为什么数字化工厂现在是每个人触手可及的？

要向工业4.0和数字化工厂迈进，你需要衔接工业资产、人员和工作流程。而要衔接这一切，你需要强大的数据收集、集成和网络。一切都必须互联互通。

车间和商业软件世界应该是紧密相连的，但是，开发它们之间的集成解决方案传统上是与高成本相关的。

CB数字工厂可以为那些需要灵活、可靠的解决方案，以及具有吸引力的、无可比拟的价格的中小型制造商构建一个定制的集成解决方案。

你上一次在手艺人那里买东西是什么时候？

虽然现在这些熟练的手工艺工人只针对低产量和高成本的市场，但这是人类历史上大部分时间里唯一存在的制造业类型。

18世纪末的技术发展^钍 世纪使人类能够利用 蒸汽 力。随着制造业从手工生产方式转向机械化生产，这使得工人的生产效率得到了极大的提高。

在19世纪末^钍 世纪，另一种变革力量开始发挥作用。广泛使用 电力 在工厂里，真正的大规模生产作为一种可行的选择出现了。机器可以昼夜不停地工作，没有休息时间。

20世纪后半期^钍 世纪的开始。 计算 时代和工业机器人技术的兴起。这使得重复性的生产过程得以自动化和远程监控，提高了产量，最重要的是提高了生产质量--机器可以以令人难以置信的精度反复执行同一任务。在这三次技术变革之后，我们现在正处于另一次工业革命的边缘，通常被称为工业4.0，是制造业领域的新流行语。

问问你认识的人关于工业4.0的情况，你会得到很多术语。智能工厂、大数据、云、人工智能、IIoT、网络物理系统、智能传感器、区块链等等。但这些技术（我只是触及了冰山一角）并不构成工业4.0，而只应被视为推动者--达到目的的一种手段。

从广义上讲，工业4.0是将制造业(及相关行业)的信息密集型转变为工业资产、流程、系统和人员的互联环境，利用大量数据的生成和使用，将其转化为可操作的见解。工业4.0承诺，数字化工厂将提高生产力、效率、灵活性和更动态的生产方式。所有这些数字工厂的优势（还有许多我没有提到的其他优势）都会带来高的投资回报率和增加未来的盈利能力。

然而，这并不是一朝一夕就能实现的 ‘事情’，企业也不应该力争一次性实施所有技术。要实现智能制造、智能工厂或互联工业，首先需要将工业资产、人员和工作流程等连接起来。而要连接这一切，就需要强大的数据收集、集成和联网能力。一切都必须互联互通。每一个来源的信息都需要统一和全面。.

现在，让我们从工业 4.0 出发，简要介绍一下工厂的自动化情况。在车间里，大多数机器都由 PLC（可编程逻辑控制器）控制。这些工业计算机经过加固处理，能够承受车间内常见的恶劣条件，用于控制装配线、机器功能或机器人设备等制造流程。PLC 通常由电源、CPU、输入/输出模块和通信模块组成。PLC 通过监控与之相连的传感器和其他现场设备的输入，从工厂现场采集数据。然后，中央处理器执行用户创建的程序逻辑，并向所连接的机器和执行器输出数据或命令。.

现场总线是一种工业网络，专门设计用于PLC或工业控制器与现场安装的传感器和执行器之间的通信。现场总线是为了取代将每个传感器和执行器连接到控制器I/O的点对点布线而设计的。

我们可以将工业控制网络分为三代不同的兼容程度。

• 第一代包括传统的基于串行的现场总线协议。一些著名的基于串行的现场总线的例子是Modbus RTU、PROFIBUS和CAN。
• 第二代是由基于以太网的协议组成。基于以太网的协议的例子有MODBUS TCP、ETHERNET/IP和PROFINET。
• 最新一代的产品已经开始加入无线通信技术。

通过多种协议的选择，您可以选择最适合您需求的协议。您可能会选择现场总线来执行特定的任务，因为它的价格较低，复杂性较低。然而，不同类型的 工业通信协议之间一般不兼容.这意味着网络上的设备必须全部使用同一种通信协议。

1995年，一个独立于供应商的行业组织------------。 OPC基金会 提出了OPC标准以帮助解决这一挑战。OPC标准旨在为现场设备和软件应用程序之间的通信提供一种通用方法。

OPC服务器软件通过其本机通信协议与PLC或现场设备对话，并将该消息转换为由厂商独立的OPC规范所定义的标准化格式，然后可以被任何OPC客户端读取。 一个OPC服务器可以被看作是一个软件应用程序，它将不同的设备协议转换为任何需要数据的客户端应用都能理解的通用语言。

