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打破数据黑洞 数字工厂走向闭环

2019年05月15日 10:16:28 来源:宜科(天津)电子有限公司

数据断点就是管理漏洞 

数据孤岛一直是信息化最大的敌人。它所形成的信息分割,几十年来都是企业信息化之路上的困惑。这些无处不在的断点,就像是一个个肆意吞噬数据的小黑洞。无法保持完整性和流动性的数据碎片,一直折磨着设备自动化、车间信息化的进程,成为不折不扣的效率杀手。

一个真正的数字化工厂,对内部和外部数据、系统和流程正确性的依赖性,会大福增加,这对于企业所有业务流程都至关重要。数据完整性通常被不假思索地视为一个技术问题,然而它的背后,却是一个管理的问题。它可以直接影响着盈利能力,甚至声誉和监管责任等。一个有着精湛经验的轴承小企业,正在努力跻身于国际供应链。然而当德国设备商前来评估工厂的时候,发现质量缺陷无法溯源的时候,对工厂的质管能力就会产生怀疑。

随着工业互联网的发展,这一切即将发生改变。基于无处不在的传感器和泛在网络,加上云端的计算能力,工厂的数字化能力正在有着成熟的技术支撑,甚至跨行业、跨领域地开展云协同都成为可能。然而,对中小型企业而言,这个挑战巨大, 数字化工厂的转型并不容易。

中小企业在数字化转型过程中,率先需要解决的就是数据流中存在着各种断点,而这些断点往往也是导致企业效率“跑冒滴漏”的地方。借助于工业互联网的快速连接和边缘数据的就地加工, 通过移动应用端进行可视化呈现和监控,逐步将断点接续,实现全局数据全流程流动,这使得中小企业完全可能在“断点之战”中夺回阵地,一举实现数字工厂的闭环。

就近入口上赛道 

数字化工厂是企业转型的必经之路。中小企业数字化工厂应用能力的建设并非一蹴而就,这中间有个量体裁衣的探索过程。即使是在工业4.0发源地的德国,由于许多中小企业都是家族经营,而经营思路相对保守,因此转型之路其实并不平坦。为此,工业4.0平台组提供了许多成熟度模型和测试床案例,供中小企业选择。

对不同企业而言,数字转型是一个百面观音。每一个面,都意味着不同的价值信念。这意味着,从小处入手,逐步解决企业的痛点,实现“小场景 新价值”。循序渐进,迭代更新。

图:百面转型

(来源:英国商业、能源和工业战略部BEIS)

企业并不需要找到一个统一的跑道入口,距离企业最近的赛道入口,往往可能就是最佳选择。

例如,某小型泵站计划进行数字化改造。通常,只有规模较大的泵站才会投资设立中控室,而这对于小规模的泵站有点过于奢侈。然而,企业的需求胃口会不断变大。当它希望能够实现对所有的泵站都实现数字化监控,宜科电子的工业互联网解决方案就提供了一种“轻型化”思路:把边缘控制器部署在传统控制器PLC一侧,通过低代码的软件,编程上云,从而以APP的形式来实现远程监控。在以往,这需要相当的信息化基础设施及应用开发的投资。而现在,在PLC之上的以太网层,通过工业互联网中枢IoT Hub,加上新一代的工业上位机软件,就可以低成本、快速简洁地完成全托管的云服务。

在全新的轻型工业互联网架构下,无论企业使用的PLC供应商是哪家,都可以把PLC连起来,并通过工业APP实现微服务。依靠IoT Hub所带来的轻量化MES系统的功能,将大大减少标准不同带来的部署麻烦。最重要的是,那些以前被扔在“黑暗区”中的数据断点,可以用经济的方式找回来。

数据分析是分水岭 

必须要说,数据分析的能力等级,是工业互联网是否可以被广泛应用的分水岭。中国工业互联网产业联盟发布的《工业互联网平台白皮书2019 》中指出,“数据分析深度与工业机理复杂度”决定了工业互联网平台的应用优化价值和发展热度。基于平台的“模型+深度数据分析”在设备运维、资产管理、能耗管理、质量管控、工艺调优等场景被期望获得大量应用;而基于平台的“软件上云+简单数据分析”在客户关系管理、供应链管理和部分企业计划资源管理领域获得应用,有效降低中小企业软件使用成本。

工业互联网平台应用优化价值视图

(来源:工业互联网产业联盟)

在数字工厂的顶层设计中,从智能车间、智能运营,到智能服务,工业云和大数据都发挥着重要作用。数字化工厂与产品设计层有紧密关联,是实现设计方案的物化环节。通过系统集成、数字化工厂还与企业层和设备控制层实时交换数据,形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环。

图:数字化工厂顶层设计

这是一个相对完整的数字化工厂的体系。数字化转型的时候,需要了解这样的全貌。但更为重要的是,中小企业需要从这里的整体架构中,“挑”选出最有价值的突破口。这意味着,对中小企业而言,轻型化的云应用,将是“拔起步、迈开腿”的一种经济型的选择。在基于物联、上云、可视化、应用小场景的率先突破,解决生产过程管控、企业运营管理和资源优化,初步获得数字化实践。

GE在2018年的报告中指出,数字转型的一个重要战场,就是发生在IT和OT交界的地方。而IoT的大力发展,使得现场OT技术的魅力将得到极大释放,“IT正在失去魔法,OT的指挥棒正在缓缓升起”。

