圖片來(lái)源 ：艾默生

作者 | Silvia Gonzalez

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工業(yè)制造商正在使用邊緣控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)，從邊緣側(cè)自下而上、而不是從企業(yè)層面自上而下的進(jìn)行工業(yè)分析。

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無(wú)論制造商是在一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)行幾臺(tái)自動(dòng)化機(jī)器，還是跨多個(gè)地點(diǎn)運(yùn)行一組設(shè)備，總是需要更好的可見(jiàn)性、數(shù)據(jù)和分析。如果不能訪問(wèn)源數(shù)據(jù)，也沒(méi)有分析數(shù)據(jù)的方法，這些公司大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作的。

由于各種原因，制造商可能對(duì)開(kāi)始哪怕是基本的分析工作都持謹(jǐn)慎態(tài)度。他們的核心系統(tǒng)已經(jīng)在運(yùn)行，可能對(duì)潛在的投資回報(bào)沒(méi)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。另外，對(duì)于獲得任何類型的有意義的分析所需的硬件、軟件和集成，也會(huì)有很大的擔(dān)憂。

然而，這些公司可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，他們可以通過(guò)從小處，即邊緣側(cè)數(shù)據(jù)入手，開(kāi)始建立分析，而不是一頭扎進(jìn)大量的企業(yè)層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)在邊緣側(cè)收集許多工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）小數(shù)據(jù)的來(lái)源，然后在必要時(shí)將其匯聚成大數(shù)據(jù)，用戶可以創(chuàng)造出有價(jià)值和可操作的信息。邊緣計(jì)算硬件和軟件正在使這一切成為可能。

自下而上的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

許多制造商可能認(rèn)為分析的主動(dòng)權(quán)是掌握在企業(yè)范圍內(nèi)，屬于大規(guī)模制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES）的范疇。這些公司可能擔(dān)心這種大型信息技術(shù)（IT）類型的項(xiàng)目所需的資源、時(shí)間和成本，特別是當(dāng)他們的技能和重點(diǎn)可能更側(cè)重于工廠級(jí)的運(yùn)營(yíng)技術(shù)（OT）時(shí)。

因此，存在另一種選擇，利用現(xiàn)代邊緣控制器、工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）和以 OT 為重點(diǎn)的軟件套件實(shí)現(xiàn)自下而上的數(shù)據(jù)分析。最終用戶、系統(tǒng)集成商和各類 OEM 廠商可以從機(jī)器的邊緣自下而上地建立實(shí)用的分析系統(tǒng)，而不是從企業(yè)層自上而下構(gòu)建分析系統(tǒng)。邊緣分析可以提供即時(shí)的回報(bào)，如提供整體設(shè)備效率（OEE）指標(biāo)，并且它們還可以提供更深入的分析，并有能力擴(kuò)展到整個(gè)企業(yè)。

了解每臺(tái)機(jī)器

由于許多原因，將計(jì)算能力從企業(yè)級(jí)轉(zhuǎn)移到邊緣側(cè)有很大的意義。因?yàn)榇蠖鄶?shù)最相關(guān)的數(shù)據(jù)都可以在機(jī)器本身上獲得，即使是智能傳感器和該區(qū)域的其他外部系統(tǒng)也可以被納入。而將成百上千的高保真數(shù)據(jù)點(diǎn)傳輸和存儲(chǔ)到企業(yè)層進(jìn)行最終分析是可能的，但它可能是高成本的，而且往往不太符合實(shí)際需要。

這是因?yàn)楫?dāng)傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)被用于這個(gè)角色時(shí)，每一個(gè)新的傳感器信號(hào)點(diǎn)都必須手動(dòng)配置背景和工程單位，并通過(guò)多個(gè)通信鏈路和系統(tǒng)進(jìn)行映射以到達(dá)企業(yè)層面。重要的信號(hào)可能在此過(guò)程中失去及時(shí)性，而不重要的信號(hào)則會(huì)消耗帶寬和存儲(chǔ)空間。

為了獲得迅速的響應(yīng)結(jié)果，諸如以下的重要指標(biāo)最好在數(shù)據(jù)來(lái)源的邊緣側(cè)進(jìn)行處理 （圖 1）。

