工業(yè)自動化屬于一個較寬泛的技術(shù)框架范疇，且從工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和移動計算機(jī)處理技術(shù)中受益良多。此類技術(shù)的組合將有助于將“互聯(lián)工廠”、“工業(yè)4.0”和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 從概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，但在逐一實(shí)現(xiàn)此類概念的過程中會引起一系列的困惑，讓人覺得對相關(guān)的實(shí)施工作無從下手。本白皮書通過對此類概念進(jìn)行定義，列舉了組織在制定某一行之有效的實(shí)施戰(zhàn)略過程中應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素，并探討了連接、監(jiān)測和控制操運(yùn)營活動帶來的優(yōu)勢。
簡介
過去20年，科學(xué)技術(shù)日新月異。其中，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和移動計算持續(xù)影響著制造業(yè)。這些技術(shù)幫助全球制造商和組織將諸如“互聯(lián)工廠”、“工業(yè)4.0”和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的設(shè)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。不過，這些概念又有什么區(qū)別？本白皮書將首先定義這幾個概念，并隨后解釋組織在設(shè)計一個有效的實(shí)施戰(zhàn)略時需要考慮的關(guān)鍵要素，同時闡釋實(shí)現(xiàn)連接、監(jiān)測和控制運(yùn)營的優(yōu)勢。
概念定義
什么是互聯(lián)工廠？
互聯(lián)工廠是一種對制造環(huán)境的構(gòu)想，根據(jù)這種構(gòu)想，每臺機(jī)器都能與工廠內(nèi)和其他遠(yuǎn)程地點(diǎn)的所有其他機(jī)器與設(shè)備相互通信。互聯(lián)工廠旨在連接、監(jiān)測和控制幾乎任何地點(diǎn)的任何設(shè)備，提升運(yùn)營生產(chǎn)率和盈利能力。
什么是工業(yè)4.0？
根據(jù)維基百科說明，工業(yè)4.0是“一個為價值鏈組織使用的技術(shù)和概念的集合名詞”。這個詞最先見諸于德國政府關(guān)于第四次工業(yè)革命的高科技戰(zhàn)略計劃，其基礎(chǔ)是高度互聯(lián)工廠內(nèi)部及工廠間生產(chǎn)資源的動態(tài)優(yōu)化。
什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)？
類似于互聯(lián)工廠和工業(yè)4.0，IIoT意味著組織可以連接包括舊有設(shè)備在內(nèi)的多個不同設(shè)備，并讓它們相互之間實(shí)現(xiàn)“對話”。通過收集、分析并利用來自新的和遺留設(shè)備的數(shù)據(jù)，組織能夠提高效率并獲得競爭優(yōu)勢。
設(shè)計一個有效的實(shí)施戰(zhàn)略
當(dāng)今許多組織都迫切希望實(shí)施互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和IIoT概念，從而實(shí)現(xiàn)諸多益處，例如降低運(yùn)營成本、實(shí)現(xiàn)更好的可視性和控制能力等。然而對于大部分組織來說，建設(shè)全新設(shè)施或“推倒舊有的一切重新來過”既不現(xiàn)實(shí)，成本也不劃算。因而，眾多解決方案都是在不影響日常運(yùn)營的前提下利用原有設(shè)備、巧妙部署組件，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展的監(jiān)測和控制。升級設(shè)施時，應(yīng)盡早設(shè)定預(yù)期，這一點(diǎn)很重要。盡管網(wǎng)絡(luò)中的每件設(shè)備都有IP地址，但這不等于您能夠使用移動設(shè)備登錄每一個面板儀表、水泵和變頻器。要使設(shè)施進(jìn)入21世紀(jì)，其中包含了若干個核心基本法則，這些法則可以確保實(shí)現(xiàn)順利過渡并提供訪問、監(jiān)測與控制各地所傳來信息的能力。
設(shè)計一個有效的實(shí)施戰(zhàn)略的第一步便是要深入了解組織運(yùn)營環(huán)境以及構(gòu)成運(yùn)營環(huán)境的設(shè)備、應(yīng)用程序和過程。在付諸行動之前，組織應(yīng)考慮以下5大關(guān)鍵因素：
1. 舊有設(shè)備
