【儀表網 行業科普】現如今，制造企業正大力投資于構建更智能、更復雜的生產系統。數字化轉型創造了具有豐富數據的環境，一層層的設備提供了關于制造商工廠和生產系統的性能、效率、能耗和可靠性方面的關鍵信息。
在每個工業領域，制造商都在擴展其連接不同系統的數字骨干網。在一些企業里，多個生產和網絡系統采用了不同時期安裝的軟硬件組合，這些軟硬件配備著不兼容的通信協議。許多工廠仍運行著大量老舊的軟件和固件，如可編程邏輯控制器(PLC)和人機界面(HMI)等，這為高效訪問和使用工業數據設置了嚴重障礙。
構建強大高效的工業數據系統需要復雜且功能豐富的軟件。但是，這樣的軟件同時還需要更易于實施和配置，并克服工業數據有效利用的障礙。
開發一體化工業數據平臺
自動化技術供應商開發了廣泛的硬件、軟件和通信網絡，以實現當今先進的制造和流程生產系統。在許多情況下，這種技術是自成一體的，使用專有通信協議和編程工具，需要培訓和熟悉才能完成許多常規任務，例如更新包裝系統的生產配方或編程和集成新的觸摸屏HMI。
這些障礙因許多工業應用中存在操作性有限的遺留設備而進一步加劇。雖然很多老舊設備依然可靠，但其過時的通信協議和其他軟件功能可能導致數據提取和整合至生產價值鏈時面臨難題。對于某些工業數據平臺而言，解決這些兼容性問題可能需要昂貴的硬件投入和耗時的編程工作才能訪問和連接數據。
自動化、制造和加工行業市場正在推出創新的新方法來應對這些挑戰。功能強大且豐富的工業數據平臺具備跨行業應用的先進性能，并且比以往更易于實施和使用。
與傳統專用功能不同，這些“瑞士軍刀式”的軟件平臺通過拖放功能簡化工業數據訪問，最大限度減少對專業編程技能的需求。此類平臺支持從基礎到高級的工業應用場景，提供協議轉換、邊緣計算、高級網絡、遠程訪問、可視化、云集成以及向關系型數據庫發送數據等能力。
擁有一個具有統一用戶界面、標準工具和拖放功能的單一軟件平臺具有諸多優勢。一個通用的環境簡化了許多對訪問工業數據至關重要的任務，將這些數據連接到工廠內或整個企業的其它系統，并實時可視化數據，以便運行人員和工廠管理人員優化工業績效。
▲工業數據軟件平臺需要做的不僅是高效地訪問數據并將其連接到整個企業，還需要可視化可操作的數據，并以清晰和顯著的格式呈現，為機器和工廠的運營提供有關其系統性能的實時數據。
一體化工業數據平臺還能夠簡化一些常見但關鍵的任務。一個例子是網絡組件安裝。當向生產線新增配備PLC的設備時，此類一體化軟件平臺會通過默認設置自動完成與該設備集成相關的所有關鍵步驟。數據標簽的添加已實現自動化，因此將PLC接入工業網絡僅需極少的配置操作。
同時，有些系統集成商或最終用戶，希望根據獨特的制造或生產要求進行更多定制設置，這些平臺可以為其提供高級功能。
選擇合適的工業數據軟件平臺需要仔細評估其功能，以確定哪個平臺將為長期成功和增長提供最完整的解決方案。
構建強大的協議轉換能力
這些一體化工業數據軟件平臺支持多種功能，其中最關鍵的一個是協議轉換，該平臺就像一個友好的翻譯器，幫助設備相互通信并將這些數據從這些不同的設備帶到一個集中位置。
許多工廠的生產制造系統仍在使用10年甚至20年前安裝的PLC、傳感器、電子閥、伺服驅動器和其它控制設備。這些設備支持的舊式或專有通信協議可能與新技術不兼容。通常，這種傳統硬件只支持串行通信，這使得收集數據并通過網絡將其發送到SCADA系統或云端變得更加困難。雖然這些設施正在逐步采用OPC UA和消息隊列遙測傳輸(MQTT)等新技術，但安裝新硬件并將所有舊設備轉換為新設備的成本非常高。
應對這一挑戰的有效方案是構建強大的協議轉換能力。這正是新型一體化工業數據軟件平臺的核心優勢之一。部分技術供應商已內置了強大的協議轉換功能，能夠通過包含300多個新舊驅動程序的協議庫，同時支持多達20種協議的實時轉換。
工業運營的模塊化靈活性
沒有兩種工業運營是相同的，一旦生產線或制造系統上線，任何工業運營都不會停止。新產品的推出和增長需要擴展或升級現有設施，這意味著工業數據訪問和連接需要與新設備一起升級或擴充。
先進的工業數據平臺將具備適應此類動態生產系統所需的模塊化特性。例如，某工廠若需為產線增添無線通信能力，技術供應商提供的模塊可通過軟件變更實現Wi-Fi或蜂窩網絡接口的現場升級，而無需采購新硬件。
在某些應用場景中，系統集成商會指定安裝協議轉換設備以與舊設備連接。隨著生產需求的變化或者在網絡中添加新的設備，將協議轉換器升級到具有更高級網絡功能的邊緣計算網關可能會更有優勢。