· OEE（可用性、績(jī)效和質(zhì)量）；

· 運(yùn)行時(shí)間（以小時(shí)為單位）；

· 生產(chǎn)量和廢品 ；

· 能源消耗 ；

· 機(jī)器狀態(tài)。

▎圖 1 ：艾默生的 Pro.Lean 分析軟件可以在邊緣計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行，它對(duì)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度很快，可以在操作員訪問(wèn)和采取行動(dòng)的地方產(chǎn)生洞察力。

用戶可以直接訪問(wèn)原始數(shù)據(jù)和結(jié)果計(jì)算，并將合并的結(jié)果上傳到云端，以便最終進(jìn)行更高級(jí)別的分析。以這種方式進(jìn)行邊緣處理是了解每臺(tái)機(jī)器的理想選擇，這是一個(gè)高價(jià)值的初始步驟，然后將分析擴(kuò)展到生產(chǎn)線或設(shè)備群。

從機(jī)器到工廠再到整個(gè)企業(yè)

傳統(tǒng)的可編程邏輯控制器（PLC）和人機(jī)界面（HMI）當(dāng)然可以執(zhí)行一些邊緣計(jì)算和更高級(jí)別的通信，但它們更側(cè)重于提供實(shí)時(shí)控制功能。因此，最終用戶往往需要具有更好的處理能力的邊緣計(jì)算選項(xiàng)，支持更多的 OT 和 IT 通信協(xié)議以及為分析任務(wù)量身定制的軟件。

艾默生邊緣控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPCs） 是兩個(gè)用戶友好的平臺(tái)，可以幫助用戶在新機(jī)器中建立 IIoT 系統(tǒng)和進(jìn)行邊緣分析，或?qū)⑵涮砑拥浆F(xiàn)有操作中。邊緣控制器包括 PLC 功能，但它們也提供第二個(gè)獨(dú)立但集成在邊緣控制器模塊上的操作系統(tǒng)，能夠執(zhí)行先進(jìn)的可視化、分析和通信職責(zé)。

工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）是完全獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，也能執(zhí)行這些任務(wù)。這兩種類型的邊緣計(jì)算平臺(tái)都是專門為承受高溫和振動(dòng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，它們將被安裝在位于邊緣的機(jī)器和工廠控制柜中。

邊緣控制器和 IPC 不同于標(biāo)準(zhǔn) PLC 和 HMI 的地方在于它們能夠運(yùn)行軟件應(yīng)用程序和軟件套件，扮演以下一個(gè)或多個(gè)角色（圖 2）：

· IIoT 數(shù)據(jù)連接到控制器、智能傳感器和狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備 ；

· 作為與其他對(duì)等的或更高層次系統(tǒng)的通信網(wǎng)關(guān) ；

· 機(jī)器狀態(tài)和分析的可視化和儀表盤化 ；

· OEE 和能源可持續(xù)性的分析計(jì)算。

▎圖 2 ：標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 和 HMI 在工業(yè)自動(dòng)化中被應(yīng)用，但更全面的平臺(tái)，如艾默生的軟件平臺(tái)和邊緣控制器和 IPC， 可以提供完整的可視化、通信、IIoT 和分析解決方案。

無(wú)論最終用戶是制造機(jī)器的 OEM 廠商， 還是正在添加 IIoT 功能的運(yùn)營(yíng)工廠的技術(shù)人員，正確的可視化和分析軟件將加速他們的工作。這些用戶應(yīng)該尋找為最常見(jiàn)的任務(wù)提供一個(gè)具有向?qū)渲梅椒ǖ能浖准?，如?chuàng)建 OEE 指標(biāo)，以減少實(shí)施的時(shí)間和成本。該軟件應(yīng)該適合在本地每臺(tái)機(jī)器的基礎(chǔ)上從小規(guī)模開(kāi)始，但它也必須提供更先進(jìn)的分析，并可從單臺(tái)機(jī)器的層級(jí)擴(kuò)展到工廠，然后是整個(gè)企業(yè)層。

支持 IIoT 的機(jī)器

大多數(shù) HMI 軟件包連接到一種或多種類型的 PLC，但更先進(jìn)版本的 HMI 軟件可以通 過(guò) EtherNet/IP、Modbus TCP 和 OPC UA 等協(xié)議連接到其他位于邊緣的傳感器。具有 IIoT 功能的 HMI 軟件還應(yīng)該支持用于云連接的消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）協(xié)議。這些軟件平臺(tái)通常提供額外的功能，如遠(yuǎn)程和移動(dòng)連接。

