如何在智能工厂中理解机器数据 101

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问："下一步是什么？我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 "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，当我们看那些掌握了工业物联网精髓的生产工厂时，它真正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、CRM系统；从这些数据中得出什么结论，以及如何将它们应用回生产过程。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中获取数据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几个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一个数字商业模式。

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？

它将是关于维护--确保每一个部件都能正常运行吗？

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

为了使工厂不是 "物的岛屿"，而是真正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，问题是如何建立这种通信。

现代化工厂面临的挑战之一是，机器经常在独立的垂直筒仓内进行通信，将数据从设备传输到HMI/SCADA等，在这些设备上，操作人员一直关注着生产的这一特定部分。管理人员早就知道，有价值的信息存在于运行生产设备的系统中，但却无法直接访问这些信息。问题往往是这两个世界都是孤立运行的，它们之间几乎没有或根本没有联系。然而，如果我们谈论的是混合数据并将其携带到各个部门，工厂数据交换基础设施应该以不同的方式构建。

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。
• 甚至是一个特定的设备，它的每一个结点是如何运作的--以及在哪里，比如说，故障阻碍了生产过程。

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90年代末以来，生产自动化是围绕着OPC服务器建立的，无论硬件和软件是否来自同一个供应商，数据都能从设备传输到控制室的操作员的计算机上：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2000年代初，该协议启动了工业自动化，并使工厂能够过渡到更安全、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，为了回应行业的多种要求，OPC基金会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，并提出了一种全新的机器对机器通信和工业数字化转型的方法。

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，你不需要很多电脑坐在设备里，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了企业和工厂车间之间边界的通信协议。但是，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、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，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有关生产过程的准确的最新信息--用于分析、及时警报、维护通知等，这取决于你的优先事项。

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。

在我们看来，第二种情况比定制编程更好。首先，你不会在昂贵的程序员的劳动上浪费时间和金钱，其次，不需要照顾进一步的维护。一个预建的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，但非常基本的技能。需要2-3个小时来理解集成原理，之后只需建立逻辑，将企业的机器数据连接到业务系统。

从设备到企业

为什么你需要把你的机器数据连接到ERP、CRM、MES？OPC-UA的一个口号是 "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应用程序完成了许多任务：订单管理和处理、数据收集、企业生产层面的计划、整体的业务流程管理以及与其他系统的连接，智能ERP的及时表现提供了很多优势。

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时，尽可能地从源头抓取实时数据--从一个特定的生产线甚至设备，通过OPC UA将机器数据集成到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（甚至是移动友好的！），员工会更乐意采用。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，可以加速向工业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Thomas Berndorfer

Thomas Berndorfer是一位在IT领域有20多年经验的连续创业者，他在解除企业在IT整合、同步化和自动化方面的痛苦方面有丰富的经验。他是Connecting Software的首席执行官。