如何让智能工厂的机器数据有意义

尽管多数企业都了解物联网，但鲜少有人真正理解当下如何从机器数据中获取价值；这完全取决于车间与商业环境之间的沟通能力。.

“数字化转型”和“智能工厂”这些概念已存在多年，但仅有先进制造商将其付诸实践。机器间通信的理念曾引发初期热潮与高度期待，如今中小型工厂的业主们开始追问：“下一步是什么？我该如何在工厂中应用这些技术？”

根据Aruba Networks的研究，虽然超过98%的企业领导人了解物联网（IoT）的概念，但许多人不清楚物联网对他们的业务意味着什么。这导致物联网没有得到正确的实施，或者只在基本层面上使用，而不是作为一个完全转变的过程。

然而，当我们看那些掌握了工业物联网（IIoT）精髓的生产工厂时，它实际上可以归结为车间和商业环境之间的通信能力。在实践中，它涵盖了机器数据如何从设备传输到后台的标准业务应用程序。ERP、MES和CRM系统，以及从这些数据中得出什么结论，如何将其应用到生产过程中。总的来说，数字化转型的成功取决于一个组织是否有能力从机器的数字中获得意义，并将其转化为竞争优势。

企业面临的新挑战

通用汽车公司著名发明家兼研发主管查尔斯·凯特林曾言：“问题表述得清楚，就等于解决了一半。”通往智能工厂的蜿蜒道路为企业带来了诸多新兴与既有挑战，制造商亟需掌握如何在生产设施中运行数字化商业模式。.

为什么你需要一个智能工厂？

首先，机器可以产生大量的数据，但把数字扔到云端并不自动意味着你会从中获得有用的信息。你需要有一个背景。

工厂设备可以提供有关生产过程的最准确的实时信息，但人们如何开始利用这些信息，并将这些知识应用于他们的日常工作？

它将是关于维护的，是关于确保每个部件都能正常运行的？还是关于所谓的预测性维护：根据许多类似设备的汇总数据和问题的早期征兆，在故障发生之前解决？

它也可以是关于生产的商业方面：人类操作员根据MES和ERP系统中机器的报告做出决定。拥抱工业4.0不仅决定了设备的升级，而且决定了整体思维模式的转变。

跨越垂直筒仓的连接

要使工厂避免成为“孤岛”，而是顺应物联网理念运作，生产设备之间需要相互通信，并最终与边缘设备建立连接。鉴于涉及众多系统，关键问题在于：如何构建这样的通信架构？

现代工厂面临的挑战之一在于，机器往往在各自的垂直孤岛内通信，将数据从设备传输至人机界面/SCADA系统等终端，而操作员仅能监控生产流程的特定环节。管理层早知生产设施运行系统中蕴藏着宝贵信息，却无法直接获取。 问题往往在于两个系统各自为政，彼此几乎没有或完全没有连接。然而，若要实现数据融合并跨部门传输，工厂数据交换基础设施就需要另辟蹊径。.

到ERP的数据旅行

下一个问题是数据连接。你需要在你的生产过程中看到多远？是只有控制器，还是你实际上需要每个传感器的数据，等等？这将在很大程度上影响你操作的信息量和你的设施的情况，包括整个工厂的总体情况，各个生产线，以及正在使用的特定设备。

将物理世界数据导入网络世界需要进行分析规划。必须明确数据使用者是操作员（用于实现更优的本地控制），还是服务器自动将汇总信息上报至ERP或MES系统。总而言之，海量数据中哪些数字需要上报以支持工厂层面的深度分析与规划，哪些数据应保留在本地以实现快速控制与决策。.

跨部门和第三方的数据共享是另一个重要问题。在先进的工厂，ERP系统可以根据来自生产设施的通知，自动订购原材料或通知维修服务部门需要进行检查。这种信息交流也可以为机器制造商带来好处：根据从各个工厂传来的自动报告，他们可以计划维修，提前替代细节，并提供更好的客户服务，使客户免于恼人和昂贵的停机时间。

机器数据安全

最后，“智能工厂”面临的根本问题在于确保开放通信的安全性。根据Eclipse基金会2019年报告，安全问题在物联网开发者关切事项中位居首位（31%），而连接性（21%）和数据采集与分析（19%）仅分列二三位。 高德纳预测，2021年物联网终端安全解决方案的支出将增至1.57631亿美元。向全球开放生产设施的同时，必须采取相应的防护措施。.

从OPC到OPC统一架构

自20世纪90年代末以来，生产自动化始终围绕OPC服务器构建，无论硬件与软件是否来自同一供应商，都能实现数据从设备到控制室操作员计算机的传输。 OPC协议通过标准化通信方式，为制造业自动化突破奠定了基础。该协议采用微软分布式组件对象模型（DCOM）技术——这是Windows操作系统的重要组成部分。21世纪初，该协议推动工业自动化进程，助力工厂实现更安全、更精准且成本效益更高的生产模式。事实上，全球众多生产工厂至今仍依赖这项技术。.

