数字工厂

为什么数字化工厂现在是每个人触手可及的?

Pedro Noronha 产品和解决方案 留下评论

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。

从工业1.0到工业3.0

18世纪末的技术发展 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。

行业发展

在19世纪末 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 世纪的开始。 计算 时代和工业机器人技术的兴起,使重复性生产过程实现了自动化和远程监控,提高了产量,最重要的是提高了生产质量。这使得重复性的生产过程实现了自动化和远程监控,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确性重复执行同样的任务。在前面这三次技术变革之后,我们现在正处于另一场工业革命的边缘,俗称工业4.0,是制造业界的新热词。

什么是工业4.0?

问任何一个你认识的人关于工业4.0的问题,你都会被抛出很多术语。智能工厂、大数据、云计算、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(我只是触及冰山一角)并不能构成工业4.0,只能被视为推动者--达到目的的手段。

工业4.0和数字化工厂术语

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达到的 "东西",企业不应力求一次性实现所有技术。要想走向智能制造、智能工厂或互联产业,首先需要打通工业资产、人和工作流程等事物。而要打通这一切,你需要强大的数据收集、整合和联网。所有的东西都必须是互联互通的。每一个源头的信息都需要统一和整体。

工厂自动化和数字化工厂

现在,让我们简单地离开工业4.0,提供一个关于工厂自动化的概述。在车间里,你会发现大多数机器都是由PLC或可编程逻辑控制器控制的。这些都是经过加固的工业计算机,可以承受车间里经常出现的恶劣条件,用于控制制造过程,如装配线、机器功能或机器人设备。PLC一般由电源、CPU、输入/输出模块和通信模块组成。PLC通过监测来自传感器及其连接的其他现场设备的输入,采集工厂车间的数据。然后,CPU执行用户创建的程序逻辑,并将数据或命令输出到与其连接的机器和执行器。

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。

输入OPC标准

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基金会

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客户端应用程序想要从某个PLC中获取信息。OPC服务器使用Modbus协议与PLC进行通信。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。这是用Modbus协议完成的。PLC也使用Modbus协议向OPC服务器提供所有的响应。这样,OPC服务器就可以使用Modbus从PLC读取数据和向PLC写入数据。然后OPC服务器将它从PLC检索到的数据(使用Modbus)转换为OPC "格式",并将数据发送到OPC客户端应用程序。任何OPC客户端应用程序都可以从OPC服务器检索数据,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OPC UA标准的开发过程中,从一开始就考虑到了最高程度的安全性。与OPC Classic相比,OPC UA是以 "防火墙友好 "的方式开发的,即可以通过标准的网络技术进行控制和引导。

OPC UA不仅提供认证、签名和加密访问的通用IT机制。附加协议可以随时扩展实际传输层。当收到连接到服务器的请求时,服务器会对请求进行验证,解密并验证其证书。一旦收到有效的认证或授权请求并进行解密,下一步就是决定服务器是否应该接受该设备的连接或允许该用户访问。

Diogital Factory - OPC优于以太网

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,这些协议提供了传输、功能和简单性的正确组合,实现了网络化I/O的机器控制。对于自动化层次的机器控制层来说,它们是非常好的技术。不过,对于从现场,直至业务软件的信息传输,OPC UA是最好的选择。它不仅能提供更多的数据,还能为生产、维护和IT系统提供信息--而且是正确的信息--从而提高生产率,提高质量,降低成本。

工业4.0解决方案能否支持传统系统?

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。

数字化工厂和一体化IIoT平台的愿景。

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,这还是需要仔细规划的,并不是所有的IIoT平台都是一样的。仅仅将所有的PLC连接到OPC UA服务器上是不够的。如果不知道你想获得什么数据,如何连接和使用这些数据,以及如何处理现有或新设备的调试和退役,你的工业4.0项目就会像所有其他项目一样结束。

数字化工厂与工业4.0项目出了问题。

公司被口若悬河的销售人员说服,投资几千几万美元在软件上,这些软件可以读取机器数据,然后将信息呈现在仪表盘上,整个公司都可以检查。在几个月,甚至一两年内,这样的做法还不错。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。或者一个零件停止生产,生产线被稍微改变,以满足不同的需求。或者你买了一个新的生产软件,但它与系统无法沟通。维护人员也许可以帮忙,但他们被其他事情淹没了,没有时间正确地重新配置一切。IT部门也是如此。渐渐地,这个软件不再被使用,而且可能会一直如此,直到有人想起它的存在,并责成一个实习生让整个工厂重新使用它。就这样,工业4.0被遗忘了。

测试IIoT平台在公司中的第一个潜在应用,应该不需要长时间的准备或大量的前期投资。几年前,少数主要的工业供应商试图构建通用平台。数亿美元之后,它们已经被大幅缩减,用于有限的 "特殊 "用途场景,或者完全关闭。他们从来没有机会。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。想象一下,如果试图跨行业也提供所有这些东西。

不要忘了,每一个设备经理、设备制造商和服务运营商都是专门为了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,使之既能防守,又能区别于接近的竞争对手。如果你的能力和局限性都和别人一样,怎么能赢呢?你决定寻找一匹更快的马。我说你需要停止寻找一匹更快的马。是时候打造你的飞车了。

中间件解决方案 - CB数字工厂

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。

而这正是我们通过Connect Bridge这个强大的软件集成平台所实现的。通过使用Connect Bridge和我们的400多个与大多数流行和广泛的行业和商业应用程序的连接,开发人员可以通过他们的API安全地连接到各种商业软件,而不需要学习他们的文档。这种架构可以通过结构化查询语言(SQL)语法进行通信--这是一种每个开发人员都知道的编程语言。Connect Bridge 将 SQL 语法翻译成相应的 API 调用,保持目标系统的完整性,同时通过我们的连接器提供您的应用程序和目标系统之间的轻松通信。

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

CB数字工厂和OPC UA连接器

目前,OPC UA连接器作为OPC UA客户端工作。这意味着,如果给予OPC UA服务器的地址和正确的权限,用户可以从OPC UA服务器访问数据。在建立连接后,可以使用SQL与服务器公开的数据进行交互。为公司工作的开发人员可以很容易地将公司的车间数据集成到他们所使用的业务软件中,创建一个定制的解决方案,以满足他们的特殊需求。

我可以从哪里开始?

我们的愿景 CB数字工厂 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数字工厂 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.

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Pedro Noronha - 作者

Pedro Noronha
Connecting Software的IIoT产品经理。

作者:

我毕业于机械工程硕士,曾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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