如何在智能工厂中理解机器数据 101

机器对机器通信的理念最初让人兴奋并寄予厚望，但现在中小型工厂的所有者会问：“下一步是什么？如何开始在我的工厂采用这些技术？”

“数字化转型 ”和 “智能工厂 ”是早已出现的术语，但只有先进的制造商才会将其应用于实践。机器对机器通信的理念让人们最初感到兴奋并寄予厚望，但现在中小型工厂的所有者都会问：“下一步是什么？如何开始在我的工厂采用这些技术？”

根据Aruba Networks的一项研究，虽然超过98%的企业领导者了解物联网的概念，但许多人并不清楚物联网对其业务意味着什么。这导致物联网没有得到正确的实施，或者只在基础层面上使用，而不是完全改造流程。

然而，当我们审视那些已经掌握了工业物联网精髓的生产工厂时，就会发现这其实可以归结为车间与业务环境之间的通信能力。在实践中，这包括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、CRM 系统）；从这些数据中得出什么结论，以及如何将这些结论应用回生产流程。总之，数字化转型的成功与否取决于企业是否有能力对来自机器的数据进行分析，并将其转化为竞争优势。.

企业面临的新挑战

著名发明家、通用汽车公司研究部主管查尔斯-凯特林说过：“一个问题说得好，就等于解决了一半”。通往智能工厂的道路蜿蜒曲折，企业面临着一些新出现的和现有的挑战，制造商需要回答以下问题，以了解如何在其生产设施中运行数字化业务模式。.

为什么需要智能工厂？

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。

工厂设备可以提供最准确的实时生产过程信息，但人们如何才能开始利用这些信息，并在日常工作中应用这些知识？

是否需要维护--确保每个部件都正常运行？

或者所谓的预测性维护--根据许多类似设备的汇总数据和问题的早期迹象，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

要使工厂不再是 “物联网孤岛”，而是真正按照物联网的概念运行，生产机器就需要相互通信，并最终与边缘设备通信。鉴于涉及的系统众多，问题在于如何建立这种通信。.

现代工厂面临的挑战之一是，机器通常在各自的垂直筒仓内进行通信，将数据从设备传输到 HMI/SCADA（人机界面/数据采集与监视控制）等系统，而操作员则负责监控生产的这一特定部分。长期以来，管理者都知道生产设备的运行系统中存在着宝贵的信息，但却无法直接访问这些信息。问题往往在于这两个世界都是孤立运行的，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间传输数据，那么工厂数据交换基础设施的建设方式就应该有所不同。.

向企业资源规划系统传输数据

其次要关注的是数据连接。在你的生产过程中，你需要看到多远的数据？是只有控制器，还是你实际上需要每个传感器等的数据？这将在很大程度上影响你操作的信息量和设备的画面。

• 整个工厂的总体情况。
• 一个单独的生产线。
• 甚至是某个特定设备，其每个连接点是如何运行的，以及在哪些地方出现故障阻碍了生产流程等。.

此外，将物理世界的数据放到网络世界中，需要规划分析。你需要了解是操作者利用数据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，雪崩式的数据中，哪些数字需要发往前方，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，以便快速控制和决策。

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：根据来自不同工厂的自动报告，他们可以提前计划维修，替代细节，从而提供更好的客户服务，使客户免受恼人和昂贵的停机时间。

机器数据安全

最后，“智能工厂 ”的终极问题是确保开放通信的安全性。根据 Eclipse Foundation 发布的 2019 年报告，安全问题在物联网开发人员的关注点中占据首位（31%），而连接性（21%）和数据收集与分析（19%）仅排在后两位。Gartner报告称，到2021年，物联网端点安全解决方案的支出将增至$6.31亿美元。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

自上世纪 90 年代末以来，生产自动化一直围绕 OPC 服务器展开，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操作员计算机的数据传输：OPC 协议实现了通信标准化，为生产自动化领域的突破创造了先决条件。OPC 应用了微软分布式组件对象模型（DCOM），它是 Windows 操作系统的一部分。2000 年代初，该协议启动了工业自动化，使工厂能够实现更安全、更精确和更具成本效益的生产。事实上，全球许多生产工厂仍在使用这项技术。.

然而，在该软件进入市场后不久，OPC协议的缺点已经变得很明显。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 OPC 基金会应业界的多种要求，创建了一个新的标准--OPC UA。它以以前的版本为基础，但没有缺点，并为机器对机器通信和工业数字化转型提出了一种全新的方法。.

它的新特点是。

• 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。
• 更容易进行数据治理和维护。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上下文。所有这些都提供了更多的灵活性，并使你的工厂能够在各部门之间进行连接，而不是只在垂直数据孤岛中工作。
• 易于与SCADA集成。OPC UA服务器可以直接成为PLC的一部分，而PLC是建立在设备中的。这意味着，无需购买和配置OPC UA服务器。
• 节省资源。有了 OPC UA，您就不需要在设备中安装许多 PC，也不需要在系统之间进行翻译；;
• 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。提供OPC UA连接器，将您的实时机器数据集成到CRM、ERP、BI、Exchange、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。

如何开始使用机器数据进行数字化转型

制造商称 OPC 统一架构是第一个消除企业和工厂之间边界的通信协议。但如何将生产与帮助管理公司的系统真正连接起来呢？

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、仓库管理系统是协助管理企业的最常见软件。许多公司无论规模大小，都会以各种不同的组合使用这些应用程序，因此可以说，工厂的整个生命周期都是在这些系统中进行规划、分析、预测和报告的。要成为一家全自动智能工厂，就必须在这些系统中随时提供有关生产过程的最新准确信息--用于分析、及时警报、维护通知等，具体取决于您的优先事项。.

在业务系统中整合机器数据可以有两种方式。1）通过OPC UA APIs进行定制开发，以及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，第二种情况比定制编程更好。首先，你不需要在昂贵的程序员劳动上浪费时间和金钱，其次，也不需要进行进一步的维护。预制的 OPC UA 连接器通常没有错误，从第一天起就可以使用。它确实需要编程技能，但非常基础。只需要两三个小时就能理解集成原理，之后只需构建将企业机器数据连接到业务系统的逻辑即可。.

从设备到企业

为什么需要将机器数据连接到 ERP、CRM 和 MES？OPC-UA 的口号是 '从设备到企业'，这里的 “企业 ”指的是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。

由于企业资源规划应用系统要完成许多任务：订单管理和处理、数据收集、企业生产规划、业务流程整体管理以及与其他系统的连接，因此，智能型企业资源规划系统的及时性能可提供许多优势。.

当你需要加快流程、减少手工劳动和错误，并在各个步骤之间更快地移动时，从特定的生产线甚至设备上获取尽可能接近源头的实时数据，通过 OPC UA 将机器数据集成到企业资源规划系统是一种革命性的做法。.

此外，这种集成还有助于我们上文讨论的文化转变，因为如果新技术是通过熟悉的界面（甚至是移动友好界面！）呈现，员工就会更愿意采用新技术。确保用户采用新技术仍然是 IIoT 面临的一大挑战，而通过每个人都熟悉和使用的系统（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大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

从作为下一个大事件，IIoT已经变成了现代工厂的需求。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。

关于托马斯-贝恩多夫

Thomas Berndorfer 是一名连续创业者，在 IT 领域拥有 20 多年的从业经验，在帮助企业摆脱 IT 集成、同步和自动化的痛苦方面拥有丰富的经验。他是 Connecting Software 的首席执行官。.