存档2020年7月30日

边缘与云计算如何结合以创建工业自动化平台

边缘与云计算如何结合以创建工业自动化平台

边缘计算速率的提高以新的方式简化了工业流程,但是边缘设备捕获的数据集有时需要更大的存储库,以便对工业自动化流程有更多的了解。在这里,需要将边缘计算和云计算并置在一起,以收集,处理和可视化整个设施和工业过程。尽管边缘计算有望促进工业增长,但需要通过工业自动化平台与云计算建立共生关系以进行有效管理。

本文将讨论:

  • 边缘计算如何与云结合以开发工业自动化平台
  • 工业自动化平台及其特性的定义是什么
  • 工业自动化平台对互联世界的好处

 

为什么边缘和云计算结合

边缘计算提供去中心化的,低处理延迟,从而将计算带入数据产生源。另一方面,云计算为数据处理提供了一个集中的,可扩展的平台。为了理解这两种计算概念之间的关系,以数据捕获为主要任务的边缘设备的示例很有帮助。

在这种情况下,边缘设备是雷达检测和测距设备。它的职责是扫描车间中是否有障碍物,以避免自主物品之间发生碰撞。设备在车间中移动时会捕获不同类型的数据集。这些数据集可以包括地理布局,内部图片和车间交通。该设备将仅使用车间交通数据来确保避免障碍物,同时丢弃对其主要职责不重要的其他数据集。

雷达检测和测距设备会丢弃这些其他数据集,因为它的存储空间有限,必须用于捕获和处理车间交通数据。为了确保不会丢弃在计划和可视化操作中可能非常有用的其他数据集,必须将它们转移到具有无限计算能力的平台上。引入云计算。

具有传输数据能力的边缘设备依赖于通信网络将数据传输到云平台或其他数据中心。对于工业自动化,控制流程或管理基于生产的行业,工业云平台为分析 边缘计算数据提供了最佳基础。

 

什么是工业自动化平台?

熄灯工厂指的是不以人为中心的工业化。这意味着通过使用技术使传统生产过程自动化。尽管边缘计算在无人值守的工厂中扮演着重要角色,但它并不是唯一使用的技术。其他技术概念包括控制系统,人工智能和机器学习。这些都起着重要作用。

工业自动化平台为开发应用程序或算法提供了集中的生态系统,并提供了管理所有这些技术所需的计算资源。当前正在使用不同类型的工业自动化平台,边缘和云计算的组合依赖于其中的一些。这些平台包括:

工业云 –工业云平台是指专用于工业的云解决方案,并为工业企业专用的工具提供支持。然后,与公共或商业云服务不同,此类系统提供了专用于工业自动化的定制平台。工业云平台还可以用作PaaS和SaaS解决方案,帮助开发团队为工业企业开发定制应用程序。

物联网平台 –物联网平台是工业自动化平台的另一类。他们利用云为IoT和IIoT设备提供自定义生态系统。毋庸置疑,物联网和工业物联网设备是边缘计算技术。因此,物联网平台内置了用于大规模管理物联网网络以实现工业自动化所需的应用程序和安全性。

数字孪生 -数字孪生以数字形式表示实物资产和流程。它是用于工业自动化的出色数字转换工具,因为它可以实时监视物理过程和整个设施。数字双胞胎重建了工业设施,并将边缘设备集成到数字环境中。该流程利用云来实现更复杂的设施或流程,并且可以通过数字孪生图来完成诸如高级计划和调度之类的专门任务,从而使其成为工业自动化平台。

请注意,工业云平台还可以兼作IoT平台。所需要做的只是将工业云平台专用于仅管理IoT或IIoT设备,并处理它们在车间内使用时产生的数据。数字孪生更多是支持工业自动化过程的监视,计划,调度和仿真工具。

 

工业自动化平台的优势

工业自动化平台是像云计算一样的集中式解决方案,但重点是支持基于生产的行业。因此,已经强调的好处适用,但是工业自动化的其他额外好处包括:

  1. 增强的安全性 – 预计2025年及以后将有数十亿个边缘端点投入使用,预计行业将面临的网络安全挑战将增加。工业自动化平台带有内置的威胁检测和响应工具,与几乎所有结合了边缘和云计算的DIY解决方案相比,它们提供了更好的安全性。工业自动化平台还集成了第三方安全平台,从而增加了额外的安全性。
  2. 工业自动化平台还提供了一种简化方法,以简化有关谁应对运营技术的网络安全挑战的困惑。尽管专家建议创建专门的安全部门,但工业自动化平台中内置的安全功能为没有资金能力来创建新部门的中小企业提供了出色的安全性。
  3. 降低经常性成本 –确保工业自动化所需的实时数据捕获,处理和分析是一种经常性成本,可以大大增加工业企业的运营支出。基于订阅的工业自动化平台为这些经常性费用提供了缓冲,这意味着中小企业可以在不破坏可用预算的情况下集成工业4.0业务模型。
  4. 实施之前进行测试 –工业自动化平台提供了安全的生态系统,可在实施计划之前评估边缘计算的影响及其与云计算的协作。数字评估程序的可用性确保企业在结合边缘和云计算或集成工业自动化业务模型时不会盲目。

 

结论

将边缘计算与云计算相结合以确保将所有数据集用于理解工业过程的需求导致了工业自动化平台的发展。反过来,这些平台提供了任何人都可以用来追求自动化策略的可扩展且灵活的生态系统。工业自动化平台的价格可承受性也代表着另一个范式转变,它大大降低了实施工业4.0战略,部署IoT应用程序以及开发满足特定工业需求的内部自动化系统的成本。

预测性维护的自动化

预测性维护的自动化

前言

工业制造界的每个人都听说过有关停机的故事。但是对于那些经历过的人来说,诸如一小时的停机时间使制造商每小时损失高达260,000美元或4小时内损失200万美元之类的统计数据 并不能说明全部情况。除了金钱损失外,停机的实际成本还包括幻灭的劳动力,当持续的设备故障发生时,员工的积极性就变得更加难以激发。这些是预测性维护自动化迅速成为企业融入日常业务运营的工业概念的一些原因。  

