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工業互聯網項目實施經驗分享——我是如何解決問題的

工業互聯網項目實施經驗分享——我是如何解決問題的

隨著工業互聯網技術的快速發展,近幾年我開始幫助一些制造企業實施工業互聯網相關的項目,有個比較深刻的總結,就是企業普遍對工業互聯網的實施難度預估不足,造成對項目落地的期望過高。這篇文章將結合我這幾年的工業互聯網項目實踐經驗,梳理工業互聯網項目實施中普遍面臨的問題。

中國工業經過幾十年的高速發展,規模產值已居世界第一。中國制造業擁有聯合國工業門類中全部的工業類型。中國制造業規?;a能力獨步全球,但不可忽視一個現實問題是,中國企業生產制造中所使用的工業軟件、自動化設備絕大多數都源自國外,核心系統自主化率極低。數控機床、工業機器人、檢驗測量等設備可能來自德國、美國、日本、意大利,在工廠多年的發展中普遍留下了不同年代、不同品牌的系統和產品,多而雜的工業設備和系統給如今的工業互聯網實施帶來了挑戰。

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就工業總線協議來說,目前市場上主流的協議就包括Profibus、CAN、LonWorks、HART、Modbus等,這些異構的協議標準存在使得不同廠商設備及系統之間互聯變得更加困難。

另外,從工業控制角度講,生產過程可分為非實時和實時兩大場景,如數控加工、化工生產等對控制系統數據處理并反饋的實時性要求達到毫秒甚至微秒級別,這時就必須在邊緣端部署相應的計算、存儲、網絡資源,實現對邊緣端數據實時采集、處理與控制,這是驅動邊緣計算發展的很重要因素;另一方面,像企業調度排產、經營管理、質量優化等對控制實時性、可靠性要求不高,需要耗費大量計算、存儲、網絡資源的工業場景,就可以將數據采集上來上傳至云平臺做處理,通過大數據分析實現工業優化。

因此,工業互聯網實施第一步要考慮的問題就是解決工業現場設備連通的問題,以及針對不同的應用場景需求實現計算和反饋的云邊協同。而通常的解決方式就是使用工業網關。

工業網關就像是“翻譯”,由于集成了豐富的工業協議,相當于懂多種“語言”,無論是儀器儀表的ModBus、Profibus協議,還是數控機床的Profinet、EthernetIP協議,只要經過這里中轉,就可以讓各方都“聽懂”對方的語言,進而實現互聯互通。而對于邊緣端與云平臺的通信,涉及IT與OT的融合問題,云平臺大多是基于通用的IT標準協議,只要工業網關中也集成了相關的協議標準,如MQTT、HTTP、OPC-UA、COAP,就可以實現邊緣端轉發,實現數據上云。

目前,在一些邊緣計算平臺中就集成了工業網關功能,如Stratus ztC Edge中就支持通用的OT和IT協議,能更容易集成到現有的工業自動化環境中。而SNMP請求和陷阱可用于配置通知和警報??蛻艨梢酝ㄟ^OPC UA或REST API在大多數第三方系統管理工具和儀表盤中呈現相關系統數據。

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通過工業網關實現設備間的互聯互通,這還是比較好解決。難以解決的是,企業生產現場還存在較多的老舊設備,這些設備根本沒有以太網端口,也沒有基本的串口通信,要想采集數據,只能"硬"來,從PLC電氣圖硬接線上下功夫,這種實施難度和風險就比較高,搞不好出現設備故障不說,還嚴重影響項目實施。因此,對于這種情況如果只是采集震動、溫度等數據還好,加裝傳感器即可。但對于需要采集設備內部的核心數據,如主軸轉速、刀具號、進給速度、加工時長等,就必須聯系原廠商一起解決。

項目實施還有一個最大的風險,工業互聯網平臺是一個全新的應用平臺,不僅技術集成度較高,應用許多新技術,也承載了眾多核心工業系統,而工業系統對安全可靠能力的要求極高的,特別在流程型行業,絲毫不允許任何中斷。因此,如何保證平臺的安全穩定,是對項目組的最大考驗。

由于邊緣計算平臺離工業現場較近,承擔的都是實時性、可靠性要求較高的工業生產需求,是工業互聯網平臺實施中安全問題攻克的重點。一方面要采用更加先進的硬件冗余體系架構,即便硬件出現故障,也能保障業務瞬時自動化遷移能力,對工業系統運營不造成任何中斷影響;另一方面邊緣計算系統都遠離數據中心,企業管理者很難及時關注并響應工業現場的運維需求。因此,在項目實施中優先考慮邊緣計算平臺的自主性和安全性,不僅要便于部署和運維,具備極高的可用性和安全性,還要便于遠管理和操控。

在項目實施中,Stratus ztC Edge是接觸的較多的工業邊緣計算平臺,不止是我們使用,很多同行也使用。從目前看,ztC Edge在自身的硬件架構、安全性、可用性以及成本方面都具備諸多優勢。以安全性來說,ztC Edge通過被限制的USB端口、安全通信協議、安全可信的啟動、基于角色的訪問控制以及易于配置基于主機的防火墻,徹底解決邊緣計算的安全訪問的問題,解除了對數據泄露的后顧之憂。而ztC Edge搭載自有工具ztC Edge控制臺,憑借這一工具,管理員可遠程訪問系統、設置閾值和警報、檢查更新、備份和恢復系統設置與偏好,還能輕松地管理虛擬機。使IT人員實現遠程部署、運維和管理。

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此外,ztC Edge自我監控和自我保護功能有助于減少意外停機時間。堅固耐用、緊湊、工業化的造型特點,無論在控制室、控制臺或車間都表現同樣出色,為客戶提供了更多的選擇。它高度自主化的處理能力,非常適合無人值守站、工業現場以及資源有限的遠程或分散位置。

從工業發展趨勢看,未來通過人力運維系統不但成本高昂,而且效率極低。不管是生產運營優化還是系統故障的查找,都必須依托自主化的數據分析完成。在未來智能化工業體系中,需要人直接介入的場景需求將越來越少,而是更加依托智能化IT系統支撐,邊緣計算作為工業現場設備的連接、數據采集和分析處理平臺,只會越來越自動化和智能化,這是產業的發展趨勢,也是工業互聯網應用深化的基礎。

審核編輯(
王靜
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