工業數據平臺通過軟件變更即可支持此類升級——這種能力已成為平臺的標準內置功能。然而，有些自動化網絡供應商仍堅持以新設備替換原有模塊，并要求用戶同時承擔軟硬件更換費用。
▲將可視化功能集成到工業數據軟件平臺中，可以更容易地部署新一代可視化技術。操作員和生產線人員可以更快地響應問題，并立即處理關鍵信息。
制定全面的網絡安全策略
工業網絡現在已成為網絡攻擊的重要目標，這一現實令人擔憂。黑客和勒索軟件犯罪分子會研究工業系統漏洞，以便通過工業數據系統訪問企業IT網絡——這是因為在過去，很多公司并沒有像保護主要計算機網絡那樣來嚴格的保護工業網絡。
評估工業數據軟件平臺的網絡安全能力至關重要。現代工業網絡通常基于開箱即用的以太網網絡。如果沒有安全措施，系統很容易受到攻擊，并大大增加關鍵系統組件不受控制訪問的風險。
從設計層面上看，大多數網絡硬件都可以進行適當的網絡分段，以限制網絡訪問。強化網絡邊界防護可限制進出車間層設備的訪問路徑。此外，對網絡進行分段，還可以防止工廠車間的設備訪問其它系統。
為了支持這種“縱深防御”的分段方法，工業數據平臺必須集成最新的安全功能，如狀態檢測防火墻、訪問控制列表功能、數據包過濾和安全的虛擬專用網絡連接。
這些功能需具備高度靈活性，使網絡管理員能微調安全策略以平衡數據安全與網絡性能。具體措施包括設置密碼有效期規則、實施訪問控制列表和防火墻規則，確保特定端口僅在特定時段開放，從而最大限度降低非授權訪問的風險。甚至還有一些網絡安全功能可以采用未加密的傳統數據協議，并在數據通過網絡中的節點時對其進行加密，從而消除其他漏洞。
優化工業數據平臺的云端部署
許多工業企業將關鍵運營數據存儲在基于云的平臺中，以便在其系統上獲得復雜的報告和分析。此類平臺不僅提供高度靈活性，更使制造商得以接入功能強大的尖端平臺，輕松整合與管理來自成百上千個生產節點的制造數據，并通過實時數據挖掘洞察提升生產效率、優化資本回報率。
制造商面臨的一個關鍵挑戰是管理海量的數據，以免推高帶寬成本并拖累云服務。許多生產系統所配備的設備會持續生成有關設備性能、報警等數據流。根據系統特性，可能無需全時段采集所有數據。
工業數據平臺可以在優化這一過程方面發揮重要作用。最有效的平臺不是捕獲和交付每個設備和系統生成的所有數據，而是可以輕松區分和管理云數據使用情況。這類平臺支持按需設定各系統數據上傳頻率——關鍵參數高頻傳輸，非實時更新的一般性能數據低頻傳輸。
制造商需要能夠靈活地定義機器和生產線上的數據點，例如關于執行器過熱或線性系統未能完全完成每個工作周期的報警。基于云的分析能力可跨系統關聯分析模式與異常事件，進而優化預防性維護策略、規劃設備升級或調整生產工藝。
設計良好的工業數據軟件平臺支持MQTT協議，該協議可以實現“異常報告”。這意味著只有在事件發生變化時，才會傳輸數據。工業數據軟件平臺還應使數據緩沖變得容易，即使連接中斷關鍵數據也不會丟失。制造商正在尋求最大限度地提高生產系統的效率。配備完善工具的優質數據平臺，可助其優化和精簡云端系統的使用效能。
可視化工業數據以推動實施
工業數據軟件平臺不僅需實現高效數據訪問與企業級互聯，更要將可操作數據以清晰且具驅動力的形式可視化呈現，為設備與工廠運營者提供系統性能的實時洞察。
最新的HMI和操作面板旨在以符合每條生產線、機器或流程的特定作要求的方式在工廠車間提供數據。它們包含允許用戶集成來自多個設備的數據的功能，并與邊緣計算平臺結合使用，獲取和顯示從多個傳統協議轉換的數據。傳統的HMI和面板儀表通常是獨立的產品，其編程配置工具獨立于工業數據軟件平臺之外。這意味著原始設備制造商(OEM)、系統集成商和最終用戶必須學習一整套獨立的可視化軟件。
不過，領先的工業數據技術供應商已將可視化編程集成到軟件平臺中，以簡化和加快將重要的工廠車間系統上線的過程。最新的面板儀表和觸摸屏HMI配備大尺寸和易于閱讀的顯示器，內置用戶可選的圖形庫與直觀界面模板，可快速按工廠及產線需求完成定制化配置。
將可視化功能深度集成至工業數據軟件平臺，有助于加速新一代可視化技術的落地。操作員與產線人員能快速響應異常事件、即時處理關鍵信息，甚至通過無線平板式HMI實現單人多機監控。這些工具不僅使操作員及時獲取信息，還有助于了解這些數據背后的意義，在采取正確步驟的同時更快地做出響應。
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