基于 PC 的控制系統(tǒng)和 TwinCAT 自動化軟件一起為先進的工業(yè) 4.0 和物聯(lián)網架構提供了技術基礎，實現(xiàn)高度智能化的機械。TwinCAT Analytics 軟件是綜合分析功能的基礎，同時也是這類架構的一個重要組成部分。例如，它能夠檢查機器的優(yōu)化潛力，便于實現(xiàn)預測性維護和隨后的行為分析，并且能夠管理長期數(shù)據(jù)歸檔。TwinCAT Analytics 軟件也幫助具有創(chuàng)新意識的機器制造商打造全新的機器型號。
即使是一臺智能機械，有時也會出現(xiàn)故障。在這樣一個時代，真正的智能可以通過用于分析問題的機器提供的方法進行驗證。當然，故障通常既昂貴又耗時。而且，如果重要的機器數(shù)據(jù)和生產參數(shù)無法獲取，會很討厭，因為這樣就無法使用它進行分析和避免這些故障再次出現(xiàn)。最終的結果往往是，有問題的行為不能被分析，必須實施額外的數(shù)據(jù)記錄機制。即使這樣，也不能繼續(xù)進行分析，直到問題再次發(fā)生。TwinCAT Analytics 軟件專門定位用于解決這一信息缺乏問題，它可以為每個機器周期采集所有過程相關的數(shù)據(jù)。這樣可以完整記錄所有機器處理程序。根據(jù)具體要求，數(shù)據(jù)的采集和分析，可以在機器所帶的計算機本地進行，也可以在內網或者通過互聯(lián)網采用云解決方案進行。基于云的解決方案特別適合用來開發(fā)新的業(yè)務模式，因為用戶不僅能夠在事件結束后使用它們來分析行為，而且還可以分析數(shù)據(jù)本身，從而在合適的機器上采取預防性措施。在這里，關鍵的想法是“預測性維護”，機器制造商可以將其作為一個創(chuàng)收服務提供給他們的最終客戶。
沒有數(shù)據(jù)?無法分析。
有效分析的基礎是無縫數(shù)據(jù)采集;用戶可以通過在控制計算機上運行 TwinCAT Analytics Logger 來實現(xiàn)這一功能。它也可以在 TwinCAT 3 的工程環(huán)境中輕松配置：在配置界面，用戶只需簡單地激活復選框，即可從過程映像或者應用程序周期性地采集數(shù)據(jù)。用戶可以指定是本地存儲數(shù)據(jù)，還是使用通訊協(xié)議傳輸這些數(shù)據(jù)。對于這兩者中的任何一種情況，人們都可以設置一個環(huán)形緩存區(qū)，以確保本地存儲不會超過最大可能的存儲容量。如果數(shù)據(jù)直接通訊，環(huán)形緩存區(qū)也可以臨時存放接收到的數(shù)據(jù)。
IoT 通訊和云技術助力實現(xiàn)非常靈活的分析架構
使用 TwinCAT Analytics Logger 直接傳輸數(shù)據(jù)特別適合用于開發(fā)新的業(yè)務模型。它依賴“IoT 通訊協(xié)議”，該協(xié)議具有出色的云服務使用功能，IoT 協(xié)議總是會建立與消息代理的外連接。這樣可以實現(xiàn)通訊解耦，從而網絡節(jié)點 — 與那些使用傳統(tǒng)客戶端/服務器通訊協(xié)議的節(jié)點不同 — 不需要彼此了解，通訊參與者都作為客戶端運行。在這種情況下，一臺 PC 控制器上運行的 TwinCAT Analytics Logger 就是一個 IoT 客戶端，“發(fā)布”數(shù)據(jù)給消息代理并將數(shù)據(jù)保存在一個名為“主題” 的地方。請注意，主題是可以分層的。
消息代理為相應的主題保存一個“有關各方”的列表，其它 IoT 客戶端可以訂閱這些主題及它們的數(shù)據(jù)。例如，一臺分析服務器可能對記錄器中的數(shù)據(jù)或甚至一臺智能手機上的移動應用程序感興趣。這兩者都是 IoT 客戶端，兩周都會訂閱一個合適的主題，且每個都會接收到一份拷貝數(shù)據(jù)。IoT 協(xié)議的優(yōu)點在于外連接，因為防火墻通常只會阻止接入連接，不再需要特意開放端口。IoT 技術的另一個優(yōu)點是它非常靈活：用戶可以充分利用相同的機制，其包含一個本地網絡架構以及基于互聯(lián)網服務通訊。諸如 Amazon Web Services 及 Microsoft Azure 等云服務供應商都有他們自己的可以用于通訊的 IoT 消息代理。目前最著名的協(xié)議要數(shù) MQTT(MQ Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸)和 AMQP(Advanced Message Queuing Protocol，高級消息隊列協(xié)議)，TwinCAT 都可以支持這些協(xié)議。