很多工厂会有不同的生产设备，使用不同的协议。这就是OPC最大的优势所在。在一个充斥着专有系统和协议的行业里 OPC是不同系统之间约定俗成的标准通讯方式，它把所有这些不同的协议变成了单一的通讯线路，使其安全和远程访问。它把所有这些不同的协议变成了单线通信，使其安全并可远程访问。

例如，假设一个 OPC 客户程序需要某台 PLC 的信息。OPC 服务器使用 Modbus 协议与 PLC 通信。在这种情况下，OPC 服务器将要求 PLC 提供包含 OPC 服务器所需数据的特定内存地址。这是通过 Modbus 协议完成的。PLC 也会使用 Modbus 协议向 OPC 服务器提供所有响应。这样，OPC 服务器就可以使用 Modbus 从 PLC 读取数据，并将数据写入 PLC。然后，OPC 服务器将从 PLC（使用 Modbus）获取的数据转换为 OPC “格式”，并将数据发送到 OPC 客户应用程序。任何 OPC 客户应用程序都可以从 OPC 服务器获取数据，而无需了解 PLC 或其自动化协议。.

目前在谈到OPC时，我们指的是OPC UA或开放平台通信联合架构。这个框架是在2008年发布的，在OPC Classic成功的基础上，功能上等同于OPC Classic，但能力却远远超过了OPC Classic。OPC UA采用面向服务的架构，其中服务器（即数据提供者）公开其信息模型，客户端（即数据消费者）消费服务器公开的信息，可以在多个不同的平台（Linux、Windows、Android等）上使用。

在开发 OPC UA 标准的过程中，从一开始就考虑到了最高程度的安全性。与 OPC Classic 不同，OPC UA 是 “防火墙友好型 ”开发，即可以通过标准网络技术进行控制和引导。.

OPC UA 不仅提供用于验证、签名和加密访问的通用 IT 机制。附加协议可随时扩展实际传输层。当收到连接服务器的请求时，服务器会验证请求、解密请求并验证其证书。一旦收到并解码了有效的验证或授权请求，下一步就是确定服务器是否应接受该设备的连接或允许该用户访问。.

这并不是说 OPC UA 比 EtherNet/IP、ProfiNet 或 Modbus TCP “更好”。对于在机器周围移动 IO 数据而言，这些协议提供了传输、功能和简易性的正确组合，使机器控制与 I/O 联网成为可能。对于自动化层次结构中的机器控制层来说，它们是非常好的技术。不过，对于将信息从现场传输到业务软件，OPC UA 仍然是最佳选择。它不仅能为生产、维护和 IT 系统提供更多数据，而且还能提供正确的信息，从而提高生产率、提升质量并降低成本。.

工业4.0真正大规模实施面临的另一大挑战是遗留障碍。这是由于以PLC为主的自动化设备预计有几十年的寿命，所以像工业4.0带来的创新技术的出现，会打击已经存在的设施的遗产。可见，与软件和硬件实体现代化相关的投资是一个严重的障碍。

大多数企业拒绝对整个自动化系统进行彻底的现代化改造，或者根本无法承担退出运行系统的风险。与其改变整个系统，不如对正在使用的硬件基础设施进行能力扩展，实现现代化的信息管理方式。由于网络化的运作，在工业4.0中，机械设备必须具备数据共享机制。换句话说，对于已经存在的基础设施的遗产来说，连接性是一个关键特征；因此，工业4.0就绪的第一阶段包括为现有设备增加网络连接。

随着OPC UA服务器的使用，无论是嵌入到设备中还是作为独立的软件，可以互连的品牌和设备的数量包括了几乎每个行业的大部分现场硬件。即使是通过串行现场总线通信的PLC，也可以通过服务器网关软件或网关设备连接到OPC UA服务器。这意味着，企业，可以在很多情况下，以最小的投资，迈出进入工业4.0的第一步。

就像我前面说的，制造商需要轻松地访问生产过程中的数据，以充分利用工业4.0的优势。在识别、分析和优化工业数据的需求推动下，许多制造商正在考虑（或已经采用）IIoT平台，以利用机器学习、AI和大数据发现的力量。

IIoT平台将来自硬件、软件系统、传感器和其他数据点的实时数据聚集到一个集中的环境中，通常可以被广泛的用户群访问。它通过将这些数据拉到一个集中的系统中，无论是在企业内部、边缘还是在云端，都能弥合系统、人和机器之间的差距。

当然，这仍然需要仔细规划，而且并非所有 IIoT 平台都是一样的。仅仅将所有 PLC 连接到 OPC UA 服务器是不够的。如果不知道要获取哪些数据，不知道如何连接和使用这些数据，不知道如何处理现有或新设备的调试和退役问题，那么您的工业 4.0 项目就会像其他项目一样以失败告终。.

