边缘计算平台——将数据转化为生产力
- 2024/9/2 15:44:55 18275
- 来源：控制工程网
工业4.0前景正在许多制造业领域迅速实现。众多传感器、智能组件以及先进的自动化驱动和控制正集成到生产设施和过程中，从而推动自动化制造的进一步发展。
现在，这些系统正在生成大量的工业数据。如何有效地访问和利用这些数据，利用可靠、安全和可扩展的网络系统充分发挥其价值，以满足当前和未来的需求，是许多投资于数字技术的制造企业所面临的挑战。
一些关键技术为高性能工业数据网络提供了关键模块。系统集成商、原始设备制造商(OEM)和生产商正在寻求使用这些工具的策略，以更全面地访问和控制公司的工业数据，并弥合制造企业内部信息技术(IT)和运营技术(OT)之间的现有差距。目标是访问这些数据，以提高运营性能、工厂安全、预测性维护过程和生产效率。
▲通过丰富的产品组合充分利用工业数据的价值。本文图片来源：红狮
01 连接数据孤岛
当今的制造平台不断生成与单个机器组件、子系统和生产线性能相关的海量数据。它是由传感器、气动阀、控制装置、电动执行器和其它部件产生的。这些数据的数量不断增长。
但是，在许多生产环境中，数据是孤立的。这使制造商使用数据来提高生产力和投资回报率(ROI)的工作变得复杂。在许多情况下，这种孤立是无意造成的。例如，温度和阀门性能数据，通过输入/输出(I/O)通道提供给机器控制器，但在没有手动干预的情况下可能无法继续，从而限制了其价值。
工业数据是制造商最有价值的资产。只有可以轻松访问、与其它机器和生产线数据聚合并进行分析的情况下，才能实现数据的真正价值。这些“数据孤岛”的存在，是因为许多自动化工厂安装了多代设备，在某些情况下，几十年前的老旧设备仍能提供生产性能。
通信协议不兼容是实施全面工业数据联网具有挑战性的一个主要原因。许多老设备使用的是Modbus RS-232等协议。与此同时，在同一工厂中，生产线上新增的较新生产系统将使用更先进的开放式协议，如OPC UA。为了弥补这一缺陷，一些正在构建网络的公司可能会尝试逐个创建专用软件补丁。
应对这一挑战的一个有效解决方案，是采用强大的协议转换功能，并将其作为新数据访问和连接系统投资的一部分。
02 边缘计算系统的兴起
边缘计算平台(有时也被称为边缘网关)在解决数据孤岛的挑战方面发挥着日益增长的关键作用。边缘计算通常指位于最终用户处或附近的硬件/软件网络和设备。它使数据访问和处理更接近数据生成的位置，可以更快的处理更大的数据量，从而实时提供可操作的数据。
边缘计算平台广泛用于关键的实时协议转换，以桥接传统和最新的生产系统。这些边缘平台的领先供应商正在将其设计成功能强大的网络设备，旨在提供关键的数据访问和管理任务。
▲红狮的FlexEdge等先进平台提供了一个多样化、全功能的解决方案，
将IT和OT连接起来，更高效、更完整地实现工业数据的总价值。
先进的平台可以同时处理多达20个协议转换，支持的驱动程序高达300多个。这些平台被设计为一体式边缘设备，并支持其它关键功能，如数据记录、轻松访问基于MQTT的云服务器和远程访问。
边缘系统由许多不同的技术供应商提供，因此选择合适的系统需要仔细评估。在一些运营中，制造商不愿意投资于边缘平台技术，主要是担心实施这些系统成本高昂且耗时。
应选择具有用户友好软件、高效拖放式编程平台的系统，这样可以轻松设置协议转换、云连接和数据记录功能。此外，利用可扩展平台也具有优势。例如，一个领先的平台可以通过软件升级，用作协议转换器、网络网关或自动化控制器。
此外，权衡潜在的年度软件费用和外部支持服务的成本也很重要。除非在购买多个系统升级网络时就考虑进去，否则后期成本的攀升也可能超出既定预算。
03 扩展远程访问
在许多情况下，现在的自动化制造商都是多地点运营，在全球各地有多家工厂。为了保持竞争力和生产力，它们需要作为一个整体运作。这意味着消除设施之间的数据通信障碍，并利用基于云的分析工具。
为了更好地满足这些需求，除了边缘计算平台外，新一代远程访问系统也应运而生。这些系统提供了一个专用平台来推进远程系统监控，从而使企业可以在世界任何地方以安全可靠的方式远程访问生产系统并与之交互。
正如工厂中的老旧生产工具，如果没有有效的协议转换功能，可能成为工业数据的孤岛一样，地理上分离的工厂也可能成为孤岛。现在，只需一台远程访问设备，用户就可以访问其它多个互连的网络设备，并实时了解和比较类似生产系统和工厂的运行情况。
随着越来越多的企业使用基于云的分析工具对其工业数据进行深入研究，从中提取趋势，并将其用于修改生产或供应链流程、改进企业范围的预测性维护计划并指导长期规划，数据的潜在价值正在被不断挖掘。如果没有强大的远程访问来帮助确保实时数据的准确性和最新性，就不可能进行这类高级分析。