TwinCAT Analytics 讓應用變得更加靈活：存儲和分析可以直接在控制器上本地進行，也可以在個人網絡或公共云中進行。Analytics Server 也可以分析一座工廠內的大量機器。相關的機器制造商或外部分析師可以訪問各種文件格式的過程數(shù)據(jù)或從 TwinCAT Analytics Cloud Storage 獲取數(shù)據(jù)
TwinCAT Analytics 基礎架構
如前所述，IoT 接口讓機器制造商和最終用戶在設置 TwinCAT Analytics 時有很大的自由度。當然，TwinCAT Analytics PLC 軟件庫可以用于在任何一臺機器上分析本地所記錄的數(shù)據(jù)。如果一臺控制器的能力還不足以在本地進行分析，最終用戶可以借助 IoT 的連通性在本地云中分析數(shù)據(jù)。這表示操作員可以在他們自己的內網中分析他們的機器。在這種情況下，TwinCAT Analytics 可以運行在一臺服務器上并分析在這一生產現(xiàn)場中的大量機器。
您可以選擇在一臺虛擬機上安裝 TwinCAT Analytics。很顯然，這里可以使用一個公共云。在這里，您可以靈活地租借和利用處理器性能、存儲空間及供應商的 IT 基礎架構，如微軟 Azure。這樣可以顯著簡化機器與分析系統(tǒng)的全局連接。而作為一個機器制造商，您同時也可以是一個機器服務供應商，既可以分析云中生成的數(shù)據(jù)，也可以將云僅用作“傳輸介質”并在他們自己的 IT 基礎架構內的一臺服務器上進行分析。如果最終用戶 — 當然他們希望擁有機器的高可用性、高生產效率以及高產品品質 — 更傾向于雇傭外部分析師，他們就可以給這些分析師提供所需的用于消息代理、主題架構及數(shù)據(jù)加密的存取數(shù)據(jù)。這樣，第三方分析師可以訪問所需的數(shù)據(jù)，并為其客戶提供合適的服務。
大數(shù)據(jù)具有大優(yōu)勢
TwinCAT Analytics 不僅使用 IoT 協(xié)議提供數(shù)據(jù)，它還會告訴您如何使用數(shù)據(jù)。僅僅生成大量數(shù)據(jù)是不夠的，還必須對這些數(shù)據(jù)量加以管理。核心組件 TwinCAT Analytics Workbench 能夠直接在線或離線分析數(shù)據(jù)，因此可以完全滿足這一需要。在線分析表示 Analytics Workbench 使用 IoT 通訊協(xié)議在消息代理上訂閱與待分析的機器相應的主題。如果機器之前已經使用倍福的云存儲功能保存了數(shù)據(jù)，也可以選擇離線分析。
云存儲可以方便地將其自身無縫集成到上述 Analytics 架構的所有類型中，不管是云還是本地 IT 網絡環(huán)境中。Workbench 隨后可以訪問這一歷史數(shù)據(jù)并對其進行分析。 TwinCAT Analytics Workbench TwinCAT Analytics Workbench 基于 TwinCAT Runtime 系統(tǒng)，它可以通過使用 TwinCAT Engineering Environment 配置和編程。其最大優(yōu)點是，當在控制器的編程環(huán)境和分析軟件的環(huán)境之間切換時，設備制造商無需進行任何修改。在使用 Workbench 時，他們可以直接運用他們多年積累的編程知識。這樣可以更輕松地實施他們自己的分析算法，重新使用之前為不同機器使用的算法，或者選擇使用 TwinCAT Analytics PLC 軟件庫中的算法。這包括計算側邊、分析最大最小值、分析機器周期時間以及計算所選組件每單位時間內的能耗。
特別是在分析機器周期時間時，它對于識別最短、最長及平均運行時非常有幫助。這樣可以讓您識別潛在優(yōu)化能力或者提取預測性維護指標。例如，可以輕松進行一個狀態(tài)分析，分析旋轉銑頭是否固定，運行速度是 a、b 還是 c，或者是否處于故障狀態(tài)。這些結果可以清晰地以柱狀圖形式顯示，這也是為什么 TwinCAT Charting Tool 為人所熟知的原因，因此 “TwinCAT Scope”是 Analytics Workbench 中的重要功能。這特別適用于與嵌入在 TwinCAT 工程環(huán)境中的 Analytics Configurator 交互。這表示您可以預編譯一個 Scope 配置環(huán)境來做好數(shù)據(jù)記錄的準備工作，以獲得更高效的圖形顯示曲線。