雖然傳統(tǒng)的 HMI 軟件可能包括一些基本的分析功能，但通常需要使用具有擴(kuò)展功能的補(bǔ)充軟件包，以提供工廠級(jí)分析和能源效率評(píng)估。這就是為什么能夠同時(shí)提供 IIoT、 本地 HMI、分布式 HMI 和監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集（SCADA）以及分析的集成的軟件平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性的方法的原因（圖 3）。

▎圖 3 ：最終用戶通常發(fā)現(xiàn)，依靠 在單一供應(yīng)商的各種控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的集成的軟件解決方案組合是有效的。

連接性、通信、可視化和分析軟件可單獨(dú)或以產(chǎn)品套件的形式提供，有時(shí)為方便起見(jiàn)，還可預(yù)裝在邊緣控制器和 IPC 上。采用合適的硬件、人機(jī)界面軟件和分析軟件，任何機(jī)器都可以啟用 IIoT。

應(yīng)用邊緣計(jì)算

涉及工業(yè)包裝和容器的公司，以及各種特殊產(chǎn)品的制造商，已經(jīng)從在他們的設(shè)施中實(shí)施的 OEE 中受益。邊緣計(jì)算解決方案使他們能夠在不停止生產(chǎn)的情況下，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)流程和計(jì)算 OEE 來(lái)優(yōu)化其整體生產(chǎn)力。

這些用戶一直依賴軟件的配置向?qū)Чδ?（Wizards），使他們能夠在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建項(xiàng)目來(lái)計(jì)算關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）、OEE 和停機(jī)事件。向?qū)Чδ苁翘峁┮徊讲脚渲庙?xiàng)目的工具，指導(dǎo)用戶導(dǎo)入創(chuàng)建整個(gè) OEE 應(yīng)用所需的特定信息和參數(shù)。操作員使用儀表盤來(lái)可視化生產(chǎn)、配方、機(jī)器信息、生產(chǎn)的單位數(shù)量、總運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)事件，以及估計(jì)的與實(shí)際生產(chǎn)周期時(shí)間。這些信息被保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并可以創(chuàng)建詳細(xì)的報(bào)告。其結(jié)果為專注于實(shí)現(xiàn)既定績(jī)效目標(biāo)的生產(chǎn)線操作員和管理人員帶來(lái)了巨大的好處。

一些公司決定將其分析保留在本地，以便在工廠層面做出決策，而另一些公司則要求通過(guò)云計(jì)算提供信息，以便與其他數(shù)據(jù)集合并或在企業(yè)集團(tuán)層面進(jìn)行分析。一個(gè)開(kāi)放 的、模塊化的、可擴(kuò)展的和靈活的平臺(tái)是實(shí) 施 IIoT 和提供各種部署方案的理想選擇。

從邊緣到企業(yè)的機(jī)器 IIoT 解決方案

工業(yè)分析可能看起來(lái)很深?yuàn)W，許多公司可能認(rèn)為，要實(shí)施任何一種有意義的 IIoT 舉措，都是他們無(wú)法立即掌握的。開(kāi)始一個(gè)自上而下的以 IT 為中心的項(xiàng)目的成本和復(fù)雜性可能令人生畏。

新一代的邊緣計(jì)算硬件、網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議和軟件已經(jīng)改變了這一思維過(guò)程。有著深厚 OT 經(jīng)驗(yàn)的自動(dòng)化產(chǎn)品供應(yīng)商艾默生已經(jīng)推出邊緣控制器和 IPC，其堅(jiān)固程度足以承受工廠車間和機(jī)器上的惡劣環(huán)境。有線和無(wú)線以太 網(wǎng)，結(jié)合 OPC UA 和 MQTT 等通信協(xié)議，允許用戶接入任何位于邊緣的數(shù)據(jù)源，并將信息發(fā)送到更高級(jí)別的系統(tǒng)。

這些要素讓用戶在機(jī)器、生產(chǎn)線、制造和設(shè)施層面收集許多數(shù)據(jù)集。有了正確的源數(shù)據(jù)，用戶可以采用以 OT 為重點(diǎn)的 HMI 和分析軟件，艾默生這些軟件專門設(shè)計(jì)用于從單臺(tái)機(jī)器擴(kuò)展到企業(yè)的可視化和數(shù)據(jù)分析。當(dāng)最終用戶要建立一個(gè)企業(yè)范圍的信息智能系統(tǒng)時(shí)，可以從支持 IIoT 的機(jī)器開(kāi)始，這種方法是一種現(xiàn)實(shí)的方法。