如何让智能工厂的机器数据有意义

面向所有人的物联网

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虽然大多数公司都知道物联网,但没有多少公司了解他们现在可以从机器数据中提取的价值;这都是关于车间和商业环境之间的沟通能力。

"数字化转型 "和 "智能工厂 "这些术语已经出现了一段时间,但只有先进的制造商才将其应用于实践。机器对机器通信的想法引起了人们最初的兴奋和厚望,但现在中型和小型工厂的业主正在问:"下一步是什么?我如何在我的工厂开始采用这些技术?"

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

著名的发明家和通用汽车公司的研究主管查尔斯-凯特林说:"一个问题说得好就等于解决了一半"。通往智能工厂的曲折道路给企业带来了一些新出现的和现有的挑战,制造商需要了解如何在其生产设施中运行一个数字商业模式。

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

为了使工厂避免成为 "物的孤岛",而是与物联网的概念一起工作,生产机器需要相互交谈,并最终与边缘设备交谈。鉴于涉及许多系统,问题是,你如何设置这种通信?

现代工厂的挑战之一是,机器经常在各个垂直筒仓内进行通信,将数据从设备传输到HMI/SCADA等,操作人员一直盯着生产的这个特定部分。经理们早就知道有价值的信息存在于运行其生产设施的系统中,但他们并不能直接接触到这些信息。问题往往是这两个世界都是孤立运作的,它们之间几乎没有联系。然而,如果我们谈论的是混合数据并在各部门之间进行,那么工厂数据交换基础设施的建设就应该有所不同。

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。

将数据从物理世界放入网络世界需要分析的规划。你需要了解是操作人员使用这些数据来实现更好的本地控制,还是服务器自动将汇总信息上传到ERP或MES系统。总而言之,从雪崩的数据中,哪些数字需要向前发送,以便在工厂层面进行更好的分析和规划,哪些数据留在本地进行快速控制和决策。

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 "的最终问题是确保开放通信的安全性。根据Eclipse基金会的2019年报告,安全问题在物联网开发者的关注中占据了第一位置(31%),连接性(21%)和数据收集与分析(19%)仅占后两位。Gartner报告称,物联网终端安全解决方案的支出将在2021年增加到$631M。向世界开放生产设施需要相应的保护措施。

从OPC到OPC统一架构

自20世纪90年代末以来,生产自动化一直围绕着OPC服务器建立,无论硬件和软件是否来自同一供应商,都能实现从设备到控制室的操作员计算机的数据传输。OPC协议规范了通信,为生产自动化的突破创造了条件。OPC应用了微软的分布式组件对象模型(DCOM),它是Windows操作系统的一部分。在21世纪初,该协议启动了工业自动化,并使工厂过渡到更安全、更准确和更具成本效益的生产。事实上,世界各地的许多生产工厂仍然依赖这项技术。

然而,在该软件进入市场后不久,OPC协议的缺点变得很明显。首先,DCOM使OPC只限于Windows操作系统。接下来,专家们抱怨难以发现和修复软件故障,而且不可能通过网络交换数据。最后,OPC技术在信息安全方面是不可靠的。这就是为什么,为了回应行业的多种要求,OPC基金会创建了一个新标准。OPC UA。它基于以前的版本,但没有缺点,它提出了一个全新的机器对机器通信和工业数字化转型的方法。

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。你可以在任何平台上启动它。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。
  • 节省资源。有了OPC UA,你不需要很多坐在设施中并在系统之间进行转换的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)、文件管理系统(DMS)、商业智能(BI)系统和仓库管理系统是最常见的协助管理企业的软件。由于许多公司,无论规模大小,都以不同的组合方式使用这些应用程序,可以肯定的是,一个工厂的生活是在这些系统中计划、分析、预测和报告的。作为一个完全自动化的智能工厂,意味着在这些系统中随时可以获得关于生产过程的准确的最新信息,以便根据你的优先事项进行分析、及时提醒、维护通知等。

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。

在我们看来,第二种情况比定制编程更好。首先,你不需要在昂贵的程序员的劳动上浪费时间和金钱。其次,你不需要照顾进一步的维护。一个预建的OPC UA连接器通常是没有错误的,从第一天起就可以使用。它确实需要编程技能,但非常基本的技能。需要2-3个小时来理解集成原理,并建立逻辑来连接企业的机器数据到业务系统。

从设备到企业

为什么你需要把你的机器数据连接到ERP、CRM和MES?OPC-UA的口号是 "从设备到企业",在这种情况下,"企业 "意味着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应用履行了许多任务--订单管理和处理、数据收集、企业生产层面的规划、整体业务流程管理以及与其他系统的连接--智能ERP的及时表现提供了许多优势。

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,这种整合有助于我们上面讨论的文化转变,因为如果新技术是通过熟悉的界面呈现(甚至是移动友好型!),员工会更愿意采用。确保用户采用仍然是IIoT的一大挑战,而通过每个人都知道和使用的系统--ERP、CRM、MES等来展示数据,可以加快向工业4.0的过渡。

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

IIoT已经变成了现代工厂的一种需求。为了跟上竞争的步伐,将机器数据连接到管理业务系统不再是可选的。OPC UA在这方面一直做得很好,为生产设施中开放通信提供了更多的机会和安全措施,所以现在是时候收获互联智能工厂的好处了。