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4.0的挑战
工业边缘设备和开放平台通信统一架构（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4.0

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。
（公众号：IIOT-Hongke）