工廠數(shù)據(jù)用不起來？你可能是缺一個(gè)“一體化”工業(yè)數(shù)據(jù)平臺

上海自動化儀表廠 現(xiàn)如今，制造企業(yè)正大力投資于構(gòu)建更智能、更復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)造了具有豐富數(shù)據(jù)的環(huán)境，一層層的設(shè)備提供了關(guān)于制造商工廠和生產(chǎn)系統(tǒng)的性能、效率、能耗和可靠性方面的關(guān)鍵信息。

　　在每個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，制造商都在擴(kuò)展其連接不同系統(tǒng)的數(shù)字骨干網(wǎng)。在一些企業(yè)里，多個(gè)生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用了不同時(shí)期安裝的軟硬件組合，這些軟硬件配備著不兼容的通信協(xié)議。許多工廠仍運(yùn)行著大量老舊的軟件和固件，如可編程邏輯控制器(PLC)和人機(jī)界面(HMI)等，這為訪問和使用工業(yè)數(shù)據(jù)設(shè)置了嚴(yán)重障礙。

　　構(gòu)建強(qiáng)大的工業(yè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要復(fù)雜且功能豐富的軟件。但是，這樣的軟件同時(shí)還需要更易于實(shí)施和配置，并克服工業(yè)數(shù)據(jù)有效利用的障礙。

　　開發(fā)一體化工業(yè)數(shù)據(jù)平臺

　　自動化技術(shù)供應(yīng)商開發(fā)了廣泛的硬件、軟件和通信網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)今先進(jìn)的制造和流程生產(chǎn)系統(tǒng)。在許多情況下，這種技術(shù)是自成一體的，使用專有通信協(xié)議和編程工具，需要培訓(xùn)和熟悉才能完成許多常規(guī)任務(wù)，例如更新包裝系統(tǒng)的生產(chǎn)配方或編程和集成新的觸摸屏HMI。

　　這些障礙因許多工業(yè)應(yīng)用中存在操作性有限的設(shè)備而進(jìn)一步加劇。雖然很多老舊設(shè)備依然可靠，但其過時(shí)的通信協(xié)議和其他軟件功能可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)提取和整合至生產(chǎn)價(jià)值鏈時(shí)面臨難題。對于某些工業(yè)數(shù)據(jù)平臺而言，解決這些兼容性問題可能需要昂貴的硬件投入和耗時(shí)的編程工作才能訪問和連接數(shù)據(jù)。

　　自動化、制造和加工行業(yè)市場正在推出創(chuàng)新的新方法來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。功能強(qiáng)大且豐富的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺具備跨行業(yè)應(yīng)用的先進(jìn)性能，并且比以往更易于實(shí)施和使用。

　　與傳統(tǒng)專用功能不同，這些“瑞士軍刀式”的軟件平臺通過拖放功能簡化工業(yè)數(shù)據(jù)訪問，大限度減少對專業(yè)編程技能的需求。此類平臺支持從基礎(chǔ)的工業(yè)應(yīng)用場景，提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、邊緣計(jì)算、高級網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程訪問、可視化、云集成以及向關(guān)系型數(shù)據(jù)庫發(fā)送數(shù)據(jù)等能力。

　　擁有一個(gè)具有統(tǒng)一用戶界面、標(biāo)準(zhǔn)工具和拖放功能的單一軟件平臺具有諸多優(yōu)勢。一個(gè)通用的環(huán)境簡化了許多對訪問工業(yè)數(shù)據(jù)至關(guān)重要的任務(wù)，將這些數(shù)據(jù)連接到工廠內(nèi)或整個(gè)企業(yè)的其它系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)可視化數(shù)據(jù)，以便運(yùn)行人員和工廠管理人員優(yōu)化工業(yè)績效。

　　▲工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺需要做的不僅是訪問數(shù)據(jù)并將其連接到整個(gè)企業(yè)，還需要可視化可操作的數(shù)據(jù)，并以清晰和顯著的格式呈現(xiàn)，為機(jī)器和工廠的運(yùn)營提供有關(guān)其系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

　　一體化工業(yè)數(shù)據(jù)平臺還能夠簡化一些常見但關(guān)鍵的任務(wù)。一個(gè)例子是網(wǎng)絡(luò)組件安裝。當(dāng)向生產(chǎn)線新增配備PLC的設(shè)備時(shí)，此類一體化軟件平臺會通過默認(rèn)設(shè)置自動完成與該設(shè)備集成相關(guān)的所有關(guān)鍵步驟。數(shù)據(jù)標(biāo)簽的添加已實(shí)現(xiàn)自動化，因此將PLC接入工業(yè)網(wǎng)絡(luò)僅需少的配置操作。

　　同時(shí)，有些系統(tǒng)集成商或用戶，希望根據(jù)獨(dú)特的制造或生產(chǎn)要求進(jìn)行更多定制設(shè)置，這些平臺可以為其提供功能。

　　選擇合適的工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺需要仔細(xì)評估其功能，以確定哪個(gè)平臺將為長期成功和增長提供完整的解決方案。