將庫存設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。這些設(shè)備的使用年限如何？它們是否需要更新?lián)Q代？舊有設(shè)備是否能夠與更新后的設(shè)備通信？這將花費(fèi)多少時間和成本？什么樣的高成本效益解決方案可以妥當(dāng)處置現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施？
2. 協(xié)議/通信
在設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)裝置正在使用的通信協(xié)議是什么？有幾個正在使用？是否需要改變通信協(xié)議使設(shè)備能夠與環(huán)境中的其它設(shè)備通信？您工作場所使用什么類型的傳輸介質(zhì)？是光纖電纜？串口通信 (RS- 232/422/485)？還是銅質(zhì)端口？
3. 位置/環(huán)境
您的設(shè)施位于何處？如果您的設(shè)備位置偏遠(yuǎn)，是否能夠通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控？您的位置是否可以連上 3G或4G/LTE網(wǎng)絡(luò)？倘若不能，是否允許寬帶或光纖連接？此外，建筑物內(nèi)的整體環(huán)境如何？是否炎熱且布滿灰塵，抑或是可控的溫度環(huán)境？是否存在頻繁振動？你正在使用的工業(yè)級設(shè)備是否具備大環(huán)境評級和工業(yè)認(rèn)證？
4. 安全性
Business Insider Intelligence的最新調(diào)查顯示，39%的高層受訪者認(rèn)為隱私和安全性是物聯(lián)網(wǎng)投資的最大障礙。安全性則是受訪者最常提及的擔(dān)憂因素。雖然這項(xiàng)調(diào)查是針對物聯(lián)網(wǎng)中的所有項(xiàng)目，但對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說，安全性同樣是重要的考慮因素。當(dāng)敏感數(shù)據(jù)被收集和傳播的時候，應(yīng)如何保護(hù)它們？收集、監(jiān)控、處理和存儲工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采用了什么安全保護(hù)措施？您需要了解哪些與保護(hù)數(shù)據(jù)和信息相關(guān)的法規(guī)？
5. 員工
隨著更多有技術(shù)門檻的設(shè)備添加到您的網(wǎng)絡(luò)，您是否有合適的IT員工和掌握熟練技術(shù)的其他員工，以幫助您在工廠中實(shí)施安裝和監(jiān)控任務(wù)？是否需要軟件或遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置在其他地點(diǎn)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控？
一旦萬事俱備，則組織應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)以下三點(diǎn)：
˙使設(shè)備之間能夠通信
˙確保整個設(shè)施的運(yùn)營效率
˙提供可讓設(shè)備通信的安全平臺
使設(shè)備之間能夠通信
在有些工廠中，驅(qū)動器、傳感器、可編程邏輯控制器 (PLC)、面板儀表和其他自動化設(shè)備可能已使用多年，甚至是幾十年。要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)工廠，其中的難點(diǎn)在于如何讓這些設(shè)備通過采用RS232 / 422 / 485串行電纜的專屬通信協(xié)議進(jìn)行通信。盡管這些串行協(xié)議比較高效，但在過去往往是為特定應(yīng)用而制定的。許多這些應(yīng)用并不包括通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行24/7監(jiān)測的功能。為了將這些設(shè)備納入互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和IIoT的框架內(nèi)，組織的工程師必須首先確保設(shè)備能夠與工廠內(nèi)的其他設(shè)備通信?，F(xiàn)在，公司可選擇在現(xiàn)場使用支持不同協(xié)議的高級HMI、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和其他自動化產(chǎn)品，以連接來自不同制造商的設(shè)備。這些工業(yè)產(chǎn)品在通信時無需考慮物理媒介，可提供流暢的工業(yè)傳輸和多協(xié)議支持。
確保整個設(shè)施的運(yùn)營效率