本文将讨论: 

  • 作为工业0商业模式的预测性维护
  • 自动化预测维护程序的好处
  • 在工业设施中实现预测维护自动化的步骤

 

作为工业4.0商业模式的预测性维护

预测性维护涉及采取先发制人的方法,在工厂设备发生故障之前发现故障,进行维护和维修。与每个工业4.0概念一样,此方法也依赖于数据捕获和分析。因此,了解车间资产产生的历史和当前数据的能力是在组件和装配级别自动执行维护任务的基础。

尽管预测性维护是工业4.0的概念,但它仍然适用于旧资产和相对较新的资产。根据  《工厂工程师手册》,预测性维护能够将停机时间减少约20%  ,而使过程自动化的选项可以进一步增加该百分比并减少计划外停机时间。集成整个车间的预测性维护自动化的选择还具有许多好处,其中包括: 

1.降低总制造成本(TMC –在制造,维护成本,维修和昂贵的更换成本中,开发产品所需的TMC占相当大的比例。预测性维护自动化有助于显着降低这些成本。这些方式包括了解设备的使用寿命,安排计划的停机时间以及计划备件的库存清单。

自动化的预测性维护计划会导致计划内的停机,从而使生产转移到受影响的设备之外。它们还消除了计算中人为错误的可能性,该错误可能会延迟与车间设备相关的维修或维护活动。自动化过程还对企业的备件库存产生蝴蝶效应。可以将要完成的任务的  知识用于提前自动执行更换零件的购买,从而减少过多的库存,同时确保维护团队拥有该任务所需的所有工具。 

2.延长了机器部件的使用寿命 –自动进行定期的预测性维护活动可确保按时完成任务。在维护方面严格遵守时间表的原则会延长机器中组件的使用寿命。这是因为机器及其组件将配备有保持其运转直到下一个维护周期所需的资源。

3.减少车间事故 –在制造设施中,仅在美国,物料搬运设备每年就造成约85人死亡和数千人受伤。这些事件的发生是由于叉车功能异常,员工疏忽,更重要的是,物料搬运设备维护不善。这是自动执行预测性维护活动的地方。通过适当的维护,物料搬运设备和其他工程资产将按预期运行,而不会给毫无戒心的车间工人带来任何意外。 

 

在生产设施中实现预测性维护自动化的3个步骤

与大多数制造概念或业务模型一样,存在采用自动预测性维护的步骤。这些步骤包括: 

将数据捕获设备集成到设备中 –使预测性维护自动化的第一步涉及从设备中捕获相关数据。在未开发的设施中,使用的常规制造设备配备有传感器和执行器,用于监视组件的性能和运行状况。在棕地设施中,只有在将智能设备集成到旧设备中之后才能实现数据捕获。

 智能人机界面装置设备 -可用于跟踪车间设备的温度,振动和其他方面。有了这些历史数据以及停机时间或故障率数据,就可以完成整个车间的预测性维护活动的自动化过程。制造企业还需要设置工业云解决方案,分析应用程序和功能票证或警报系统,以使预测性维护过程自动化。

实时监控模式的算法  –对于刚刚起步的制造企业,可以理解的是无法获得为设备运行状况提供背景信息的历史数据。这是机器学习和人工智能发挥作用的地方。企业将需要购买服务或构建由支持基于条件的监视的算法支持的应用程序。这些服务是本节第一点中突出显示的应用程序。
       同样重要的是要注意,随着IT基础架构启动流程和设备收集数据,有多种评估比较机器数据的技术。制造商可以选择从提供数据服务的平台购买相关数据,或者使用设备的维修或保养指南作为标准进行推断。

从根本上改变维护观念 –在车间中集成自动预测性维护的成功仍然取决于管理层和员工对预测性分析的了解。这就是为什么需要制定有关使预测性维护自动化的管理和员工策略很重要的原因。如上所强调的,在制造机构的四面墙中的利益相关者必须了解实现自动化所需的条件及其带来的好处。 

企业在集成自动化预测性维护方面的成功取决于管理团队和员工的承诺水平。只有这样,自动化过程才能成功,因为每个人都了解他们在自动化生产车间中的角色。

 

结论

使预测性维护自动化时,建议使用试点程序使每个人都在同一页面上。如果正确完成了自动化,制造组织可以将停机时间减少55%,将维修和大修时间减少约60%。有效的维护文化还将减少设备更换的支出,同时为提高生产率创造有利的环境。

本地云服务如何帮助提高安全性?

本地云服务如何帮助提高安全性?

在主流技术社区中,术语“内部部署云服务”被视为矛盾,因为内部部署和云服务代表的意义。在大众印象中,云服务是指通常由服务提供商在维护所需的硬件和基础结构时在异地提供的服务。另一方面,本地解决方案被视为内部的IT基础结构,或位于使用它的企业所拥有的私有财产上的IT基础结构。因此,需要定义本地云基础架构或服务。

本地云服务(也称为内部私有云)是指位于企业办公室或地点现场的云基础架构。在这种情况下,基础架构是指满足企业数据中心和托管要求所需的硬件和软件。支持基础架构为内部部署的事实也使内部私有云与私有云服务区分开来。

与每个IT概念,解决方案或服务一样,本地云服务也有其优点和缺点。在制定相关业务决策时,需要了解该概念的优缺点。

本文将讨论:

  • 本地云服务如何运行
  • 本地云服务的优势
  • 本地云服务的劣势以及企业为何考虑混合解决方案
  • 本地云服务解决方案如何帮助应对网络安全挑战

 

 

本地云解决方案的工作原理

本地云服务通常托管在企业的办公室或位置中。这包括托管管理数据中心和业务运营固有的其他活动所需的硬件和软件。根据此定义,很容易意识到,设置本地云服务需要从头开始创建新的办公室或部门。这是因为将需要合格的系统管理员,数据分析师和网络安全专业人员的服务。