一些公司被巧舌如簧的销售人员说服，投资数千乃至数万美元购买软件，用于读取机器数据，然后将信息显示在仪表盘上，供整个公司查看。在几个月，甚至一两年的时间里，这种方法都很有效。但后来你买了一台新机器，却没有人知道如何将它连接到这个新系统。或者某个部件停止生产，生产线稍作改动就能满足不同的需求。或者你买了一个新的生产软件，但它却无法与系统通信。维护人员或许可以提供帮助，但他们忙于其他事务，没有时间正确重新配置一切。IT 部门也是一样。渐渐地，这个软件就不再被使用了，而且可能会一直这样，直到有人想起它的存在，并让实习生负责让整个工厂重新使用它。就这样，工业 4.0 被遗忘了。.

测试 IIoT 平台在贵公司的首批预期应用，不需要长时间的准备或大量的前期投资。几年前，少数几家主要的工业供应商试图建立通用平台。在耗资数亿美元之后，这些平台在有限的 “特殊 ”用途场景中被大幅缩减，或完全关闭。它们根本没有机会。毕竟，即使是同一行业的竞争对手，也会有完全不同的要求、限制和目标。试想一下，跨行业提供所有这些服务也是如此吗？.

不要忘记，每一位设施管理者、设备制造商和服务运营商都在致力于提供独特的产品和服务，优化自己的内部流程，并推动新的商业模式的发展，这些商业模式既要站得住脚，又要区别于竞争对手。如果你的能力和局限性与其他人相同，你又如何取胜呢？你决定寻找一匹更快的马。我认为你应该停止寻找更快的马。是时候打造你的飞行汽车了。.

这些都是我们Connecting Software试图解决的问题。我们的世界是一个系统和应用可以用一种通用语言进行交流的地方。在这个世界里，无论数据的来源或目的地、形式或目的如何，都可以随时获取。在这个世界里，互操作性不仅仅是一个流行语，而是一个统一的、日常的现实。我们努力构建一个宇宙，让开发者能够无缝整合来自任何来源的数据，为终端用户提供终极洞察力。

这正是我们强大的软件集成平台 Connect Bridge 所要实现的目标。通过使用 Connect Bridge 和我们与最流行、最广泛的行业和商业应用程序的 400 多种连接，开发人员可以通过其 API 安全地连接到各种商业软件，而无需学习它们的文档。这种架构可通过结构化查询语言（SQL）语法进行通信，这是每个开发人员都熟悉的编程语言。Connect Bridge 可将 SQL 语法转换为适当的 API 调用，在确保目标系统完整性的同时，还可通过我们的连接器在您的应用程序和目标系统之间实现轻松通信。.

为了将其扩展到工业领域，我们决定开发一个连接器，让我们能够使用 ‘机器语言’。我们学习了 OPC UA 架构，然后将其映射到 SQL 中。.

目前，OPC UA 连接器作为 OPC UA 客户端工作。这意味着，如果获得 OPC UA 服务器的地址和正确的权限，用户就可以访问 OPC UA 服务器的数据。建立连接后，就可以使用 SQL 与服务器提供的数据进行交互。为公司工作的开发人员可以轻松地将公司的车间数据集成到他们使用的商业软件中，创建一个满足其特定需求的定制解决方案。.

我们的愿景 CB Digital Factory 是把它变成一个成熟的、高度可定制的IIoT平台，准备在车间、MES和ERP以及贵公司使用的任何其他业务软件之间提供无缝集成。

CB Digital Factory 让企业能够以非常实惠的方式迈出车间数字化的第一步。工业4.0不再仅仅是拥有专门IT部门的大公司所能企及的，现在也向有时只有一个人秀IT部门的中小型公司开放。

要想知道自己是如何工作的，请思考您想整合哪些软件和机器，并要求您提供个性化的服务。 免费演示.

Pedro Noronha
Connecting Software的IIoT产品经理。

作者：

我毕业于机械工程硕士，在汽车行业担任顾问和项目经理，之后专注于IT和工业4.0。

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