智能工廠(chǎng)是綜合應用智能傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和管理技術(shù)的一種新模式，是自動(dòng)化與信息化的融合。其整體感知、預測、協(xié)同和分析能力，為企業(yè)帶來(lái)的是工藝流程的優(yōu)化、生產(chǎn)成本的降低、勞動(dòng)效率和生產(chǎn)效益的提升。創(chuàng )建智能工廠(chǎng)，實(shí)現卓越運營(yíng)，能夠幫助企業(yè)走出當前的困境，并向著(zhù)更高的層次邁進(jìn)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)助力智能工廠(chǎng)

IIoT（Industrial Internet ofThings），即工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，是指在制造業(yè)中使用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)。隨著(zhù)IIoT的快速發(fā)展，我們可以看到對工廠(chǎng)運營(yíng)信息的探索和需求快速增長(cháng)，當然，也同時(shí)存在著(zhù)一些爭義、困惑和疑問(wèn)。

可以確定的是，制造業(yè)會(huì )成為物聯(lián)網(wǎng)解決方案的主要應用領(lǐng)域之一。這不僅是因為想搭乘物聯(lián)網(wǎng)的快車(chē)以免落后于潮流，更是希望通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)方案來(lái)降低運營(yíng)成本、拓展新市場(chǎng)和提高生產(chǎn)力，最終提高工廠(chǎng)收益。作為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的排頭兵，艾默生早在20年前就推出了數字工廠(chǎng)架構，它連接范圍廣泛的智能現場(chǎng)設備，將過(guò)程管理由被動(dòng)轉變?yōu)橹鲃?dòng)，從而顯著(zhù)提高工廠(chǎng)收益。

艾默生PlantWeb中國區銷(xiāo)售經(jīng)理蘭培東

如今，客戶(hù)的期望更高了，不再局限于溫、壓、液位等傳統工藝參數的測量，除了進(jìn)行常規的過(guò)程管理迫切需要一個(gè)“整體”視角來(lái)管理工廠(chǎng)運營(yíng)。

以蒸汽應用為例，快速了解工廠(chǎng)蒸汽疏水閥數據并獲取需要用來(lái)提升安全、能源和排放措施的數據是非常重要的。蒸汽疏水閥監控應用軟件通過(guò)連續獲取可執行的信息，可以幫助客戶(hù)避免因未檢測到的狀況而造成的不良后果。根據蒸汽疏水閥的狀態(tài)，監測能源損失和排放。該應用軟件提供關(guān)鍵設備的可執行信息和分析數據。除此之外，還能與現有無(wú)線(xiàn)設施進(jìn)行無(wú)縫對接。

如前所述，使用先進(jìn)的算法可以確定蒸汽疏水閥是否泄漏、堵塞或運轉正常。該應用程序的另外一個(gè)特點(diǎn)是可以在確保數據安全的情況下獲得多個(gè)地點(diǎn)的數據，并且直觀(guān)地顯示出來(lái)，通過(guò)一個(gè)電腦畫(huà)面就能提供用戶(hù)需要的所有數據（可執行信息）。同時(shí)，還可以看到能源損失量（折算為金額顯示）以及減少了多少CO 2的排放。這只是艾默生眾多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用之一，還有很多類(lèi)似應用，如泵監控、換熱器監控等。

不可否認，隨著(zhù)IIoT時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)企業(yè)也將面臨眾多挑戰，數據分析和信息安全將成為關(guān)鍵所在。IT（信息技術(shù)）將會(huì )發(fā)揮主要作用——任何一個(gè)自動(dòng)化供應商都必須意識到這一點(diǎn)。自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)將會(huì )徹底轉向IIoT，這種轉變有時(shí)是無(wú)形的。

當然，人是智能工廠(chǎng)成功的關(guān)鍵，企業(yè)需要采取創(chuàng )新的管理方式，以推動(dòng)人員培訓和技能提高，同時(shí)改進(jìn)企業(yè)工作流程以使企業(yè)在技術(shù)上的投資獲得更大回報。同時(shí)，科技的進(jìn)步和智能化是為了讓人們工作更加高效，能夠從大量繁重的、簡(jiǎn)單重復的，甚至是從危險的工作中解放出來(lái)，去從事更有價(jià)值、更具創(chuàng )造力的工作，且有更大的產(chǎn)出。這也將是艾默生近幾年的一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)——數字化人員（digital workforce）。

基于Plantweb的智能工廠(chǎng)架構

對于艾默生而言，物聯(lián)網(wǎng)為我們提供了開(kāi)發(fā)用于收集和分析數據的技術(shù)解決方案的契機，以及將數據轉化為實(shí)踐行動(dòng)的資源。全新的智能傳感技術(shù)、工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、大數據、云計算技術(shù)為從數字化到智能化轉變提供了可行的途徑。