 

在拥有这些专业人员的大型企业中,设置和部署本地云服务可能相对容易实现。对于中小型企业而言,克服这些挑战可能更加棘手。维护本地云解决方案所附带的硬件成本和软件许可责任也是其他要考虑的因素。

 

衡量总拥有成本

在选择技术解决方案时,企业必须权衡决策的利弊。这也适用于决定使用本地云来处理业务运营的决定。在这种情况下,最重要的决定是确定本地云解决方案的成本是否值得。为此,准确地计算总拥有成本可为企业提供决策所需的成本分析。

本地云解决方案的总拥有成本必须包括以下成本:

硬件成本

软件许可费用

配置,网络设置和配置成本

聘用的IT专业人员的薪水

基础设施维护费用

运行系统的电费

随着时间的推移,这些成本可能会累积起来,对走上这条道路的企业构成挑战。在设置数据中心时购买硬件的成本是重要的考虑因素,在设置本地云服务时必须考虑这一因素。所需的硬件包括核心计算设备(例如服务器和台式机),网络设备(例如交换机和路由器),防火墙和存储资源。DELL和HP等技术巨头提供了硬件解决方案来完成任务。

 

DELL 提供了根据企业要求设置本地云服务的软件包,但是这些软件包仍然是企业的资本密集型项目。

 

软件许可,硬件成本和数据分析面临的挑战是对内部部署云服务感兴趣的企业选择其他方法来实现其目标的一些原因。这是混合云系统发挥作用的地方。混合云结合了本地云、私有云和第三方云服务的组合来管理业务活动。

 

 

本地云服务如何应对安全挑战

使用本地云解决方案的优势很多。这些优势包括从内部部署的基础架构获得更大的灵活性,以及在企业需要独特的设置来运行业务运营时进行更好的控制。但是,企业内部部署的云服务最重要的好处是增强了数据中心及其收集的数据的安全性。

 

借助逻辑访问控制工具和其他协议,可以构建内部部署的云服务,以确保将网络攻击保持在最低水平并且基本不会成功。本地云还提供增强的应用程序安全性和客户数据安全性。它通过确保收集所有客户数据并将其保留在企业防火墙后的内部空间来实现此目的。访问收集的数据需要管理员具有必需的凭据才能通过防火墙。另外,访问服务时使用的所有密码,证书和个人信息都存储在内部。如果已将其配置为在本地云生态系统上使用,则身份验证活动也会通过活动目录在本地进行。

 

本地云服务还以多种方式保证应用程序和通信的安全性。为了确保应用程序安全,云平台可以在标准防火墙后面运行,并且可以部署相互隔离的专用网络。这样可以确保更快的服务和关键网络的隔离。在成功的攻击影响应用程序的情况下,这些影响将仅隔离到连接到受影响的专用网络的虚拟机。因此,隔离提供了一层保护本地云服务的安全性。

 

本地云消除了入站连接的建立,并确保无需打开新端口即可进行数据传输或通信(或至少限制了打开的端口)。这增加了另一层安全性,并大大降低了网络攻击成功的可能性。

 

做出明智的决定

本地云服务提供了许多好处,包括增强的安全性,但必须考虑诸如设置这样的环境和处理维护所需的资本投资之类的挑战。还值得注意的是,还存在其他选项,例如混合云,多重云和私有云。做出选择应取决于企业的特定需求以及从企业选择的IT生态系统中获得最大收益的能力。

未来的5G工厂及其意义

未来的5G工厂及其意义

最近几个月,5G技术引起了很多抗议。这导致全球科学家发布有关5G的潜力及其打算实现的目标的报告。其中一些研究(包括来自爱立信的一项研究)表明,5G的创造价值以及使之实现的价值到2026年将达到1000亿美元大关。预计制造业将支持约25%的估值,这凸显了未来5G工厂的重要性。

本文将讨论:

  • 未来工厂中5G应用的预期用例
  • 5G工厂给生产设施和仓库带来的价值主张
  • 5G工厂将如何定义制造业和工业自动化的未来

 

5G在制造设施中的预期应用


与为普通移动消费者开发的4G和LTE技术不同,5G面向工业应用。其主要目的是为生产,处理和传输大型数据集的行业提供低延迟处理。制造业就是其中之一,因为工厂中的每项资产都会产生自己的数据。

在应用方面,预计5G将成为实现自动化为王的熄灯工厂或工业4.0的跳板。这也被称为智能工厂。为此,必须在互连的设备或设备上实时进行数据处理。5G网络提供了5G工厂实时处理大数据所需的可靠性。因此,借助5G网络,未来的5G工厂将由相互连接的系统组成,这些系统可即时共享数据并实时做出决策。

5G工厂还将以不同的方式支持预测性维护和远程维护活动。一个示例是由经验丰富的工程团队通过实时可视化远程位置的故障组件来实现。在这种情况下,来自上海的顾问可以实时评估位于北京有故障设备的问题。5G网络将加快通信渠道的速度,并能够即时共享从设备中收集的大量历史数据。然后,维修团队可以远程和实时地提供帮助。

预计5G网络还将成为增强5G工厂内部工业物联网,人工智能和机器学习计划之间协作努力的粘合剂。在这种情况下,5G提供的低延迟处理和高带宽支持将确保成千上万的IIoT网络以最佳状态运行而不会出现任何延迟。


5G工厂将如何定义未来

预计5G将在车间优化其他相互关联和新兴技术的使用。这些技术包括IIoT,数字孪生,机器学习,机器人技术和边缘计算。这就是Google与AT&T合作以确保其边缘和云计算解决方案支持5G工厂以及在制造工厂中使用5G的原因。

预计5G网络将为5G工厂提供全面的数字孪生解决方案。因此,设施的数字表示可以从车间传感器接收数据,以确保用于实时分析时的准确性。5G网络有望支持实时传输所收集的数据,而不管其规模如何。借助收集到的数据,工厂利益相关者可以通过数字孪生模型进行模拟,以获取业务见解。

