打破數(shù)據(jù)黑洞 數(shù)字工廠走向閉環(huán)
- 數(shù)據(jù)斷點就是管理漏洞
數(shù)據(jù)孤島一直是信息化最大的敵人。它所形成的信息分割，幾十年來都是企業(yè)信息化之路上的困惑。這些無處不在的斷點，就像是一個個肆意吞噬數(shù)據(jù)的小黑洞。無法保持完整性和流動性的數(shù)據(jù)碎片，一直折磨著設(shè)備自動化、車間信息化的進程，成為不折不扣的效率殺手。
一個真正的數(shù)字化工廠，對內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和流程正確性的依賴性，會大福增加，這對于企業(yè)所有業(yè)務(wù)流程都至關(guān)重要。數(shù)據(jù)完整性通常被不假思索地視為一個技術(shù)問題，然而它的背后，卻是一個管理的問題。它可以直接影響著盈利能力，甚至聲譽和監(jiān)管責(zé)任等。一個有著精湛經(jīng)驗的軸承小企業(yè)，正在努力躋身于國際供應(yīng)鏈。然而當(dāng)?shù)聡O(shè)備商前來評估工廠的時候，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷無法溯源的時候，對工廠的質(zhì)管能力就會產(chǎn)生懷疑。
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這一切即將發(fā)生改變。基于無處不在的傳感器和泛在網(wǎng)絡(luò)，加上云端的計算能力，工廠的數(shù)字化能力正在有著成熟的技術(shù)支撐，甚至跨行業(yè)、跨領(lǐng)域地開展云協(xié)同都成為可能。然而，對中小型企業(yè)而言，這個挑戰(zhàn)巨大, 數(shù)字化工廠的轉(zhuǎn)型并不容易。
中小企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，率先需要解決的就是數(shù)據(jù)流中存在著各種斷點，而這些斷點往往也是導(dǎo)致企業(yè)效率“跑冒滴漏”的地方。借助于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速連接和邊緣數(shù)據(jù)的就地加工， 通過移動應(yīng)用端進行可視化呈現(xiàn)和監(jiān)控，逐步將斷點接續(xù)，實現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)全流程流動，這使得中小企業(yè)完全可能在“斷點之戰(zhàn)”中奪回陣地，一舉實現(xiàn)數(shù)字工廠的閉環(huán)。
就近入口上賽道
數(shù)字化工廠是企業(yè)轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。中小企業(yè)數(shù)字化工廠應(yīng)用能力的建設(shè)并非一蹴而就，這中間有個量體裁衣的探索過程。即使是在工業(yè)4.0發(fā)源地的德國，由于許多中小企業(yè)都是家族經(jīng)營，而經(jīng)營思路相對保守，因此轉(zhuǎn)型之路其實并不平坦。為此，工業(yè)4.0平臺組提供了許多成熟度模型和測試床案例，供中小企業(yè)選擇。
對不同企業(yè)而言，數(shù)字轉(zhuǎn)型是一個百面觀音。每一個面，都意味著不同的價值信念。這意味著，從小處入手，逐步解決企業(yè)的痛點，實現(xiàn)“小場景 新價值”。循序漸進，迭代更新。
圖1:百面轉(zhuǎn)型
（來源:英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部BEIS）
企業(yè)并不需要找到一個統(tǒng)一的跑道入口，距離企業(yè)最近的賽道入口，往往可能就是最佳選擇。
例如，某小型泵站計劃進行數(shù)字化改造。通常，只有規(guī)模較大的泵站才會投資設(shè)立中控室,而這對于小規(guī)模的泵站有點過于奢侈。然而，企業(yè)的需求胃口會不斷變大。當(dāng)它希望能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控時，宜科電子的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案就提供了一種“輕型化”思路：把邊緣控制器部署在傳統(tǒng)控制器PLC一側(cè)，通過低代碼的軟件，編程上云，從而以APP的形式來實現(xiàn)遠程監(jiān)控。在以往，這需要相當(dāng)?shù)男畔⒒A(chǔ)設(shè)施及應(yīng)用開發(fā)的投資。而現(xiàn)在，在PLC之上的以太網(wǎng)層，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中樞IoT Hub，加上新一代的工業(yè)上位機軟件，就可以低成本、快速簡潔地完成全托管的云服務(wù)。
在全新的輕型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，無論企業(yè)使用的PLC供應(yīng)商是哪家，都可以把PLC連起來，并通過工業(yè)APP實現(xiàn)微服務(wù)。依靠IoT Hub所帶來的輕量化MES系統(tǒng)的功能，將大大減少標(biāo)準(zhǔn)不同帶來的部署麻煩。最重要的是，那些以前被扔在“黑暗區(qū)”中的數(shù)據(jù)斷點，可以用經(jīng)濟的方式找回來。
數(shù)據(jù)分析是分水嶺