艾默生基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的Plantweb TM數字生態(tài)系統為用戶(hù)打造智能工廠(chǎng)，該方案將智能傳感、過(guò)程控制、云等節點(diǎn)連結起來(lái)，形成完整的生態(tài)系統。同時(shí)形成一個(gè)完整的縱向一體化集成平臺，可實(shí)現遠程及移動(dòng)應用，確保工廠(chǎng)安全且高效地在線(xiàn)運營(yíng)。

Plantweb數字生態(tài)系統最大的特色和優(yōu)勢在于它是目前流程工業(yè)范圍內應用廣泛、具備高集成度的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案，可提供從數據采集、安全傳輸到數據分析和應用，以及咨詢(xún)服務(wù)的整體解決方案，可以實(shí)時(shí)洞察工廠(chǎng)整體運營(yíng)情況，精確、可靠、安全地控制流程和業(yè)務(wù)，提供決策支持，發(fā)揮工廠(chǎng)運行的最大潛能，適應各種嚴苛的工況，充分考慮了在保障功能安全和信息安全的同時(shí)，確保工廠(chǎng)運行安全和高效。

艾默生的分布式快速部署以及其云端數據分析能力，不僅提供連接層面產(chǎn)品，更在后端提供了物聯(lián)網(wǎng)之后的數據分析增值服務(wù)。通過(guò)與微軟Azure云平臺的合作，共同為企業(yè)提供基于云的遠程專(zhuān)家服務(wù)。例如，偏遠廠(chǎng)區的實(shí)時(shí)監測和可靠性管理非常困難，艾默生可以幫助用戶(hù)將不同的工廠(chǎng)連接起來(lái)，通過(guò)云技術(shù)實(shí)現專(zhuān)家資源的共享，在遇到難題時(shí)能夠得到及時(shí)且專(zhuān)業(yè)的指導，提升工廠(chǎng)的安全性和可靠性。幫助用戶(hù)連接所有重要的“點(diǎn)”，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方案實(shí)施的第一步，第二步則是體驗、分析和協(xié)同。

分步實(shí)施智能工廠(chǎng)建設

某些工廠(chǎng)在傳感層面已經(jīng)搭建了數字網(wǎng)絡(luò )架構，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數據集中到運營(yíng)中心，但是大多數工廠(chǎng)還沒(méi)有達到這一階段。當然工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用可以是逐步進(jìn)行的。一般在初級階段還不需要連接因特網(wǎng)，因此儀控部門(mén)可以先行一步，需要接入因特網(wǎng)的時(shí)候，再請IT部門(mén)介入。

第一步 搭建全廠(chǎng)數字傳感網(wǎng)絡(luò )

為了彌補原有工廠(chǎng)最初設計上未覆蓋到的測點(diǎn)，有時(shí)會(huì )在現有控制系統基礎上采用一部分無(wú)線(xiàn)傳感器，提高工廠(chǎng)效率和可靠性。原來(lái)采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的工廠(chǎng)不但可以方便地添加傳感器，也可以方便地部署無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )。有些工廠(chǎng)的數據依靠人工采集，無(wú)法很好地實(shí)現狀態(tài)監測和能源管理。要安裝4~20mA的變送器則成本高昂而且會(huì )破壞現有線(xiàn)纜，因此可以考慮搭建WirelessHART (IEC62591)網(wǎng)絡(luò )，然后通過(guò)網(wǎng)關(guān)與DCS、歷史和狀態(tài)監測軟件連接。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案是現有工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的一種擴展，必須能夠與其兼容，現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)儀表構成了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎層，當WirelessHART網(wǎng)絡(luò )部署完成后，其傳感器就能滿(mǎn)足可靠性、維護、能源效率、運行、HSE和一體化的各種需求。

第二步 對設備資產(chǎn)進(jìn)行監測

對工廠(chǎng)進(jìn)行一次現場(chǎng)調研，發(fā)現提高運行及維護效率的機會(huì )，了解各職能部門(mén)所面臨的挑戰，如人工采集數據、無(wú)法預見(jiàn)故障、無(wú)法根據優(yōu)先級別安排維護工作、腐蝕監測、排污監測、能源浪費等。

根據需求確定配備的儀表及設備，用來(lái)進(jìn)行可靠性、維護、一體化、能源效率、HSE和生產(chǎn)效率等應用的測量，有些可在歷史記錄中查看，有些則在控制系統中使用。如果只是數據采集這種簡(jiǎn)單的應用，并不需要特定的軟件。用戶(hù)可以從一臺傳感器開(kāi)始，根據應用逐步增加新的測點(diǎn)。

一旦WirelessHART網(wǎng)絡(luò )和傳感器安裝就位，不但能減少人工數據采集，而且可在系統不停機的情況下實(shí)現預測維護、腐蝕和泄漏探測，從而降低成本、減少停車(chē)和事故。