5G的集成还将确保数字孪生可用于通过软件对软件的通信实时监视和管理制造操作。这意味着数字孪生将接收车间数据,对其进行分析,做出决定,并通知车间设备应采取的下一步措施。由于5G网络可确保在5G工厂之间实时发送和接收传输的数据,因此无需人工操作即可完成所有这些工作。

边缘计算计划还将通过5G网络进行优化,特别是对于偏远地区的工厂。5G提供的低延迟处理将确保边缘设备或硬件与外部数据中心(例如工业云)之间的通信实时发生。因此,扩展边缘计算捕获数据的能力还包括决策。

从5G网络的影响中考虑的另一个重要方面是库存和物流管理。Amazon Go的例子提供了计算机视觉,深度学习和边缘计算结合在一起时可能发生的情况。对于Amazon Go商店,客户可以直接进入,接单和结帐,而无需与任何员工进行沟通。传感器和摄像头跟踪所拣取的物品,统计总成本,并通过Amazon应用程序向客户收费。

在5G工厂内,可以使用5G网络简化库存和物流管理。在一个应用场景里,机器人会收到一个订单列表,从存储中挑选订单,然后将其交付给特定的工作站,而无需人工协助。安装在架子上的传感器将确保拣选正确的物品,并注意减少的数量。机器人还将通过地图传感器找到交货地点,并在每次行程后重新填充减少的库存。在这里,5G网络确保实时传输来自该自动化过程各个方面的数据,从而确保自动化库存管理过程无缝地进行。


5G对制造设施的好处

5G网络有望为制造设施带来以下好处:

系统自动化 –工业4.0时代有望提供优化制造的自动化流程。正如上面突出显示的一些情况所示,5G提供了确保工业系统自动化和实时准确运行所需的可靠性和速度。
收入增长– Google主动将其服务定位为支持5G网络和5G工厂的举措突显了企业如何利用它来获得更多收入。对于中小型企业而言,5G将为自动化传统制造流程提供更实惠的途径。使这些过程自动化也将提高生产力和收入增长。
新的业务案例– 5G的引入为软件和硬件开发人员构建新的用例奠定了基础。这些解决方案可以在机器人技术,边缘计算或自动化领域内。成功的用例将提高生产力和创收机会。

 

结论

制造业的未来与新兴技术解决方案(如5G网络)紧密相连。因此,为了保持竞争力,制造商必须了解它给未来的5G工厂带来的好处。这种理解将成为创建独特的用例的跳板,以将5G应用到驱动自动化,提高生产力或优化数据处理技术。预计未来的5G工厂将由共生关系来定义,在这种共生关系中,5G网络可提高运营效率,而工厂则为5G蓬勃发展提供环境。

OPC UA发布订阅的介绍及其对制造商的重要性

OPC UA发布订阅的介绍及其对制造商的重要性

前言

根据《自动化世界》,未来的生产将由车间之间的互操作性和协作来定义。这还包括数据交换,以确保数据驱动的工厂性能优化,从而最大化制造过程。有了适当的技术解决方案–工业云,传感器,嵌入式设备和控制器等–可以实现工业环境中的最佳自动化。同样,重要的是要记住实现是关键。这是经验丰富的IT系统集成商和实施标准和规范发挥作用的地方。

OPC基金会成立的主要原因是需要标准化和确定路线图以确保互操作性。OPC提供的标准和法规集中于帮助企业跨单个或多个设施集成统一的体系结构路线图。OPC统一架构(UA)是实现最佳互连性和增强协作的OPC基金会解决方案的一个示例。

OPC UA是与供应商无关的面向服务的体系结构,它确保了平台独立性、安全性和接收业务洞察的全面信息建模。当实施其一系列规范时,OPC UA可以跨多个设备,传统设备,操作系统,电子硬件等提供无缝的数据流,而无需担心供应商的兼容性。这符合基金会在车间之间提供安全的开放平台通信的目标。因此,在2018年,OPC基金会发布了一套新的标准,这些标准将加快OPC UA在最深层制造设施中的采用。

本文将讨论:

  • OPC发布-订阅(PubSub)规范。
  • 规范对工厂所有者的意义及其重要性。
  • 如何实现OPC PubSub并在各个车间推动OPC UA集成。

 

介绍OPC UA PubSub

发布-订阅标准是OPC UA规范的第 14 部分。它旨在扩展OPC UA可以被采用以解决和加深自动化的情况。根据OPC基金会的说法,PubSub通过两种重要方式实现了OPC UA的集成。第一种是在车间的最深层,那里的电子硬件要求本地网络上的低功耗和低延迟通信。第二个应用程序是将OPC UA集成到可伸缩的基于云的应用程序中。

至于将OPC UA集成到车间的最深层,可以将使用2KB SRAM的微型8位控制器集成到嵌入式设备中。这确保了高性能数据交换和通信网络得以保留。它还创建了一条将OPC UA集成到一对多,一对一和多对多配置的途径。这可以在高度可扩展的基于云的体系结构中完成,其中需要发送和接收数据以增强性能。

PubSub的另一个重要方面是,它可以直接在Internet或云上使用OPC UA。这是通过使用流行的数据传输消息中间件(例如消息队列遥测传输(MQTT)和高级消息队列协议(AMQP))来完成的。如果OPC UA成功实施,它将促进第三方设备与应用程序之间的互操作性和数据共享。

 

OPC UA PubSub的实际应用及其重要性

仅当应用PubSub规范时,才能理解它的重要性,并且可以为系统集成商和工业生态位带来直接的好处。尽管PubSub仍处于早期阶段,其应用案例研究有限,但仍可以推断其重要性。PubSub重要性的一个例子是其提供实时保证的能力。当实时数据传输确定统一的自动化框架如何运行时,这一点尤其重要。