基于云的数据管理和分析依赖于从工厂到云的安全高效的数据通信。工厂自动化中的一项新兴技术正在塑造制造业的未来，那就是消息队列遥测传输 (MQTT)协议。MQTT是为与资源受限或带宽有限的远程位置的设备连接而设计的，使其在数据代理(本地或云端)之间移动数据时，具有轻量级和高效的特性。
MQTT基于“异常报告”，这意味着只有当数据更改时才传输数据。此功能可以为内部和外部网络节约大量带宽。在网络中断期间，特定配置的主题可以保存在数据库中，并在重新连接后转发给用户，这样就可以确保关键主题消息的传递。寻求在生产设施之间桥接远程数据孤岛的制造企业，将受益于选择支持MQTT的边缘计算平台。
04 可视化是使用实时数据的关键
将工业数据与企业分析平台连接起来，对于深入了解自动化系统的效率和性能至关重要。然而，这些数据对于工厂车间的操作员和管理人员也具有同样的价值(在某些情况下甚至价值更高)。
可操作的数据需要实时呈现，以帮助操作员直观地了解他们所需的信息，从而最大限度地提高生产率和吞吐量。最新一代的人机界面(HMI)和操作员面板旨在以清晰、引人注目的格式提供数据。它们集成了多种功能，可以整合多个设备的数据，并与边缘计算平台相结合，获取和显示从多种传统协议转换而来的数据。
新一代面板仪表具有易于阅读的大型显示屏，其中包括广泛的、供用户选择的图形和直观的屏幕库，这些图形库易于配置和自定义，以满足特定的工厂和生产线要求。
有了这类新的可视化技术，运行和生产人员能够更快地响应问题，立即处理关键信息，同时可由一人监控多台机器和过程。这些工具让运行人员看到的不仅仅是信息。他们还能了解信息背后的含义，并能够通过合适的步骤更快地做出正确的反应。
05 IT和OT集成与数据安全
在利用其工业数据方面，制造企业面临的最大挑战之一是找到更智能的方法来集成IT和OT领域。直到最近，这两个领域一直是相互独立运行的。OT的目标是在IT管理企业内所有业务应用的同时，保持工厂的平稳运行。然而，随着工厂自动化数字化转型的不断发展，这两个领域正在融合。
IT和OT的成功融合，取决于创建数据的系统和使用数据的用户之间的企业连接解决方案。为了从这些OT制造数据中提取任何可操作的见解，需要用可以在IT和OT应用之间共享的、可互换和灵活的格式对其进行打包。
▲新一代的HMI和操作员面板集成了多种功能，可以整合多个设备的数据，
并与边缘计算平台相结合，获取和显示从多种传统协议转换而来的数据。
这也是边缘计算平台正在提供的关键功能之一。软件可以收集、组织和情境化OT数据，然后将其提供给更高层级的 IT 应用程序和数据库软件，以为工厂和企业提供可操作的洞察力，以指导关键决策，从而改进制造流程、提高能效、减少机器停机时间，实现更灵活、更高效的生产制造。
IT和OT之间的数据交换也需要尽可能安全。黑客和勒索软件犯罪分子试图针对工业系统寻找漏洞，以便通过OT系统访问企业IT网络。选择具有先进安全功能的边缘计算平台至关重要，包括有状态防火墙、访问控制列表功能、数据包过滤和完全加密的虚拟专用网络(VPN)连接。
这些边缘设备为工厂车间运营提供了有价值的长期见解。有了从OT收集的数据，运营可以过渡为积极主动的模式，并制定预测性和规定性的维护策略。例如，这些设备可以自动提醒运行人员任何可能导致机器停机的变化或事件，使他们能够保持领先并避免成本高昂的生产问题。最后，由于强大的远程访问功能，来自世界任何地方的用户都可以添加报警或改进逻辑和数据收集过程，甚至可以监控OT网络上的流量。
06 实现工业数据价值最大化
数字化转型已将各种数据生成组件和系统融入自动化制造系统。许多制造商仍在努力获取这些数据，尤其是来自老旧设备的数据。先进的边缘计算、远程访问系统和智能可视化系统可为这些挑战提供解决方案，弥合长期存在的 "数据孤岛"，从而使每个公司最宝贵的资源——工业数据——能够被访问、连接、可视化和分析，以帮助推动运营改进和长期决策。
为每个工厂和制造商找到并实施合适的技术可能具有挑战性。当今领先的工业数据网络供应商在分析每个工厂独特的基础设施和公司的数据需求方面经验丰富。基于对数据隔离情况的深入了解，以及对公司成长和发展过程中未来需求的深刻洞察，他们可以运用自己的专业知识来制定战略，以满足这些需求。
工业数据是制造企业最有价值的核心资产之一。合适的技术再加上使用这些技术来改善日常运营和长期商业战略的明智方法，可以在帮助制造企业在实现工厂数字化转型的全部潜力方面发挥关键作用。
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