實(shí)現(xiàn)運(yùn)營效率的渠道多種多樣，其中之一是使用從生產(chǎn)線監(jiān)測點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)以最大限度減少浪費(fèi)和停機(jī)時間。隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，這些狀態(tài)點(diǎn)將包括來自更廣泛來源的更多信息。管理型以太網(wǎng)交換機(jī)將能夠以生產(chǎn)線上傳感器報告產(chǎn)品狀態(tài)的相同方式來報告整個設(shè)施中的數(shù)據(jù)流。這種擴(kuò)大收集運(yùn)營數(shù)據(jù)的做法，使組織能夠通過可視化管理解決方案獲得隨時待用的數(shù)據(jù)，從而收集、記錄和顯示重要的關(guān)鍵績效指標(biāo) (KPI) 和安燈 (Andon) 信息。實(shí)時顯示這種關(guān)鍵績效數(shù)據(jù)，有助提高生產(chǎn)率和增加產(chǎn)量。這個概念不局限于在組織內(nèi)進(jìn)行連接、通信和監(jiān)測，還能外延至供應(yīng)和分配鏈，從而全面呈現(xiàn)完整的運(yùn)營情況。
提供可讓設(shè)備通信的安全平臺
傳統(tǒng)意義上講，要確?？煽啃跃捅仨殞⒆詣踊O(shè)備和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)通過物理方式隔離開來。如果自動化設(shè)備不連接任何東西，安全威脅自然會降到最低。但現(xiàn)在不連接企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施已越來越少，因?yàn)楦嘟M織不斷擴(kuò)展企業(yè)網(wǎng)絡(luò)并將其常規(guī)化。很多組織已經(jīng)逐漸接受這一新的現(xiàn)實(shí)，并積極通過認(rèn)真規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)和采用IP地址最佳實(shí)踐解決安全性問題。工廠可將路由器部署在網(wǎng)絡(luò)中，以限制特定類型的網(wǎng)絡(luò)流量或傳輸至特定用戶的網(wǎng)絡(luò)流量，將網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險降至最低。另一種技巧是實(shí)施NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)。NAT是一種針對入站訪問掩蓋網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)，但不會影響網(wǎng)絡(luò)中的流量。最后，VPN 設(shè)備還通過創(chuàng)造傳輸敏感數(shù)據(jù)的虛擬“隧道”，確保工廠到工廠、供應(yīng)鏈到工廠或工廠到經(jīng)銷商的通信安全。
一系列領(lǐng)先的紅獅自動化，網(wǎng)絡(luò)化和蜂窩M2M產(chǎn)品
總體實(shí)施優(yōu)勢
互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和/或IIoT模型的效率并非衍生自連接的絕對數(shù)量，而是來自高價值的連接以及設(shè)備與人之間和諧對話所產(chǎn)生的競爭優(yōu)勢。與操作員、控制系統(tǒng)和軟件應(yīng)用的無縫通信，加之實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)和支持本地功能與協(xié)議，為從工業(yè)設(shè)備提取數(shù)據(jù)提供了非凡的意義。這些功能將自動化和遠(yuǎn)程管理提高到了新境界，使該設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。
各組織采用專門設(shè)計的支持組件將所有設(shè)施精密地集成統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)連接、監(jiān)測和控制功能，以獲得以下優(yōu)勢：
˙延長設(shè)備使用壽命： 過強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，提升原有設(shè)備的價值。
˙改進(jìn)流程透明度： 通過數(shù)據(jù)記錄和通信功能，洞察設(shè)備狀態(tài)并提高生產(chǎn)力。
˙將控制功能拓展至網(wǎng)絡(luò)邊緣： 通過設(shè)備端的控制功能擴(kuò)展系統(tǒng)管理，替代了原有中控室的控制方式
這些優(yōu)勢不僅能顯著降低總擁有成本，加快設(shè)備部署進(jìn)度，還能為各種應(yīng)用提供更穩(wěn)定的端對端功能。
紅獅優(yōu)勢
作為全球工業(yè)自動化與網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的通信、監(jiān)測和控制專家，紅獅控制公司四十余年來一直致力于為客戶提供創(chuàng)新性解決方案。我們的自動化、以太網(wǎng)和蜂窩M2M技術(shù)幫助全球范圍內(nèi)的公司獲取實(shí)時數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率。