　　構(gòu)建強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力

　　這些一體化工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺支持多種功能，其中關(guān)鍵的一個(gè)是協(xié)議轉(zhuǎn)換，該平臺就像一個(gè)友好的翻譯器，幫助設(shè)備相互通信并將這些數(shù)據(jù)從這些不同的設(shè)備帶到一個(gè)集中位置。

　　許多工廠的生產(chǎn)制造系統(tǒng)仍在使用10年甚至20年前安裝的PLC、傳感器、電子閥、伺服驅(qū)動器和其它控制設(shè)備。這些設(shè)備支持的舊式或?qū)Ｓ型ㄐ艆f(xié)議可能與新技術(shù)不兼容。通常，這種傳統(tǒng)硬件只支持串行通信，這使得收集數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)將其發(fā)送到SCADA系統(tǒng)或云端變得更加困難。雖然這些設(shè)施正在逐步采用OPC UA和消息隊(duì)列遙測傳輸(MQTT)等新技術(shù)，但安裝新硬件并將所有舊設(shè)備轉(zhuǎn)換為新設(shè)備的成本非常高。

　　應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的有效方案是構(gòu)建強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力。這正是新型一體化工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺的核心優(yōu)勢之一。部分技術(shù)供應(yīng)商已內(nèi)置了強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，能夠通過包含300多個(gè)新舊驅(qū)動程序的協(xié)議庫，同時(shí)支持多達(dá)20種協(xié)議的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。

　　工業(yè)運(yùn)營的模塊化靈活性

　　沒有兩種工業(yè)運(yùn)營是相同的，一旦生產(chǎn)線或制造系統(tǒng)上線，任何工業(yè)運(yùn)營都不會停止。新產(chǎn)品的推出和增長需要擴(kuò)展或升級現(xiàn)有設(shè)施，這意味著工業(yè)數(shù)據(jù)訪問和連接需要與新設(shè)備一起升級或擴(kuò)充。

　　先進(jìn)的工業(yè)數(shù)據(jù)平臺將具備適應(yīng)此類動態(tài)生產(chǎn)系統(tǒng)所需的模塊化特性。例如，某工廠若需為產(chǎn)線增添無線通信能力，技術(shù)供應(yīng)商提供的模塊可通過軟件變更實(shí)現(xiàn)Wi-Fi或蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口的現(xiàn)場升級，而無需采購新硬件。

　　在某些應(yīng)用場景中，系統(tǒng)集成商會安裝協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備以與舊設(shè)備連接。隨著生產(chǎn)需求的變化或者在網(wǎng)絡(luò)中添加新的設(shè)備，將協(xié)議轉(zhuǎn)換器升級到具有更網(wǎng)絡(luò)功能的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)可能會更有優(yōu)勢。

　　工業(yè)數(shù)據(jù)平臺通過軟件變更即可支持此類升級——這種能力已成為平臺的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置功能。然而，有些自動化網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商仍堅(jiān)持以新設(shè)備替換原有模塊，并要求用戶同時(shí)承擔(dān)軟硬件更換費(fèi)用。

　　▲將可視化功能集成到工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺中，可以更容易地部署新一代可視化技術(shù)。操作員和生產(chǎn)線人員可以更快地響應(yīng)問題，并立即處理關(guān)鍵信息。

　　制定的網(wǎng)絡(luò)安全策略

　　工業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要目標(biāo)，這一現(xiàn)實(shí)令人擔(dān)憂。黑客和勒索軟件犯罪分子會研究工業(yè)系統(tǒng)漏洞，以便通過工業(yè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)訪問企業(yè)IT網(wǎng)絡(luò)——這是因?yàn)樵谶^去，很多公司并沒有像保護(hù)主要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)那樣來嚴(yán)格的保護(hù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

　　評估工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺的網(wǎng)絡(luò)安全能力至關(guān)重要。現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通?；陂_箱即用的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。如果沒有安全措施，系統(tǒng)很容易受到攻擊，并大大增加關(guān)鍵系統(tǒng)組件不受控制訪問的風(fēng)險(xiǎn)。

　　從設(shè)計(jì)層面上看，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)硬件都可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)分段，以限制網(wǎng)絡(luò)訪問。強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)邊界防護(hù)可限制進(jìn)出車間層設(shè)備的訪問路徑。此外，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分段，還可以防止工廠車間的設(shè)備訪問其它系統(tǒng)。

　　為了支持這種“縱深防御”的分段方法，工業(yè)數(shù)據(jù)平臺須集成新的安全功能，如狀態(tài)檢測防火墻、訪問控制列表功能、數(shù)據(jù)包過濾和安全的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)連接。