然而，该软件进入市场不久，OPC协议的缺陷便显现出来。首先，DCOM限制了OPC仅适用于Windows操作系统。 其次，专家们抱怨软件故障难以定位修复，且无法通过网络交换数据。最后，OPC技术在信息安全方面存在可靠性缺陷。正因如此，为响应业界的多次诉求，OPC基金会创建了新标准：OPC UA。该标准在前代版本基础上消除了缺陷，为机器间通信和工业数字化转型提供了全新解决方案。.

其新功能包括以下内容。

• 平台独立性。OPC UA 不再依赖微软的 OLE 或 DCOM 技术。您可以在任何平台上运行它：苹果、Linux（Java）或 Windows。.
• 更容易配置多台计算机之间的数据交换。不使用DCOM，而使用通用的数据交换标准。TCP/IP、HTTP(S)和SOAP。
• 更容易的数据管理和维护。你可以使用结构或模型，并对数据标签或点进行分组和赋予背景。所有这些都提供了更多的灵活性，并使你的工厂有可能在各部门之间进行连接，而不是只在垂直的数据孤岛中工作。
• 易于集成到SCADA。一个OPC UA服务器可以是PLC的直接组成部分，它被内置到设备中。不需要购买和配置OPC UA服务器。
• 节约资源。借助OPC UA，您无需在设施内部署大量用于系统间数据转换的PC。.
• 数据加密。OPC UA的安全性是基于一个涵盖应用和传输层的多层概念。它包含认证和授权，以及通过签名进行加密和数据完整性。
• 集成的灵活性。UA API在几种编程语言中可用。商业SDK可用于C、C++、Java和.NET。开源堆栈至少可用于C、C++、Java、Javascript（节点）和Python。
• 成本和时间效益。OPC UA连接器的可用性将您的实时机器数据集成到CRM、ERP、BI、Exchange和文件管理系统，如SharePoint，以改善计划、维护和提高生产效率。
• 与传统基础设施的连接。是否有从OPC迁移到OPC UA的机制；OPC UA包装器。

制造商称OPC统一架构是第一个消除了企业和工厂车间之间边界的通信协议。但是，你如何真正将你的生产与帮助管理你的公司的系统连接起来？

客户关系管理（CRM）、企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）、文档管理系统（DMS）、商业智能（BI）系统以及仓库管理系统，是协助企业运营管理最常见的软件。 由于众多企业（无论规模大小）都在以不同组合使用这些应用程序，因此可以概括地说：工厂的运营状态——包括计划、分析、预测和报告——都通过这些系统实现。要成为完全自动化的智能工厂，就意味着这些系统必须随时提供准确的实时生产信息，以便根据优先级需求进行分析、及时预警、维护通知等操作。.

在业务系统中整合机器数据可以通过两种方式进行。1）通过OPC UA APIs进行定制开发，2）通过现成的OPC UA连接器，将机器数据与ERP、CRM系统等连接。

我们认为第二种方案优于定制编程。首先，您无需浪费时间和金钱在昂贵的程序员劳务上。其次，您无需承担后续维护工作。预构建的OPC UA连接器通常无漏洞且开箱即用。虽然仍需编程技能，但仅需基础操作即可。 只需两到三小时，您就能掌握集成原理，并构建将企业机器数据与业务系统对接的逻辑框架。.

从设备到企业

为何需要将设备数据连接至ERP、CRM和MES系统？OPC-UA的口号是“从设备到企业”，此处的“企业”特指智能企业资源规划系统。.

为了做出智能决策，智能ERP需要实时的IIoT数据和分析。它们使公司在竞争中脱颖而出，构成所谓的智能工厂。

由于ERP应用涵盖众多任务——订单管理与处理、数据采集、企业级生产规划、整体业务流程管理以及与其他系统的对接——智能ERP的及时运行能带来诸多优势。.

当你需要加快流程，减少手工劳动和错误，并在各步骤之间更快地移动，尽可能地从源头抓取实时数据，这可能是来自一个特定的生产线，甚至是一个设备，通过OPC UA将机器数据整合到ERP系统是革命性的。

此外，这种集成有助于实现我们之前讨论的文化转型——当新技术通过熟悉的界面呈现时（即使是移动端适配的界面！），员工会更愿意接受它。确保用户采用率仍是工业物联网面临的重大挑战，而通过ERP、CRM、MES等人人熟知且常用的系统展示数据，将加速向工业4.0的转型进程。.

IIoT智能工厂的其他组成部分是预测性分析、机器学习、区块链报告密封以及半自主和自主决策和行动。所有这些都可以成为你的ERP系统的一部分，该系统根据多个来源和海量的上下文快速数据，实时分析和利用，订购材料或采取出货决策。

结论

工业物联网（IIoT）已成为现代工厂的必然需求。为保持竞争力，将设备数据接入管理业务系统已非可选项。OPC UA在该领域成效显著，为生产设施的开放通信提供了更多机遇与安全保障，现在正是收获互联智能工厂红利之时。.