Analytics Configurator
對于查看數(shù)據(jù)，Analytics Configurator 使用的是 Analytics 中相同的算法。所選時期的數(shù)據(jù)流在 Configurator 中分析并直接顯示。以這種方式獲得的重要數(shù)據(jù)可以簡單地拖放到 TwinCAT Scope 的圖表界面中。 Scope 隨后自動導航到相應的位置，以便以圖表方式說明它們與其它信號之間的關系。這樣就不用在“大數(shù)據(jù)堆里”海底撈針了。使用 Analytics Configurator 也可以顯著簡化工程工作。由于所有算法都來自相同的源，您可以獲得在 Configurator 中設置的配置，以及所有所選的變量及它們相應的限值，然后將它發(fā)送給 PLC。這樣可以通過使用云服務器中的數(shù)據(jù)流從離線分析切換到在線分析。 TwinCAT Analytics Workbench Base 這里所描述的功能指的是 TwinCAT Analytics Workbench Base。它包含一個 TwinCAT PLC Runtime 系統(tǒng)、Analytics PLC 軟件庫、一個用于流數(shù)據(jù)的 IoT 接口、Analytics Configurator 和 ScopeView Professional。Workbench 也可以通過安裝狀態(tài)監(jiān)測軟件包、C++ 和 MATLAB?/Simulink? 進行擴展。特別是將 MATLAB?/Simulink? 集成到 TwinCAT Runtime 系統(tǒng)中，提供了全面有用的工具箱，可以解決棘手的分析方面問題。例如，這樣一個工具箱可以實現(xiàn)機器學習和優(yōu)化。
除了專門的 TwinCAT Analytics 擴展工具之外，也可以使用其它 TwinCAT 標準工具。TwinCAT Database Server 可以在各種數(shù)據(jù)庫中保存在線和離線數(shù)據(jù)。Analytics 系統(tǒng)也可以使用應用廣泛的自動化協(xié)議 OPC UA 獲取數(shù)據(jù)。除此之外，倍福提供從 OPC UA 轉到 IoT 協(xié)議的轉換器，以便讓第三方控制器實現(xiàn)分析功能。另外一個重要的解決方案是 TwinCAT 3 HMI，有了它，您就可以在 HTML5 基礎上為 Analytics Workbench 設計直觀的應用程序控制臺(dashboard)。這樣可以創(chuàng)建一個 Analysis Cockpit，然后可以用來為一臺給定的機器或一批機器顯示所有結果。分層結構使得它可以顯示更深層的細節(jié)。
借助 TwinCAT Analytics 實現(xiàn)前瞻性自動化
工業(yè) 4.0 和 IoT 技術，特別是云的使用，越來越不需要使用傳統(tǒng)的通訊架構的分層結構。所有網絡節(jié)點，從實時現(xiàn)場總線到 ERP 系統(tǒng)，現(xiàn)在相互之間都可以通訊了。TwinCAT Analytics 特別適合這一趨勢，因為它不僅包含一個產品，而且還包含一個完整的解決方案。所使用的 IoT 通訊協(xié)議處理數(shù)據(jù)輸送任務，并為基礎架構提供了很高的靈活性。Analytics Workbench 自己接管機器相關的數(shù)據(jù)分析、可視化及預處理工作以及長期的數(shù)據(jù)庫存儲?？梢酝ㄟ^無縫集成 MATLAB?/ Simulink? 或其它可以通過 IoT 協(xié)議實現(xiàn)的云服務在 TwinCAT 中實施針對機器優(yōu)化目的的擴展數(shù)據(jù)分析和機器學習。Analytics Workbench 可以提供所有這些功能，并將其自身直接集成到 Visual Studio? 框架下的 TwinCAT 環(huán)境中。這種強大的機器數(shù)據(jù)分析功能是大量新型業(yè)務模式，以及面向未來和效率優(yōu)化的自動化的關鍵因素。
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