工業(yè)自動化屬于一個較寬泛的技術框架范疇，且從工業(yè)網(wǎng)絡和移動計算機處理技術中受益良多。此類技術的組合將有助于將“互聯(lián)工廠”、“工業(yè)4.0”和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 從概念變?yōu)楝F(xiàn)實，但在逐一實現(xiàn)此類概念的過程中會引起一系列的困惑，讓人覺得對相關的實施工作無從下手。本白皮書通過對此類概念進行定義，列舉了組織在制定某一行之有效的實施戰(zhàn)略過程中應考慮的關鍵因素，并探討了連接、監(jiān)測和控制操運營活動帶來的優(yōu)勢。
簡介
過去20年，科學技術日新月異。其中，工業(yè)網(wǎng)絡和移動計算持續(xù)影響著制造業(yè)。這些技術幫助全球制造商和組織將諸如“互聯(lián)工廠”、“工業(yè)4.0”和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 的設想轉變?yōu)楝F(xiàn)實。不過，這些概念又有什么區(qū)別?本白皮書將首先定義這幾個概念，并隨后解釋組織在設計一個有效的實施戰(zhàn)略時需要考慮的關鍵要素，同時闡釋實現(xiàn)連接、監(jiān)測和控制運營的優(yōu)勢。
概念定義
什么是互聯(lián)工廠?
互聯(lián)工廠是一種對制造環(huán)境的構想，根據(jù)這種構想，每臺機器都能與工廠內和其他遠程地點的所有其他機器與設備相互通信?；ヂ?lián)工廠旨在連接、監(jiān)測和控制幾乎任何地點的任何設備，提升運營生產(chǎn)率和盈利能力。
什么是工業(yè)4.0?
根據(jù)維基百科說明，工業(yè)4.0是“一個為價值鏈組織使用的技術和概念的集合名詞”。這個詞最先見諸于德國政府關于第四次工業(yè)革命的高科技戰(zhàn)略計劃，其基礎是高度互聯(lián)工廠內部及工廠間生產(chǎn)資源的動態(tài)優(yōu)化。
什么是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)?
類似于互聯(lián)工廠和工業(yè)4.0，IIoT意味著組織可以連接包括舊有設備在內的多個不同設備，并讓它們相互之間實現(xiàn)“對話”。通過收集、分析并利用來自新的和遺留設備的數(shù)據(jù)，組織能夠提高效率并獲得競爭優(yōu)勢。
設計一個有效的實施戰(zhàn)略
當今許多組織都迫切希望實施互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和IIoT概念，從而實現(xiàn)諸多益處，例如降低運營成本、實現(xiàn)更好的可視性和控制能力等。然而對于大部分組織來說，建設全新設施或“推倒舊有的一切重新來過”既不現(xiàn)實，成本也不劃算。因而，眾多解決方案都是在不影響日常運營的前提下利用原有設備、巧妙部署組件，實現(xiàn)擴展的監(jiān)測和控制。升級設施時，應盡早設定預期，這一點很重要。盡管網(wǎng)絡中的每件設備都有IP地址，但這不等于您能夠使用移動設備登錄每一個面板儀表、水泵和變頻器。要使設施進入21世紀，其中包含了若干個核心基本法則，這些法則可以確保實現(xiàn)順利過渡并提供訪問、監(jiān)測與控制各地所傳來信息的能力。
設計一個有效的實施戰(zhàn)略的第一步便是要深入了解組織運營環(huán)境以及構成運營環(huán)境的設備、應用程序和過程。在付諸行動之前，組織應考慮以下5大關鍵因素：
1. 舊有設備
將庫存設備聯(lián)網(wǎng)。這些設備的使用年限如何?它們是否需要更新?lián)Q代?舊有設備是否能夠與更新后的設備通信?這將花費多少時間和成本?什么樣的高成本效益解決方案可以妥當處置現(xiàn)有的基礎設施?
2. 協(xié)議/通信
在設備中，網(wǎng)絡裝置正在使用的通信協(xié)議是什么?有幾個正在使用?是否需要改變通信協(xié)議使設備能夠與環(huán)境中的其它設備通信?您工作場所使用什么類型的傳輸介質?是光纖電纜?串口通信 (RS- 232/422/485)?還是銅質端口?
3. 位置/環(huán)境
您的設施位于何處?如果您的設備位置偏遠，是否能夠通過蜂窩網(wǎng)絡監(jiān)控?您的位置是否可以連上 3G或4G/LTE網(wǎng)絡?倘若不能，是否允許寬帶或光纖連接?此外，建筑物內的整體環(huán)境如何?是否炎熱且布滿灰塵，抑或是可控的溫度環(huán)境?是否存在頻繁振動?你正在使用的工業(yè)級設備是否具備大環(huán)境評級和工業(yè)認證?
4. 安全性
Business Insider Intelligence的最新調查顯示，39%的高層受訪者認為隱私和安全性是物聯(lián)網(wǎng)投資的最大障礙。安全性則是受訪者最常提及的擔憂因素。雖然這項調查是針對物聯(lián)網(wǎng)中的所有項目，但對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來說，安全性同樣是重要的考慮因素。當敏感數(shù)據(jù)被收集和傳播的時候，應如何保護它們?收集、監(jiān)控、處理和存儲工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采用了什么安全保護措施?您需要了解哪些與保護數(shù)據(jù)和信息相關的法規(guī)?
5. 員工
隨著更多有技術門檻的設備添加到您的網(wǎng)絡，您是否有合適的IT員工和掌握熟練技術的其他員工，以幫助您在工廠中實施安裝和監(jiān)控任務?是否需要軟件或遠程監(jiān)控裝置在其他地點對設備進行監(jiān)控?
