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如何在智能工厂中理解机器数据

iotforall 2019-10-15 10:03:54阅:323

尽管大多数公司都了解物联网,但很少有人了解他们现在可以从机器数据中提取的价值。关键在于车间与业务环境之间的沟通能力。

“数字化转型”和“智能工厂”是已经存在了一段时间的术语,但是只有高级制造商才能将其应用到实践中。机器对机器通信的想法引起了最初的兴奋和很高的期望,但是现在中小型工厂的所有者正在问:“下一步是什么?我如何在工厂中开始采用这些技术?”

尽管大多数公司都了解物联网,但很少有人了解他们现在可以从机器数据中提取的价值。关键在于车间与业务环境之间的沟通能力。

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,但许多人不确定IoT对他们的业务意味着什么。这导致物联网无法正确实施或仅在基本级别上而不是完全转换过程中使用。

但是,当我们了解掌握了工业物联网(IIoT)本质的生产工厂时,它实际上可以归结为车间与业务环境之间的通信能力。在实践中,它涵盖了如何将机器数据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以及如何将其应用于生产过程。总体而言,数字化转型的成功取决于组织识别机器上的数字并将其转化为竞争优势的能力。

新兴业务挑战

通用汽车的著名发明家兼研究负责人查尔斯·凯特林(Charles Kettering)表示:“一个已阐明的问题已经解决了一半。”通往智能工厂的道路蜿蜒曲折,给公司带来了一些新兴和现有的挑战,制造商需要理解在他们的生产工厂运行数字业务模型。

为什么需要智能工厂?

首先,机器可以生成大量数据,但是将数字扔到云端并不意味着您会自动从中获取有用的信息。您需要一个上下文。

工厂设备可以提供有关生产过程的最准确的实时信息,但是人们如何才能开始利用它并将知识应用于他们的日常工作呢?

是否需要维护,以及确保每个部分都已启动并正在运行?还是有关所谓的预测性维护: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故障?

它也可能涉及生产的业务方面:人工操作人员根据MES和ERP系统中机器的报告做出决策。拥抱工业4.0不仅要求设备升级,而且还要求整体思维模式的转变。

跨垂直筒仓连接

为了使工厂避免成为“物联网”,但要与物联网的概念一起工作,生产机器需要互相交谈,并最终与边缘设备对话。鉴于涉及的系统很多,问题是,如何建立这种通信?

现代化工厂的挑战之一是,机器经常在单独的竖井中进行通信,将数据从设备传输到HMI / SCADA等,操作员需要密切注意生产的这一特定部分。经理们早就知道有价值的信息驻留在运行其生产设施的系统中,但是他们无法直接访问它。问题常常是两个世界都是孤立运行的,它们之间很少或没有联系。但是,如果我们正在讨论混合数据并在各个部门之间传递数据,则工厂数据交换基础架构应以不同的方式构建。

数据传输到ERP

下一个问题是数据连接性。您需要在生产过程中看到多远?仅仅是控制器,还是您实际上需要每个传感器等的数据?这将极大地影响您操作的信息量和设施的图像,包括整个工厂,总体上各个生产线以及所使用的特定设备。

将数据从物理世界放入网络世界需要对分析进行规划。您需要了解是由操作员使用数据来实现更好的本地控制,还是由服务器自动将汇总信息发送到ERP或MES系统。总而言之,需要将雪崩数据中的哪些数字转发出去,以便在工厂一级进行更好的分析和计划,而哪些数据则保留在本地以进行快速控制和决策。

跨部门和第三方共享数据是另一个重要问题。在先进的工厂中,ERP系统可以根据生产设备发出的通知自动订购原材料或向维护服务告知需要检查的信息。这种信息交换也可以为机械制造商带来好处:他们基于来自各个工厂的自动报告,可以计划维护,提前替换详细信息,并提供更好的客户服务,从而避免了烦人且昂贵的停机时间。

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 Foundation于2019年发布的报告,安全性在IoT开发人员关注的问题中排名第一(31%),而连接性(21%)和数据收集与分析(19%)仅次于后两个。Gartner报告称,到2021年,物联网终端安全解决方案的支出将增加至6.31亿美元。向世界开放生产设施需要采取相应的保护措施。

从OPC到OPC统一架构

自1990年代后期以来,围绕OPC服务器构建了生产自动化系统,无论硬件和软件是否来自同一提供商,数据都可以从设备传输到控制室中的操作员计算机。OPC协议对通信进行了标准化,并为制造自动化取得了突破。OPC应用了Microsoft分布式组件对象模型(DCOM),它是Windows操作系统的一部分。在2000年代初,该协议启动了工业自动化,使工厂能够过渡到更安全,更准确和更具成本效益的生产。实际上,世界各地的许多生产工厂仍依赖此技术。