自动化环境由不同流量类别的传输队列驱动,每个类别均由指定的传输门控制,该传输门以周期触发。每个传输队列的时隙也是时间同步的。这意味着,只要数据包在指定的时间范围内未完成其传输,就会将其推迟到下一个周期,从而阻碍了实时通信。

OPC UA PubSub旨在消除这一挑战。它通过确保服务器将数据发送或发布到网络或中间件来做到这一点,并且每个客户端都可以在每个时间周期内接收或订阅此数据。无论配置了什么同步周期,都可以发布和订阅数据,从而确保了实时自动化。实际上,可以通过实施OPC UA PubSub来消除制造工厂中时间紧迫的应用程序中的停机时间。该实施将确保更深层次的应用,例如同步传送带的运动。集成了传送带的中间件将接收实时信息并继续运行,即使错过了已配置的时间表。

PubSub还可以作为OPC UA实现面临的许多局限性的解决方案。一个示例是消除与OPC UA关联的一客户端对一服务器(一对一)功能。PubSub确保一对多或多对多配置是可能的。这使OPC UA与IoT和IIoT应用程序兼容。通过实现PubSub,发布到面向消息的中间件的数据可以被多个客户端或订阅者访问。然后,订户可以访问特定类型的数据,而不必知道存在什么类型的发布者。实现这一目标还将加快IIoT在制造业中的集成。

OPC UA PubSub还支持多个控制器之间以及控制器与人机界面(HMI)之间的点对点通信。它还保证了OPC UA服务器和云之间的实时通信和异步工作流。在安全性方面,PubSub规范集成了SHA-256算法,以确保在本地或通过云交换数据时的隐私性和安全性。

最后,OPC UA PubSub提供了对时间敏感网络(TSN)技术,以驱动行业中对时间要求严格的应用程序。根据我们在EXOR International的了解,OPC UA PubSub的集成在容纳TSN的同时,加快了周期时间,该时间不到2毫秒,抖动为100纳秒。这确保设备可以处理时间要求严格的应用程序而不会遇到瓶颈。

 

结论

PubSub是确保工业自动化程序无缝运行的OPC标准发展的下一步。它的实施可以确保在当今的车间中增加OPC UA的采用。它还在制造业中的IoT和IIoT应用程序和设备的集成中扮演重要角色。

OPC UA如何帮助应对实施工业4.0的挑战

OPC UA如何帮助应对实施工业4.0的挑战?

前言

现今,有关工业4.0和智能工厂的讨论通常集中在下一代机器,当代商业模型和工业物联网(IIoT)上。这些讨论通常在进行时就没有过多考虑该行业的来历和棕地整合。这表明我们将重点放在前进的方向上,而没有考虑携带旧有的设施和设备。

在2017年智能行业峰会上,雀巢的工程经理总结了这种对未来的痴迷和对过去的忽视。劳夫·哈根(Rauf Hagen)表示:“每年新增一到两个工厂……还有430个棕地工厂需要处理。” 他接着说,雀巢棕地工厂的某些机器已经运行了50多年。这就是为什么仍然使用手动过程从这些工厂中提取数据的原因,而提高棕地工厂生产力的任务仍然是一个挑战。雀巢的例子只是众多需要克服实施工业4.0概念所带来挑战的棕色地带设施中的一个。主要挑战包括:

  • 收集数据–重点在于实时收集评估整体设备效率(OEE)所需的数据
  • 预处理和存储数据–挑战涉及使机器在与中央数据库通信之前组织和收集数据的临时存储
  • 处理静态布局
  • 将收集的数据集成到工业云平台平台中

本文将讨论:

  • 在棕地设施中实施工业0的挑战
  • 工业边缘设备和开放平台通信统一体系结构(OPC UA)在缓解这些挑战中的作用
  • 如何在棕地工厂中使用边缘硬件和工业软件来实现工业0 

理解棕地设施带来的实施挑战

尽管雀巢的例子突出了一些挑战,但并未详细描述它们。就将数据驱动的工厂绩效优化方法集成到棕地设施中而言,要监视的最佳指标是设备的整体效率。尽管此数据很容易用于智能设备,但从旧设备收集的数据通常集中在机器容量及其最终输出上。这些数据是手动收集的,并且难以收集其他信息,例如每件产品的生产时间,单个设备单位的速度或材料供应与生产时间线之间的关系。

实时收集数据并计划设备停机的能力有助于减少资源浪费并增强时间管理。在棕地设施中,很难从装配线收集实时数据并将其发送到中央数据库生态系统。这是因为相互连接的过程通常使用不同年代的控制系统和过程。因此,由于旧设备上的XP,NT系统过时,智能工厂中使用的普通协议无法弥合通信缺口。

在计划实施工业 4.0概念时,棕地工厂中工作站的静态布局也是一个挑战。这是因为,在这些设施中,移动旧设备和生产线最终弊大于利,且成本高昂。其他挑战包括保护从这些设施收集的数据,以及由于缺乏网络端口而将传统设备集成到数字生态系统中的问题。 

通过工业边缘计算技术和定制软件克服这些挑战

通过使用工业边缘计算设备和人机界面(HMI)技术,可以解决从棕地设施及其中的旧设备收集数据的挑战。这些设备可以连接到该设备,而无需修改设备中的旧式控制系统。工业边缘计算技术的一个示例是EXOR的HMI现场设备JSmart系列

这些设备是工业级设备,能够收集外部机器数据以及机器控制系统中更重要的数据。证明其在棕地设施中具有弹性的其他功能包括集成的IP67防护等级,可防尘、防水和防潮。

智能边缘HMI解决方案还可以成功缓解在实施工业4.0概念时棕地设施的静态特性带来的挑战。借助运动和环境传感器等功能,边缘解决方案可用于规划设施的布局,并将其集成到各种应用程序中。例如,当尝试创建一个棕地工厂的数字孪生时。边缘设备可帮助提供设计由工厂内所有资产组成的数字表示形式所需的数据。一旦完成,就可以模拟生产过程并进行预测分析。