一旦萬事俱備，則組織應逐步實現(xiàn)以下三點：
? 使設備之間能夠通信
? 確保整個設施的運營效率
? 提供可讓設備通信的安全平臺
使設備之間能夠通信
在有些工廠中，驅動器、傳感器、可編程邏輯控制器 (PLC)、面板儀表和其他自動化設備可能已使用多年，甚至是幾十年。要實現(xiàn)互聯(lián)工廠，其中的難點在于如何讓這些設備通過采用RS232 / 422 / 485串行電纜的專屬通信協(xié)議進行通信。盡管這些串行協(xié)議比較高效，但在過去往往是為特定應用而制定的。許多這些應用并不包括通過TCP/IP網(wǎng)絡進行24/7監(jiān)測的功能。為了將這些設備納入互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和IIoT的框架內，組織的工程師必須首先確保設備能夠與工廠內的其他設備通信?，F(xiàn)在，公司可選擇在現(xiàn)場使用支持不同協(xié)議的高級HMI、協(xié)議轉換器和其他自動化產(chǎn)品，以連接來自不同制造商的設備。這些工業(yè)產(chǎn)品在通信時無需考慮物理媒介，可提供流暢的工業(yè)傳輸和多協(xié)議支持。
確保整個設施的運營效率
實現(xiàn)運營效率的渠道多種多樣，其中之一是使用從生產(chǎn)線監(jiān)測點收集的數(shù)據(jù)以最大限度減少浪費和停機時間。隨著技術的持續(xù)改進，這些狀態(tài)點將包括來自更廣泛來源的更多信息。管理型以太網(wǎng)交換機將能夠以生產(chǎn)線上傳感器報告產(chǎn)品狀態(tài)的相同方式來報告整個設施中的數(shù)據(jù)流。這種擴大收集運營數(shù)據(jù)的做法，使組織能夠通過可視化管理解決方案獲得隨時待用的數(shù)據(jù)，從而收集、記錄和顯示重要的關鍵績效指標 (KPI) 和安燈 (Andon) 信息。實時顯示這種關鍵績效數(shù)據(jù)，有助提高生產(chǎn)率和增加產(chǎn)量。這個概念不局限于在組織內進行連接、通信和監(jiān)測，還能外延至供應和分配鏈，從而全面呈現(xiàn)完整的運營情況。
提供可讓設備通信的安全平臺
傳統(tǒng)意義上講，要確保可靠性就必須將自動化設備和企業(yè)網(wǎng)絡通過物理方式隔離開來。如果自動化設備不連接任何東西，安全威脅自然會降到最低。但現(xiàn)在不連接企業(yè)網(wǎng)絡的設施已越來越少，因為更多組織不斷擴展企業(yè)網(wǎng)絡并將其常規(guī)化。很多組織已經(jīng)逐漸接受這一新的現(xiàn)實，并積極通過認真規(guī)劃網(wǎng)絡和采用IP地址最佳實踐解決安全性問題。工廠可將路由器部署在網(wǎng)絡中，以限制特定類型的網(wǎng)絡流量或傳輸至特定用戶的網(wǎng)絡流量，將網(wǎng)絡攻擊的風險降至最低。另一種技巧是實施NAT(網(wǎng)絡地址轉換)。NAT是一種針對入站訪問掩蓋網(wǎng)絡設備的技術，但不會影響網(wǎng)絡中的流量。最后，VPN 設備還通過創(chuàng)造傳輸敏感數(shù)據(jù)的虛擬“隧道”，確保工廠到工廠、供應鏈到工廠或工廠到經(jīng)銷商的通信安全。
一系列領先的紅獅自動化，網(wǎng)絡化和蜂窩M2M產(chǎn)品
總體實施優(yōu)勢
互聯(lián)工廠、工業(yè)4.0和/或IIoT模型的效率并非衍生自連接的絕對數(shù)量，而是來自高價值的連接以及設備與人之間和諧對話所產(chǎn)生的競爭優(yōu)勢。與操作員、控制系統(tǒng)和軟件應用的無縫通信，加之實用的網(wǎng)絡選項和支持本地功能與協(xié)議，為從工業(yè)設備提取數(shù)據(jù)提供了非凡的意義。這些功能將自動化和遠程管理提高到了新境界，使該設想成為現(xiàn)實。
各組織采用專門設計的支持組件將所有設施精密地集成統(tǒng)一網(wǎng)絡，實現(xiàn)連接、監(jiān)測和控制功能，以獲得以下優(yōu)勢：
? 延長設備使用壽命： 過強大的協(xié)議轉換功能，提升原有設備的價值。
? 改進流程透明度： 通過數(shù)據(jù)記錄和通信功能，洞察設備狀態(tài)并提高生產(chǎn)力。
? 將控制功能拓展至網(wǎng)絡邊緣： 通過設備端的控制功能擴展系統(tǒng)管理，替代了原有中控室的控制方式
這些優(yōu)勢不僅能顯著降低總擁有成本，加快設備部署進度，還能為各種應用提供更穩(wěn)定的端對端功能。
紅獅優(yōu)勢
作為全球工業(yè)自動化與網(wǎng)絡領域的通信、監(jiān)測和控制專家，紅獅控制公司四十余年來一直致力于為客戶提供創(chuàng)新性解決方案。我們的自動化、以太網(wǎng)和蜂窩M2M技術幫助全球范圍內的公司獲取實時數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率。
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