工業(yè)自動(dòng)化屬于一個(gè)較寬泛的技術(shù)框架范疇，且從工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)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(guò)程中會(huì)引起一系列的困惑，讓人覺(jué)得對(duì)相關(guān)的實(shí)施工作無(wú)從下手。本文通過(guò)對(duì)此類概念介紹，列舉了組織在制定某一行之有效的實(shí)施戰(zhàn)略過(guò)程中應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素，并探討了連接、監(jiān)測(cè)和控制操作帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)。

過(guò)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(dòng)計(jì)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(guò)，這些概念又有什么區(qū)別？本白皮書將首先定義這幾個(gè)概念，并隨后解釋組織在設(shè)計(jì)一個(gè)有效的實(shí)施戰(zhàn)略時(shí)需要考慮的關(guān)鍵要素，同時(shí)闡釋實(shí)現(xiàn)連接、監(jiān)測(cè)和控制運(yùn)營(yíng)的優(yōu)勢(shì)。

概念定義

什么是互聯(lián)工廠？

互聯(lián)工廠是一種對(duì)制造環(huán)境的構(gòu)想，根據(jù)這種構(gòu)想，每臺(tái)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?；ヂ?lián)工廠旨在連接、監(jiān)測(cè)和控制幾乎任何地點(diǎn)的任何設(shè)備，提升運(yùn)營(yíng)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(shuō)明，工業(yè)4.0是“一個(gè)為價(jià)值鏈組織使用的技術(shù)和概念的集合名詞”。這個(gè)詞最先見(jiàn)諸于德國(guó)政府關(guān)于第四次工業(yè)革命的高科技戰(zhàn)略計(jì)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(dòng)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(gè)不同設(shè)備，并讓它們相互之間實(shí)現(xiàn)“對(duì)話”。通過(guò)收集、分析并利用來(lái)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

設(shè)計(jì)一個(gè)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(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)更好的可視性和控制能力等。然而對(duì)于大部分組織來(lái)說(shuō)，建設(shè)全新設(shè)施或“推倒舊有的一切重新來(lái)過(guò)”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(yíng)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(cè)和控制。升級(jí)設(shè)施時(shí)，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(dòng)設(shè)備登錄每一個(gè)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(gè)核心基本法則，這些法則可以確保實(shí)現(xiàn)順利過(guò)渡并提供訪問(wèn)、監(jiān)測(cè)與控制各地所傳來(lái)信息的能力。

設(shè)計(jì)一個(gè)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(yíng)環(huán)境以及構(gòu)成運(yùn)營(yíng)環(huán)境的設(shè)備、應(yīng)用程序和過(guò)程。在付諸行動(dòng)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(kù)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(shí)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(gè)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(chǎng)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(guò)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(dòng)？你正在使用的工業(yè)級(jí)設(shè)備是否具備大環(huán)境評(píng)級(jí)和工業(yè)認(rèn)證？

4.安全性

BusinessInsiderIntelligence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(duì)物聯(lián)網(wǎng)中的所有項(xiàng)目，但對(duì)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，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(shí)候，應(yīng)如何保護(hù)它們？收集、監(jiān)控、處理和存儲(chǔ)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(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控？

一旦萬(wàn)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(gè)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)效率

提供可讓設(shè)備通信的安全平臺(tái)

使設(shè)備之間能夠通信

在有些工廠中，驅(qū)動(dòng)器、傳感器、可編程邏輯控制器(PLC)、面板儀表和其他自動(dòng)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(guò)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(guò)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(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行24/7監(jiān)測(cè)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(chǎng)使用支持不同協(xié)議的高級(jí)HMI、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和其他自動(dòng)化產(chǎn)品，以連接來(lái)自不同制造商的設(shè)備。這些cc在通信時(shí)無(wú)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(gè)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)效率

實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)效率的渠道多種多樣，其中之一是使用從生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)收集的數(shù)據(jù)以最大限度減少浪費(fèi)和停機(jī)時(shí)間。隨著技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，這些狀態(tài)點(diǎn)將包括來(lái)自更廣泛來(lái)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(bào)告產(chǎn)品狀態(tài)的相同方式來(lái)報(bào)告整個(gè)設(shè)施中的數(shù)據(jù)流。這種擴(kuò)大收集運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的做法，使組織能夠通過(guò)可視化管理解決方案獲得隨時(shí)待用的數(shù)據(jù)，從而收集、記錄和顯示重要的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)和安燈(Andon)信息。實(shí)時(shí)顯示這種關(guān)鍵績(jī)效數(shù)據(jù)，有助提高生產(chǎn)率和增加產(chǎn)量。這個(gè)概念不局限于在組織內(nèi)進(jìn)行連接、通信和監(jiān)測(cè)，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(yíng)情況。

提供可讓設(shè)備通信的安全平臺(tái)

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(xiǎn)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(duì)入站訪問(wèn)掩蓋網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)，但不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中的流量。最后，VPN設(shè)備還通過(guò)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。

總體實(shí)施優(yōu)勢(shì)

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(duì)數(shù)量，而是來(lái)自高價(jià)值的連接以及設(shè)備與人之間和諧對(duì)話所產(chǎn)生的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。與操作員、控制系統(tǒng)和軟件應(yīng)用的無(wú)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(dòng)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(jì)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(cè)和控制功能，以獲得以下優(yōu)勢(shì)：

延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命：過(guò)強(qiáng)大的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，提升原有設(shè)備的價(jià)值。

改進(jìn)流程透明度：通過(guò)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(guò)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(shì)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(duì)端功能。

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