通过数字化转型或使用数字孪生实施工业4.0,也凸显了智能边缘设备和软件解决方案在从棕地工厂获得业务见解方面的作用。如果执行得当,在开始物理实施流程之前,数字环境可用于测试在这些环境中实施IIoT和智能设备的效果。

TSN上的OPC UA Pub / Sub如何在棕地设施中统一数据流和通信

OPC UA Pub / Sub提供了一个框架,用于将工业4.0集成到棕地设施中,以及跨多个具有不同技术能力的生产站点的连接和通讯。OPC UA和时间敏感网络(TSN)的集成还使得可以安全地收集和发送数据,并保证使用新建级技术和棕地(陈旧或过时)设备或技术的生产设施之间的延迟。例如,使用符合OPC的技术来连接,管理和安全地交换LNG工厂,精炼厂和公用设施之间的数据。

在这种情况下,工业4.0可以在棕地设施中实现,而OPC UA Pub/Sub上的TSN使通过其控制系统与其他设施或服务站进行通信和共享数据成为可能。此过程可确保安全共享数据,同时遵守所有利益相关者的安全策略,并以其他方式大幅度减少用于此操作的资源。集成OPC UA的其他优点包括消除停机时发生数据丢失的可能性,以及使用加密来保护传输的数据免受网络安全威胁。 

在您的工厂中实施工业4.0概念

如前所述,在棕地设施中实施工业 4.0概念的挑战包括数据收集,通信和安全性。为了成功克服这些困难,彻底研究集成工业4.0商业模型及其相关技术的好处是成功实施的方法。在这里,工业边缘计算技术及其相应的软件以及集成的OPC UA标准将发挥作用。尽管选择遵循并执行的实现途径是系统集成商的责任,但HMI设备可以帮助简化过程。 

附录:JSmart:定义了新的Smart Edge设备细分

尽管工业界专注于云功能,但对功能强大且易于使用的边缘设备的需求却在悄然增长。JSmart系列以Wifi,内部温度传感器和3轴加速度计以及功能强大的Web浏览器和图形加速器开始其生命,随着基于TSN技术的OPC UA的出现改变了OT格局,新一代的应用得以开发。

工业环境中云计算的优势是什么?

工业环境中云计算的优势是什么?

在全球范围内,企业通过利用云计算及其带来的数字化,继续提高生产力水平和收入预期。对这些企业的分析表明,与制造业相关的行业或环境中的企业将云视为有价值的合作伙伴,并且正在利用云计算的优势。受益于云的工业企业包括离散制造商和连续制造商,这些制造商已经集成了工业云解决方案以简化运营。

本文将讨论:

  • 云计算在工业环境中的优势
  • 工业企业如何继续利用云来推动业务增长
  • 为什么采用云计算对企业很重要

 

云计算在离散制造中的优势

离散制造是指生产不同的物品。考虑到这一点,离散行业包括汽车,航空,智能手机和生物医药行业。由于这些优势,这些行业将云计算集成到他们的日常运营中:

 

1.增强产品开发能力 –在离散的工业环境中,产品开发具有许多复杂性。在大多数情况下,产品越大,制造商面临的挑战就越多。这些挑战包括处理迭代设计,产品测试和实施活动。

通过为企业提供足够的计算资源来处理复杂的任务,云计算可以帮助简化这些流程。一个示例是使用云来支持生成设计。在这种情况下,云提供了承载设计应用程序,有限元分析和应力分析软件的框架或平台。闪电摩托车使用云来增强其产品开发的示例就是一个突出这些优势的案例研究。在此,Autodesk利用云将摩托车的零部件质量减少了15%。 

2.增强的协作 –离散制造商依赖第三方供应商来开发较小的组件,这些组件将组装成较大的产品。为确保制造过程顺利进行,供应商和工业企业团队必须在整个设计和组装过程中保持一致。云计算提供了一个出色的协作生态系统,因为它支持工业环境中使用的大多数协作工具。

云支持建筑信息建模软件的架构和仿真软件的工程。云计算的其他优势还体现在通信和协作方面。云计算提供了通过配置的设备远程工作的能力,并提供了让数十个利益相关者实时贡献的选项。这将提高项目管理和交付、接收以及将反馈集成到项目中的效率。

 

3.增强的预先规划程序 –计划和调度是每个工业环境中的重要考虑因素。云计算为保留历史工业数据,库存清单和需求数据提供了一个出色的平台。它还用作支持高级计划和计划应用程序的平台,该应用程序可以使用收集的数据来制定生产计划表。这些优化的计划确保了停机时间及其负面影响得以大大减少,同时也减少了资源浪费。出色的计划表会导致采用数据驱动的方法来满足客户需求,从而提高客户满意度。云还提供了对仿真软件和数字孪生的支持,目前这些仿真软件和数字孪生用于增强计划和调度过程。

 

 

云计算在连续制造中的优势

连续制造是指用于制造产品而没有任何中断的流程。进行连续生产的工业环境依赖于工业自动化和自动化系统,以确保重复执行的任务准确无误。云计算在支持连续生产的工业环境中的优势包括:

 

1.增强的自动化流程 -自动化依靠数据分析,在高级情况下,依靠人工智能在没有人类持续帮助的情况下运行。云计算为收集历史数据并将其集成到驱动工业自动化的应用程序中提供了一个出色的生态系统。制造过程中使用的数字流程云计算可确保自动化流程可以实时响应车间内部发生的变化,而无需关闭整个操作。

 

2.增强的安全措施 –成功的数据泄露或网络攻击可能导致连续制造过程中的停机。一旦供应工业自动化系统中使用的数据丢失,自动化就会停止。云计算以多种方式降低了与制造和其他工业流程相关的网络安全风险。这些方法包括使用防火墙和加密来保护企业数据免受攻击。云计算供应商还提供缓解风险的软件包,同时提供安全补丁,以确保制造数据的安全。