必須要說，數(shù)據(jù)分析的能力等級，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是否可以被廣泛應(yīng)用的分水嶺。中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)布的《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺白皮書2019 》中指出，“數(shù)據(jù)分析深度與工業(yè)機理復(fù)雜度”決定了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的應(yīng)用優(yōu)化價值和發(fā)展熱度。基于平臺的“模型+深度數(shù)據(jù)分析”在設(shè)備運維、資產(chǎn)管理、能耗管理、質(zhì)量管控、工藝調(diào)優(yōu)等場景被期望獲得大量應(yīng)用；而基于平臺的“軟件上云+簡單數(shù)據(jù)分析”在客戶關(guān)系管理、供應(yīng)鏈管理和部分企業(yè)計劃資源管理領(lǐng)域獲得應(yīng)用，有效降低中小企業(yè)軟件使用成本。
圖2：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用優(yōu)化價值視圖
（來源：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）
在數(shù)字工廠的頂層設(shè)計中，從智能車間、智能運營，到智能服務(wù)，工業(yè)云和大數(shù)據(jù)都發(fā)揮著重要作用。數(shù)字化工廠與產(chǎn)品設(shè)計層有緊密關(guān)聯(lián),是實現(xiàn)設(shè)計方案的物化環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)集成、數(shù)字化工廠還與企業(yè)層和設(shè)備控制層實時交換數(shù)據(jù),形成制造決策、執(zhí)行和控制等信息流的閉環(huán)。
圖3:數(shù)字化工廠頂層設(shè)計
這是一個相對完整的數(shù)字化工廠的體系。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時候，需要了解這樣的全貌。但更為重要的是，中小企業(yè)需要從這里的整體架構(gòu)中，“挑”選出最有價值的突破口。這意味著，對中小企業(yè)而言，輕型化的云應(yīng)用，將是“拔起步、邁開腿”的一種經(jīng)濟型的選擇。在基于物聯(lián)、上云、可視化、應(yīng)用小場景的率先突破，解決生產(chǎn)過程管控、企業(yè)運營管理和資源優(yōu)化，初步獲得數(shù)字化實踐。
GE在2018年的報告中指出，數(shù)字轉(zhuǎn)型的一個重要戰(zhàn)場，就是發(fā)生在IT和OT交界的地方。而IoT的大力發(fā)展，使得現(xiàn)場OT技術(shù)的魅力將得到極大釋放，“IT正在失去魔法，OT的指揮棒正在緩緩升起”。
中小企業(yè)需要的是一種更為簡潔的指揮棒。而只有對機器有著更深理解的，才能管理各種OT協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，更好地實現(xiàn)邊云協(xié)同（邊緣與云端的分工）。
圖4：數(shù)據(jù)云梯，連接OT與IT
工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)由于海量、異構(gòu)多樣性等特點，需要搭建一個輕型的“數(shù)據(jù)云梯”，快速對設(shè)備數(shù)據(jù)進行整合、分析、重組，找到最相關(guān)的應(yīng)用。IoT Hub正是一種快速搭接的思路。一方面，它能夠面向下端的設(shè)備層，進行快速連接；另一方面，它能夠面向頂層的場景應(yīng)用，實現(xiàn)低代碼的快速編程，實現(xiàn)工業(yè)APP的快速開發(fā)。
當(dāng)數(shù)據(jù)在PaaS層經(jīng)由數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行有序化處理后，將工業(yè)App結(jié)合客戶的需求，定制化打造SaaS微服務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)以數(shù)據(jù)為依據(jù)的生產(chǎn)過程監(jiān)控、調(diào)試維護配置、報警響應(yīng)及處理、報表實時更新及顯示生成等功能。
有了這種快速“雙向連接”的能力，數(shù)據(jù)可視化和分析將變得容易駕馭。而工廠的數(shù)據(jù)斷點，將會產(chǎn)生一種全新的解決思路。
人在閉環(huán)的半自動
數(shù)字化工廠對于中小企業(yè)是不是奢侈品？如果從全自動化、數(shù)據(jù)自行閉環(huán)的角度而言，這將是一個無法承受的成本負擔(dān)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)必須證明自己，可以提供一種經(jīng)濟性和靈活性兼?zhèn)涞慕鉀Q方案，才能實現(xiàn)快速推廣與部署。在實施的時候，既可以自上而下，也就是從企業(yè)信息化延伸到底層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集；也可以自下而上，針對那些傳統(tǒng)的實現(xiàn)工業(yè)自動化的企業(yè)，從PLC或者是數(shù)據(jù)采集延伸到數(shù)字化平臺，把數(shù)據(jù)信息上傳，再形成應(yīng)用。
最重要的是，在數(shù)據(jù)斷裂的位置，如何補位？
