶都可以添加報(bào)警或改進(jìn)邏輯和數(shù)據(jù)收集過程，甚至可以監(jiān)控OT網(wǎng)絡(luò)上的流量。
 

　　06  實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)價值最大化
 

　　數(shù)字化轉(zhuǎn)型已將各種數(shù)據(jù)生成組件和系統(tǒng)融入自動化制造系統(tǒng)。許多制造商仍在努力獲取這些數(shù)據(jù)，尤其是來自老舊設(shè)備的數(shù)據(jù)。先進(jìn)的邊緣計(jì)算、遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)和智能可視化系統(tǒng)可為這些挑戰(zhàn)提供解決方案，彌合長期存在的 "數(shù)據(jù)孤島"，從而使每個公司最寶貴的資源——工業(yè)數(shù)據(jù)——能夠被訪問、連接、可視化和分析，以幫助推動運(yùn)營改進(jìn)和長期決策。
 

　　為每個工廠和制造商找到并實(shí)施合適的技術(shù)可能具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)今領(lǐng)先的工業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商在分析每個工廠獨(dú)特的基礎(chǔ)設(shè)施和公司的數(shù)據(jù)需求方面經(jīng)驗(yàn)豐富。基于對數(shù)據(jù)隔離情況的深入了解，以及對公司成長和發(fā)展過程中未來需求的深刻洞察，他們可以運(yùn)用自己的專業(yè)知識來制定戰(zhàn)略，以滿足這些需求。
 

　　工業(yè)數(shù)據(jù)是制造企業(yè)最有價值的核心資產(chǎn)之一。合適的技術(shù)再加上使用這些技術(shù)來改善日常運(yùn)營和長期商業(yè)戰(zhàn)略的明智方法，可以在幫助制造企業(yè)在實(shí)現(xiàn)工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全部潛力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。