云计算在工业环境中对安全基础架构的增强不仅限于连续制造。云还为离散制造商提供了更安全的平台,以保护敏感的制造数据。云服务提供商还将诸如通用数据保护法规(GDPR)法律之类的策略集成到其平台中。这可以帮助企业始终坚持法律的正确性,而不必做任何额外的工作来整合此类法律。

 

3.促进经济可持续性– 工业过程数字化的不断发展导致企业在不同工业环境中产生的数据量增加。这是由于工业车间中的物联网,智能设备和机器人技术的集成。手动管理这些大型数据集几乎是不可能的,而让本地数据中心来负责数据分析则有其自身的风险,对于小型企业而言在经济上是不可行的。这就是抢救云计算的某些优势的地方。云的灵活性和可扩展性为管理制造工厂中不断增长的数据集提供了更全面的解决方案。云计算软件包经济实惠,可为管理和保护工业数据提供资源友好型解决方案。

 

结论

通过为企业提供可靠的计算生态系统,云计算目前正在推动整个工业生产部门的增长。云还把制造业的增长推向了新的高度,这反过来又导致制造商采用云的速度增加了。上面概述的云计算的优势表明,与诸如IoT,边缘计算和虚拟化等其他相互关联的技术一样,云将长期在工业环境中继续扮演重要角色。

TSN如何提高工厂安全水平?

TSN如何提高工厂安全水平

前言

时间敏感型网络(TSN)支持单一的开放式网络基础架构,通过标准化支持多供应商互操作性,通过服务保证支持IT和OT聚合。

TSN标准集的开发最初是为了将时间敏感的数据以闭环的方式传递给计算机,并处理标准以太网无法处理的情况。然而,时间敏感型网络还可以在减少事故风险和提高工厂安全水平方面发挥作用。

在制造环境中存在常见的安全隐患,这些隐患可能会影响车间工人的健康和安全,并对工厂的整体安全水平产生负面影响。因此,要求工厂所有者和制造商执行详细的安全政策,以确保显着降低受伤和工人接触有害化学物质的风险。工厂的安全政策和计划中必须解决诸如机器故障导致的事故和对工人的伤害,暴露于有害化学物质,火灾危险,有毒物质溢出以及来自机器的过多噪音等危险。

 

常见的工厂安全隐患和TSN的潜在应用

1.串联运行的机器

在典型的工厂环境或生产线中,机器或设备通常是串联运行的,其中一台机器依赖于另一台机器进行数据或反馈。标准以太网网络通常可以处理数据的传输,但是当网络中的流量变得饱和时,数据传输可能会出现问题,并且可能会发生同步中断。

这可能会导致机器故障或工厂流程中断,从而导致工厂环境中的危险增加。TSN标准集的应用可以处理涉及额外流量的情况,以可靠的方式促进数据传输,不受密集网络流量的影响,并且传输距离比以太网更长。 

2.实时数据需要在毫秒内

机器人控制等操作需要毫秒级的实时数据。如果这些机器没有及时接收到该数据,则将导致整个过程和装配线的故障。例如,机械臂有可能会在高速和强力作用下在其基座上移动,因此,由于未接收到数据,如果机械臂不能正确操作,可能会造成严重伤害。

以太网连接不能保证或担保这些数据包在1µs时间范围内传输,有时候这是必要的。

此外,工厂车间的其他设备通常具有运动部件,剪刀或剪切作用,旋转链轮和齿轮。如果这些机器没有在预期的运行时间内受到严格控制,则这些零件可能会对正在使用这些机器并期望在特定时间范围内进行特定过程的工厂工人造成伤害。

由于TSN标准着重于时间,而TSN的开发是为了确保数据能够方便地从发送方传输到接收方,因此TSN连接性和数据的实时交付可以帮助避免由于时间范围问题可能出现的危险情况。 

3.有毒化学品泄漏和火灾危险

在诸如炼油厂的环境中,由于甲烷,丁烷和原油炼厂过程中涉及的许多其他碳氢化合物等可燃化学物质,始终存在着火和有毒化学物质排放的风险。除火灾和爆炸外,炼油厂的典型危害还包括窒息,烧伤,有毒吸入和腐蚀性。

这些危害的来源包括锅炉,加热器,储罐,裂化装置,热交换器以及工厂中的各种其他设备和机械。大多数精炼厂和工厂都设有警报和传感器,以监视着火灾和中毒的风险。

但是,TSN网络的实施可以极大地改善这些检测和警报系统,因为它可以将关键数据快速传递到中央控制单元,从而确保操作员可以采取适当的措施,并且不会暴露或伤害工人。

4.噪音过大

工厂和制造环境中的噪声问题是一个常见问题。工人经常会受到噪音的影响,久而久之这可能导致听力功能严重恶化。通常会指导工人佩戴耳塞或护耳器,以减轻其暴露于噪音的影响。一些工厂使用吸收性消音器以减少噪音的影响。

机器或设备出现故障或未进行适当的维护可能会导致产生过多的有害噪音。在这种情况下,时间至关重要。安装在工厂或机器上的传感器会吸收声音的增加,这些信息需要快速传递到服务器或人机界面HMI。随后可以指示工人立即撤离建筑物或关闭引起问题的机器。

在这种情况下,TSN网络将具有极大的优势,因为TSN网络可以以低抖动,无丢包且方便的方式传送数据。 

在工厂的安全手册/安全政策中实施TSN

所有工厂,工厂和制造商都必须制定安全计划,程序和指南,作为其标准操作程序的一部分。

为了在工厂安全计划中实施TSN,建议工厂主管首先确定与工厂中所有机械和过程相关的所有潜在风险和危害。下一步将是确定所有需要实时关键数据的机器和装配线,以及如果不满足其数据要求的话,与这些机器相关的危险。

最后,工厂主管将实施一个TSN网络,并根据数据管理和有效的数据传递程序对其进行分类。工厂主管将详细说明与此网络相关的风险缓解。

就当前网络中的实际集成而言,通常将TSN桥和端点连接到 IoT网关, SCADA系统或HMI,以便集成到工厂的现有信息管理平台中。TSN标准集的主要优势在于它们是开放的,因此互操作性不是问题。

这样可以确保按需提供数据,并在紧急情况下或作为标准工厂流程的一部分,有助于提高工厂的安全水平。

 

结论

当询问“ TSN可以帮助工厂安全吗?”时,答案是肯定的。传统上,以太网是许多行业和工作环境中有关通过数字电缆传输和传输数据的首选连接选项。但是,以太网具有关键的局限性,因此不能像TSN网络那样有效地减少工厂或制造环境中的工作场所危害。

TSN标准集为最小化抖动提供了解决方案,为那些需要它的机器和装配线提供了时间调度和确定性。此外,TSN有潜力在未来工厂操作和工艺的安全程序中发挥重要作用。

什么是边缘计算设备?