在一個產(chǎn)值3個億的汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)中，由于汽車零部件對質(zhì)量的要求非常高，負責(zé)人每天在廠房巡視三遍，就是為了及時發(fā)現(xiàn)各種質(zhì)量問題。廠房走一圈差不多1萬步，而能否發(fā)現(xiàn)問題都依賴于這位負責(zé)人的經(jīng)驗！
1天3萬步的丈量，這就是企業(yè)的現(xiàn)狀，也是中小企業(yè)的痛點問題的典型。傳統(tǒng)的制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)MES軟件往往是定制化的，客戶屬性、行業(yè)屬性強，價格也高。對于一些傳統(tǒng)企業(yè)和中小企業(yè)來說，負擔(dān)過重。再加上許多工廠自動化程度較低，在許多關(guān)鍵位置連PLC也沒有，數(shù)據(jù)很難流動。
簡單的設(shè)備連接、輕型化的MES模塊和工業(yè)APP的應(yīng)用，為企業(yè)的數(shù)字化帶來全新的思路。簡化部署，循序漸進發(fā)展，是一種提高數(shù)字化水平的方式。只要在關(guān)鍵部位的局部斷點連接，實現(xiàn)可視化，數(shù)據(jù)就變得有價值。通過安裝簡單的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝置，在關(guān)鍵的生產(chǎn)流程上通過現(xiàn)場近端的人使用移動終端，快速輸入數(shù)據(jù)，就可以做成一個半自動的閉環(huán)。對這個汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)而言，這種易于上手的工業(yè)App應(yīng)用，就可以輕松建立一個半自動的質(zhì)量追溯體系，數(shù)據(jù)上云可視化，就地解決人員天天巡視的問題。
人就像是一個連接電的導(dǎo)體，兩端斷裂的數(shù)據(jù)盲點，將會點亮。這種半自動化的“斷點接入”的手段，將可以快速解決全局?jǐn)?shù)據(jù)流動的問題。
圖5：IOT HUB工業(yè)數(shù)字化平臺
IoT Hub正在建立這樣一種“連接斷點、人在閉環(huán)”的數(shù)字化工廠解決思路。借助于靈活的軟件架構(gòu)，在邊緣控制器里邊快速部署IoT Hub軟件，跟各種PLC控制系統(tǒng)對接；人與移動終端的親密接觸，代替了昂貴的自動化數(shù)據(jù)采集點。
即使在已經(jīng)安裝了MES的企業(yè)中，工業(yè)APP和MES的使用也是 。MES可以看成是主動脈，而通過APP則可以更好地打通微循環(huán)，提高了數(shù)據(jù)的使用效率。例如，在某著名的汽車制造廠，已經(jīng)安裝了MES，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備監(jiān)控。但是幾千套設(shè)備，數(shù)百個PLC控制系統(tǒng)，焊裝車間最大峰值理論上可以同時并發(fā)30萬個報警點。如此龐大的高峰過載量，只有通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的并發(fā)處理，才可能實現(xiàn)。而設(shè)備報警、狀態(tài)告知、機器稼動率分析，都可以自由推送到手機上，使得現(xiàn)場維修人員可以通過隨手?jǐn)y帶的移動終端，輕松發(fā)現(xiàn)異常點。將指定報警推送給指定維修者，讓報警快速被處理。即使下班，這些報警情況——如果需要，仍然是可以被發(fā)送到手機上。
這意味著，數(shù)字化工廠需要極大的柔性身段，實現(xiàn)適應(yīng)不同量級的可擴展性。既可以輕載部署，也可以重載部署。所謂輕載部署，只需要通過一個小型的邊緣控制器（體積很小）就可以輕松實現(xiàn)。企業(yè)可以選擇輕量級實時操作系統(tǒng)（RTOS）架構(gòu)，或者稍微復(fù)雜一些的通用操作系統(tǒng)（GPOS）架構(gòu)；而重載部署，是通過部署服務(wù)器、光纖等IT基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)，并將IoT Hub軟件部署在設(shè)備邊緣，從而對本地的數(shù)據(jù)具有相當(dāng)?shù)挠嬎隳芰Α?br />
設(shè)備能夠以各種姿勢上云并得以實現(xiàn)應(yīng)用價值，使得企業(yè)可以有多樣化的選擇，一步一步地放大數(shù)字化工廠的價值。
小 記
云計算正在顯著地改變自動化的形態(tài)，而基于統(tǒng)一平臺架構(gòu)開發(fā)全新的原生云應(yīng)用，成為工業(yè)APP構(gòu)建的主流選擇。盡管云計算的數(shù)據(jù)完整性和安全性，都會存在一定的有風(fēng)險，但是對于中小企業(yè)而言，它的出現(xiàn)為分析大量數(shù)據(jù)提供了較大空間。中小企業(yè)，終于有了全新的武器，來應(yīng)對每天洶涌澎湃的機器數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)中小企業(yè)，沒有資金安裝復(fù)雜的MES，但通過設(shè)備連接和快速的工業(yè)APP，必要時配上簡單的MES模塊，可以用經(jīng)濟、快捷的方式實現(xiàn)上云。
傳統(tǒng)制造業(yè)要想完整地實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，太復(fù)雜，成本太高。而且頗具冷幽默意味的是，很多時候企業(yè)的需求自己也不能說清楚。而快速連接設(shè)備與云端應(yīng)用，正是IoT和工業(yè)APP給數(shù)字化工廠帶來的全新禮物。解決數(shù)據(jù)斷點，形成靈活多樣的小場景應(yīng)用，可能正是中小企業(yè)的一個積極的破局方式。