第三步 采用預測分析軟件

許多工廠(chǎng)一方面有很多過(guò)程數據，但是很少對其進(jìn)行分析，另一方面對于設備數據則很少采集?，F有資源已不足以掌握設備可靠性和工廠(chǎng)運行性能的信息，比如，僅依靠振動(dòng)數據還無(wú)法全面了解設備健康狀態(tài)。因此通過(guò)傳感器和軟件能夠使設備變得更加智能化，分析軟件能夠根據采集到的原始數據提供可執行的預測信息。例如，換熱器的維護人員現在可以通過(guò)直觀(guān)的圖示了解換熱器結垢對于產(chǎn)品混合的影響。分析軟件只是安裝在企業(yè)內部的服務(wù)器上，不需要用到云服務(wù)，有些軟件甚至可以裝在某個(gè)類(lèi)似控制器的裝置上。到這一步還算不上工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，因此不需要IT部門(mén)提供因特網(wǎng)的連接。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)要向后兼容現有軟件，OPC為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)搭建了這樣一個(gè)平臺。

第四步 改進(jìn)工作流程

有了軟件和數據，必須要運用到日常的運行維護工作中才能體現其價(jià)值。第一，維護人員要比運行人員先收到預報。第二，只針對關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行報警。報警要能夠體現緊急程度并提供清晰的描述。在標準運行流程中加入軟件和數據。最后，對工作人員進(jìn)行培訓。

第五步 實(shí)現內聯(lián)網(wǎng)

現在已經(jīng)有了足夠的數據，但是工廠(chǎng)可能缺乏有經(jīng)驗的專(zhuān)家來(lái)解讀振動(dòng)、腐蝕或結垢數據，也沒(méi)有足夠的人員可以長(cháng)期在偏遠的地方工作。在這種情況下，就可以考慮通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據遠傳，讓員工無(wú)論身處何處都能查看現場(chǎng)數據，或是由全球的專(zhuān)家團隊遠程查看數據。查看權限僅限于公司內部，我們可以稱(chēng)之為內聯(lián)網(wǎng)，依然還不能算是物聯(lián)網(wǎng)。

第六步 物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式

用戶(hù)可能已經(jīng)采用了現場(chǎng)總線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)，但還沒(méi)有連接到因特網(wǎng)，就不能稱(chēng)之為物聯(lián)網(wǎng)。

最好的設備專(zhuān)家來(lái)自于設備廠(chǎng)商，但是他們并不在現場(chǎng)，盡管現場(chǎng)有足夠的人員從事維護工作。

將系統與因特網(wǎng)相連，允許經(jīng)過(guò)授權的外部供應商或服務(wù)機構查看數據，這就是完整的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構。有了數字傳感和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，一種全新的外包商業(yè)模式也應運而生。

獨立服務(wù)機構或是設備廠(chǎng)商的專(zhuān)家可以遠程監測企業(yè)的設備，并提供設備性能報告和維護策略，通過(guò)這種服務(wù)訂制模式，由服務(wù)方提供測量?jì)x表和軟件，企業(yè)無(wú)需前期資金投入，只需每月支付相應的服務(wù)費用。此外，設備廠(chǎng)商也可以提供專(zhuān)業(yè)的維護服務(wù)，以確保設備更高效地運行。企業(yè)可根據產(chǎn)出或設定要達到的目標來(lái)支付相應的服務(wù)費用。

服務(wù)機構通過(guò)設備數據，預先發(fā)現潛在問(wèn)題，從而避免停機、解決問(wèn)題，并讓工廠(chǎng)達到最佳產(chǎn)能。

網(wǎng)絡(luò )安全和IT/OT融合

考慮到整個(gè)工廠(chǎng)不同層面的設備，可能有多家廠(chǎng)商需要獲得授權查看設備數據。這就對網(wǎng)絡(luò )安全提出一定的要求，物聯(lián)網(wǎng)涉及因特網(wǎng)和儀表，需要IT部門(mén)與儀控部門(mén)共同協(xié)作，明確訪(fǎng)問(wèn)權限，一般采用安全控制級別為3.5的防火墻建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò )隔離區。

有些工廠(chǎng)設備監測系統與控制系統是分開(kāi)的，無(wú)線(xiàn)傳感器的數據可以不經(jīng)過(guò)DCS，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)和3G移動(dòng)路由器直接傳到云端軟件。這種結構用于外包遠程監測服務(wù)，既然數據不經(jīng)過(guò)控制系統或工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )，那么也就不需要IT部門(mén)提供網(wǎng)絡(luò )連接。

未來(lái)5~10年是中國發(fā)展智能制造，實(shí)現產(chǎn)業(yè)升級的重要階段，這些都離不開(kāi)如何提高企業(yè)的生產(chǎn)力和運行效率，如何節省成本，如何把工廠(chǎng)變得更安全、更環(huán)保。中國企業(yè)的智能工廠(chǎng)建設雖然起步相對較晚，但是發(fā)展迅速，尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。智能工廠(chǎng)建設不可能一蹴而就，對于中國制造用戶(hù)來(lái)說(shuō)，當前要做的是馬上行動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)行工廠(chǎng)升級改造的現場(chǎng)調研，著(zhù)手制定工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施規劃。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年1月刊