什么是边缘计算设备?

边缘计算在工业环境中的有效性是如此之高,以至于许多人认为它会在十年内超越云计算的使用。这些推论或预测归因于边缘计算设备为数据处理带来的增加的通用性。边缘计算设备可以设计成在几乎任何情况下都可以运行,并提供优化工业工作的计算资源。

 

本文将讨论:

什么是边缘计算设备及其应用

边缘计算设备对边缘计算的重要性

边缘计算设备市场以及它如何支持边缘计算的采用

 

边缘计算设备–它们到底是什么?

定义时,边缘计算设备存在很多,因为有多种方法可以解释这些设备的功能。可以将边缘设备看作进入企业核心网络的入口,或者控制两个网络之间数据流的任何硬件。该定义突出了边缘计算设备的最重要功能(它们充当数据处理的渠道)以及在需要时跨越外部数据中心的能力。

 

边缘计算设备被设计用来完成特定的任务,并配备了完成特定任务所需的应用程序。一个示例是使用传感器监视机器温度。在这种情况下,传感器可以放在您的手中,它从机器收集温度数据,并将该数据传输到数据中心或IoT平台。

 

企业以不同的能力使用边缘设备。它们在工业过程中的用途是众所周知的,但是它们的应用扩展到制造和服务提供之外。一个例子是在救援计划中使用边缘计算设备。在这里,救援机器人充当边缘计算设备,它的任务是在难以到达的区域自主移动并收集视觉数据。然后可以将收集的数据传输到更大的可视屏幕上,以帮助做出决策。

 

 

边缘计算设备的类型

边缘设备具有不同的形状,大小和容量。将公共网络连接到Internet的路由器是边缘计算设备的一个示例。在其他情况下,防火墙可以用作边缘设备。在这种情况下,防火墙确定访问网络的对象,因此充当该网络的入口点。

 

还存在专用的边缘计算设备,这是物联网,工业物联网,机器人和智能设备所属的类别。这些边缘设备能够实现广泛的功能。较大的机器或设备也可以用作边缘计算设备。通过数字孪生技术或网络提供进入云平台的自动驾驶车辆也是边缘设备的一个示例。

 

 

边缘计算设备的作用

边缘计算设备是驱动边缘计算在各个行业中应用的硬件。它们用于完成不同的任务,具体取决于所配置的软件应用程序或功能。

 

在制造业中,边缘设备起着将低延迟处理带到车间的重要作用。这使得通过数据驱动的策略优化生产变得可行。一个示例是使用边缘计算从旧设备中收集机器数据。在这种情况下,边缘设备将连接到设备,捕获的数据可被传输并用于总体设备效率(OEE)计算。

 

通过OEE计算,可以将数据驱动的工厂绩效优化业务模型集成到棕地设施中。边缘计算设备带来的准确性收集数据可确保OEE计算比使用手动数据收集过程时更为准确。

 

边缘计算还可以简化生产车间内的数据分析。在车间包含数百台机器和IoT设备的情况下,边缘设备通过分散的系统收集,处理和存储数据。这确保了处理实时发生,而不必始终访问云或外部数据中心。

 

边缘计算的分散性质也意味着安全性对于每个边缘设备都是本地的。因此,这可以抵御网络攻击。在发生成功突破的情况下,位于突破边缘网络内的信息会受到影响,但不会传输到企业生态系统内的其他网络。

 

在金融和电子商务等基于服务的行业中,边缘计算设备也可以发挥作用。在这种情况下,智能手机,笔记本电脑或平板电脑将成为边缘计算设备。借助这些设备,员工可以部署到偏远地区,并为人群提供个性化服务。一个示例是使用平板电脑来捕获个人的帐户详细信息并为他们创建银行资料,而无需访问银行。然后,可以根据需要将捕获的数据传输到银行的企业网络。

 

尽管以上示例适用于互联网连接不可靠的地区,但城市地区还存在其他示例。这样的一个例子是使用边缘计算设备来执行GDPR法规。与云计算不同,边缘计算设备将仅在设备上存储客户信息,并且可以将设备配置为在特定时间段内删除收集的数据。这使得边缘计算设备成为银行和金融部门,医疗保健和电子商务行业的出色自助服务工具。

 

在医疗保健中,边缘计算设备被部署在可穿戴设备和可植入医疗设备上,以协助患者。在大多数这些情况下,该设备能够处理生物医学信号处理方案,以帮助设备采取特定行动。边缘设备在医疗保健中的集成还增强了向患者提供个性化医疗解决方案的能力。

 

拥有仓库的生物医学行业的制造商和服务提供商也可以利用边缘计算设备来增强车间操作。将边缘设备连接到物料搬运工具或在特定部分内,有助于了解车间的流量,库存管理和生产率。然后,可以将捕获的数据用于简化仓储并加快订单处理活动。

 

 

结论

边缘计算由用于收集和处理数据的设备和软件应用程序提供动力。根据Gartner的数据,到2025年,将有75%的生成数据在集中式数据中心或云外部进行处理。这突出了边缘计算的重要性以及边缘计算设备革新我们工作方式的能力。

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