中小企业需要的是一种更为简洁的指挥棒。而只有对机器有着更深理解的,才能管理各种OT协议和数据格式,更好地实现边云协同(边缘与云端的分工)。

工业现场的数据由于海量、异构多样性等特点,需要搭建一个轻型的“数据云梯”,快速对设备数据进行整合、分析、重组,找到最相关的应用。IoT Hub正是一种快速搭接的思路。一方面,它能够面向下端的设备层,进行快速连接;另一方面,它能够面向顶层的场景应用,实现低代码的快速编程,实现工业APP的快速开发。

当数据在PaaS层经由数据分析系统进行有序化处理后,将工业App结合客户的需求,定制化打造SaaS微服务应用,实现以数据为依据的生产过程监控、调试维护配置、报警响应及处理、报表实时更新及显示生成等功能。

有了这种快速“双向连接”的能力,数据可视化和分析将变得容易驾驭。而工厂的数据断点,将会产生一种全新的解决思路。

人在闭环的半自动 

数字化工厂对于中小企业是不是奢侈品?如果从全自动化、数据自行闭环的角度而言,这将是一个无法承受的成本负担。工业互联网必须证明自己,可以提供一种经济性和灵活性兼备的解决方案,才能实现快速推广与部署。在实施的时候,既可以自上而下,也就是从企业信息化延伸到底层设备的数据采集;也可以自下而上,针对那些传统的实现工业自动化的企业,从PLC或者是数据采集延伸到数字化平台,把数据信息上传,再形成应用。

最重要的是,在数据断裂的位置,如何补位?

在一个产值3个亿的汽车零部件生产企业中,由于汽车零部件对质量的要求非常高,负责人每天在厂房巡视三遍,就是为了及时发现各种质量问题。厂房走一圈差不多1万步,而能否发现问题都依赖于这位负责人的经验!

1天3万步的丈量,这就是企业的现状,也是中小企业的痛点问题的典型。传统的制造企业生产过程执行系统MES软件往往是定制化的,客户属性、行业属性强,价格也高。对于一些传统企业和中小企业来说,负担过重。再加上许多工厂自动化程度较低,在许多关键位置连PLC也没有,数据很难流动。

简单的设备连接、轻型化的MES模块和工业APP的应用,为企业的数字化带来全新的思路。简化部署,循序渐进发展,是一种提高数字化水平的方式。只要在关键部位的局部断点连接,实现可视化,数据就变得有价值。通过安装简单的工业互联网装置,在关键的生产流程上通过现场近端的人使用移动终端,快速输入数据,就可以做成一个半自动的闭环。对这个汽车零部件生产企业而言,这种易于上手的工业App应用,就可以轻松建立一个半自动的质量追溯体系,数据上云可视化,就地解决人员天天巡视的问题。

人就像是一个连接电的导体,两端断裂的数据盲点,将会点亮。这种半自动化的“断点接入”的手段,将可以快速解决全局数据流动的问题。

图:IOT HUB工业数字化平台

IoT Hub正在建立这样一种“连接断点、人在闭环”的数字化工厂解决思路。借助于灵活的软件架构,在边缘控制器里边快速部署IoT Hub软件,跟各种PLC控制系统对接;人与移动终端的亲密接触,代替了昂贵的自动化数据采集点。

即使在已经安装了MES的企业中,工业APP和MES的使用也是 。MES可以看成是主动脉,而通过APP则可以更好地打通微循环,提高了数据的使用效率。例如,在某著名的汽车制造厂,已经安装了MES,实现数据采集和设备监控。但是几千套设备,数百个PLC控制系统,焊装车间最大峰值理论上可以同时并发30万个报警点。如此庞大的高峰过载量,只有通过工业互联网的并发处理,才可能实现。而设备报警、状态告知、机器稼动率分析,都可以自由推送到手机上,使得现场维修人员可以通过随手携带的移动终端,轻松发现异常点。将指定报警推送给指定维修者,让报警快速被处理。即使下班,这些报警情况——如果需要,仍然是可以发送到手机上。

这意味着,数字化工厂需要极大的柔性身段,实现适应不同量级的可扩展性。既可以轻载部署,也可以重载部署。所谓轻载部署,只需要通过一个小型的边缘控制器(体积很小)就可以轻松实现。企业可以选择轻量级实时操作系统(RTOS)架构,或者稍微复杂一些的通用操作系统(GPOS)架构;而重载部署,是通过部署服务器、光纤等IT基础设施来实现,并将IoT Hub软件部署在设备边缘,从而对本地的数据具有相当的计算能力。

设备能够以各种姿势上云并得以实现应用价值,使得企业可以有多样化的选择,一步一步地放大数字化工厂的价值。

小记 

云计算正在显著地改变自动化的形态,而基于统一平台架构开发全新的原生云应用,成为工业APP构建的主流选择。尽管云计算的数据完整性和安全性,都会存在一定的有风险,但是对于中小企业而言,它的出现为分析大量数据提供了较大空间。中小企业,终于有了全新的武器,来应对每天汹涌澎湃的机器数据。

传统中小企业,没有资金安装复杂的MES,但通过设备连接和快速的工业APP,必要时配上简单的MES模块,可以用经济、快捷的方式实现上云。

传统制造业要想完整地实现数字化转型,太复杂,成本太高。而且颇具冷幽默意味的是,很多时候企业的需求自己也不能说清楚。而快速连接设备与云端应用,正是IoT和工业APP给数字化工厂带来的全新礼物。解决数据断点,形成灵活多样的小场景应用,可能正是中小企业的一个积极的破局方式。

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