但是,在软件进入市场后不久,OPC协议的弊端就显而易见了。首先,DCOM使OPC仅限于Windows操作系统。接下来,专家抱怨发现和修复软件故障的困难,以及无法通过Web交换数据的麻烦。最后,OPC技术在信息安全方面是不可靠的。

因此,OPC Foundation响应行业的多种要求,创建了一个新标准:OPC UA。它基于以前的版本,但没有缺点,它提出了一种全新的机器对机器通信和工业数字转换方法。

它的新功能包括:

平台独立性。OPC UA不再依赖Microsoft的OLE或DCOM技术。您可以在任何平台上启动它:Apple,Linux(JAVA)或Windows。

更容易配置多台计算机之间的数据交换。代替DCOM,使用常见的数据交换标准:TCP / IP,HTTP(S)和SOAP。

简化数据治理和维护。您可以使用结构或模型,并为数据标签或点分组并提供上下文。所有这些都提供了更大的灵活性,并使得跨部门连接工厂成为可能,而不仅仅是在垂直数据孤岛中工作。

易于集成到SCADA。OPC UA服务器可以是内置于设备中的PLC的直接部分。无需购买和配置OPC UA服务器。

节省资源。使用OPC UA,您不需要在工厂中安装很多PC,而无需在系统之间进行转换。

数据加密。OPC UA安全性基于覆盖应用程序和传输层的多层概念。它包含身份验证和授权以及通过签名进行的加密和数据完整性。

集成的灵活性。UA API提供多种编程语言。商业SDK可用于C,C ++,Java和.NET。开源堆栈至少适用于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和文档管理系统(如SharePoint),以改善计划,维护和生产效率。

与传统基础架构的连接。从OPC迁移到OPC UA的机制的可用性;OPC UA包装器。

如何开始使用机器数据进行数字转换

制造商将OPC统一体系结构称为第一个消除企业与工厂车间之间边界的通信协议。但是,您实际上如何将生产连接到有助于管理公司的系统?

客户关系管理(CRM),企业资源计划(ERP),制造执行系统(MES),文档管理系统(DMS),商业智能(BI)系统和仓库管理系统是最常用的辅助软件在管理业务中。由于许多公司,无论规模大小,都以各种组合方式使用这些应用程序,因此可以安全地概括出在这些系统中计划,分析,预测和报告工厂的使用寿命。成为全自动的智能工厂意味着根据您的优先级,随时可以在这些系统中获得准确的有关生产过程的最新信息,以进行分析,及时警报,维护通知等。

可以通过两种方式将机器数据集成到业务系统中:1)通过OPC UA API进行定制开发,以及2)通过将机器数据链接到ERP,CRM系统等的现成的OPC UA连接器。

我们认为,第二种情况比自定义编程要好。首先,您不会浪费时间和金钱在昂贵的程序员身上。其次,您无需进行进一步的维护。预先构建的OPC UA连接器通常无错误,从第一天就可以使用。它确实需要编程技能,但是非常基础。需要两到三个小时来了解集成原理并构建将企业的机器数据连接到业务系统的逻辑。

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”,在这种情况下,“企业”表示智能的企业资源计划系统。

为了做出明智的决策,智能ERP需要实时IIoT数据和分析。它们使公司与竞争对手区分开来,并构成了所谓的智能工厂。

随着ERP应用程序完成许多任务-订单管理和处理,数据收集,企业生产级别的计划,整体业务流程管理以及与其他系统的连接-智能ERP的及时性能提供了很多优势。

当您需要加快流程,减少人工和错误并在步骤之间更快地移动时,尽可能地从源头获取实时数据,这些数据可以来自特定的生产线甚至是设备(集成了机器)通过OPC UA到ERP系统的数据是革命性的。

此外,这种集成有助于我们在上文中讨论过的文化转变,因为如果员工通过熟悉的界面(即使它是移动友好的)来展示新技术,则员工会更乐于采用新技术。确保用户采用率仍然是IIoT中的一大挑战,如何通过大家都知道和使用的系统(ERP,CRM和MES)显示数据。等-加快了向工业4.0的过渡。

IIoT智能工厂的其他组件是预测分析,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您的ERP系统的一部分,该系统根据多个来源和大量上下文快速数据对物料进行订购或做出运输决策,并进行实时分析和利用。

结论

IIoT已经变成了对现代化工厂的需求。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,为在生产设施中开放通信提供了更多机会和安全措施,因此是时候充分利用互联智能工厂的好处了。

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