　　這些功能需具備高度靈活性，使網(wǎng)絡(luò)管理員能微調(diào)安全策略以平衡數(shù)據(jù)安全與網(wǎng)絡(luò)性能。具體措施包括設(shè)置密碼有效期規(guī)則、實(shí)施訪問控制列表和防火墻規(guī)則，確保特定端口僅在特定時(shí)段開放，從而大限度降低非授權(quán)訪問的風(fēng)險(xiǎn)。甚至還有一些網(wǎng)絡(luò)安全功能可以采用未加密的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)協(xié)議，并在數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)時(shí)對其進(jìn)行加密，從而消除其他漏洞。

　　優(yōu)化工業(yè)數(shù)據(jù)平臺的云端部署

　　許多工業(yè)企業(yè)將關(guān)鍵運(yùn)營數(shù)據(jù)存儲在基于云的平臺中，以便在其系統(tǒng)上獲得復(fù)雜的報(bào)告和分析。此類平臺不僅提供高度靈活性，更使制造商得以接入功能強(qiáng)大的平臺，輕松整合與管理來自成百上千個(gè)生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)的制造數(shù)據(jù)，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)挖掘洞察提升生產(chǎn)效率、優(yōu)化資本回報(bào)率。

　　制造商面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是管理海量的數(shù)據(jù)，以免推高帶寬成本并拖累云服務(wù)。許多生產(chǎn)系統(tǒng)所配備的設(shè)備會持續(xù)生成有關(guān)設(shè)備性能、報(bào)警等數(shù)據(jù)流。根據(jù)系統(tǒng)特性，可能無需全時(shí)段采集所有數(shù)據(jù)。

　　工業(yè)數(shù)據(jù)平臺可以在優(yōu)化這一過程方面發(fā)揮重要作用。有效的平臺不是捕獲和交付每個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)生成的所有數(shù)據(jù)，而是可以輕松區(qū)分和管理云數(shù)據(jù)使用情況。這類平臺支持按需設(shè)定各系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳頻率——關(guān)鍵參數(shù)高頻傳輸，非實(shí)時(shí)更新的一般性能數(shù)據(jù)低頻傳輸。

　　制造商需要能夠靈活地定義機(jī)器和生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)點(diǎn)，例如關(guān)于執(zhí)行器過熱或線性系統(tǒng)未能完全完成每個(gè)工作周期的報(bào)警?；谠频姆治瞿芰煽缦到y(tǒng)關(guān)聯(lián)分析模式與異常事件，進(jìn)而優(yōu)化預(yù)防性維護(hù)策略、規(guī)劃設(shè)備升級或調(diào)整生產(chǎn)工藝。

　　設(shè)計(jì)良好的工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺支持MQTT協(xié)議，該協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)“異常報(bào)告”。這意味著只有在事件發(fā)生變化時(shí)，才會傳輸數(shù)據(jù)。工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺還應(yīng)使數(shù)據(jù)緩沖變得容易，即使連接中斷關(guān)鍵數(shù)據(jù)也不會丟失。制造商正在尋求限度地提高生產(chǎn)系統(tǒng)的效率。配備完善工具的數(shù)據(jù)平臺，可助其優(yōu)化和精簡云端系統(tǒng)的使用效能。

　　可視化工業(yè)數(shù)據(jù)以推動實(shí)施

　　工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺不僅需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問與企業(yè)級互聯(lián)，更要將可操作數(shù)據(jù)以清晰且具驅(qū)動力的形式可視化呈現(xiàn)，為設(shè)備與工廠運(yùn)營者提供系統(tǒng)性能的實(shí)時(shí)洞察。

　　新的HMI和操作面板旨在以符合每條生產(chǎn)線、機(jī)器或流程的特定作要求的方式在工廠車間提供數(shù)據(jù)。它們包含允許用戶集成來自多個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)的功能，并與邊緣計(jì)算平臺結(jié)合使用，獲取和顯示從多個(gè)傳統(tǒng)協(xié)議轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的HMI和面板儀表通常是獨(dú)立的產(chǎn)品，其編程配置工具獨(dú)立于工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺之外。這意味著原始設(shè)備制造商(OEM)、系統(tǒng)集成商和終用戶須學(xué)習(xí)一整套獨(dú)立的可視化軟件。

　　不過，領(lǐng)先的工業(yè)數(shù)據(jù)技術(shù)供應(yīng)商已將可視化編程集成到軟件平臺中，以簡化和加快將重要的工廠車間系統(tǒng)上線的過程。新的面板儀表和觸摸屏HMI配備大尺寸和易于閱讀的顯示器，內(nèi)置用戶可選的圖形庫與直觀界面模板，可快速按工廠及產(chǎn)線需求完成定制化配置。

　上海自動化儀表廠　將可視化功能深度集成至工業(yè)數(shù)據(jù)軟件平臺，有助于加速新一代可視化技術(shù)的落地。操作員與產(chǎn)線人員能快速響應(yīng)異常事件、即時(shí)處理關(guān)鍵信息，甚至通過無線平板式HMI實(shí)現(xiàn)單人多機(jī)監(jiān)控。這些工具不僅使操作員及時(shí)獲取信息，還有助于了解這些數(shù)據(jù)背后的意義，在采取正確步驟的同時(shí)更快地做出響應(yīng)。