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智能工廠是綜合應用智能傳感技術、網絡技術、自動化技術和管理技術的一種新模式，是自動化與信息化的融合。其整體感知、預測、協同和分析能力，為企業帶來的是工藝流程的優化、生產成本的降低、勞動效率和生產效益的提升。創建智能工廠，實現卓越運營，能夠幫助企業走出當前的困境，并向著更高的層次邁進。

工業物聯網助力智能工廠

IIoT（Industrial Internet ofThings），即工業物聯網，是指在制造業中使用物聯網（IoT）技術。隨著IIoT的快速發展，我們可以看到對工廠運營信息的探索和需求快速增長，當然，也同時存在著一些爭義、困惑和疑問。

可以確定的是，制造業會成為物聯網解決方案的主要應用領域之一。這不僅是因為想搭乘物聯網的快車以免落后于潮流，更是希望通過物聯網方案來降低運營成本、拓展新市場和提高生產力，最終提高工廠收益。作為工業物聯網的排頭兵，艾默生早在20年前就推出了數字工廠架構，它連接范圍廣泛的智能現場設備，將過程管理由被動轉變為主動，從而顯著提高工廠收益。

艾默生PlantWeb中國區銷售經理蘭培東

如今，客戶的期望更高了，不再局限于溫、壓、液位等傳統工藝參數的測量，除了進行常規的過程管理迫切需要一個“整體”視角來管理工廠運營。

以蒸汽應用為例，快速了解工廠蒸汽疏水閥數據并獲取需要用來提升安全、能源和排放措施的數據是非常重要的。蒸汽疏水閥監控應用軟件通過連續獲取可執行的信息，可以幫助客戶避免因未檢測到的狀況而造成的不良后果。根據蒸汽疏水閥的狀態，監測能源損失和排放。該應用軟件提供關鍵設備的可執行信息和分析數據。除此之外，還能與現有無線設施進行無縫對接。

如前所述，使用先進的算法可以確定蒸汽疏水閥是否泄漏、堵塞或運轉正常。該應用程序的另外一個特點是可以在確保數據安全的情況下獲得多個地點的數據，并且直觀地顯示出來，通過一個電腦畫面就能提供用戶需要的所有數據（可執行信息）。同時，還可以看到能源損失量（折算為金額顯示）以及減少了多少CO 2的排放。這只是艾默生眾多工業物聯網應用之一，還有很多類似應用，如泵監控、換熱器監控等。

不可否認，隨著IIoT時代的到來，工業企業也將面臨眾多挑戰，數據分析和信息安全將成為關鍵所在。IT（信息技術）將會發揮主要作用——任何一個自動化供應商都必須意識到這一點。自動化產業將會徹底轉向IIoT，這種轉變有時是無形的。

當然，人是智能工廠成功的關鍵，企業需要采取創新的管理方式，以推動人員培訓和技能提高，同時改進企業工作流程以使企業在技術上的投資獲得更大回報。同時，科技的進步和智能化是為了讓人們工作更加高效，能夠從大量繁重的、簡單重復的，甚至是從危險的工作中解放出來，去從事更有價值、更具創造力的工作，且有更大的產出。這也將是艾默生近幾年的一個關注重點——數字化人員（digital workforce）。

基于Plantweb的智能工廠架構

對于艾默生而言，物聯網為我們提供了開發用于收集和分析數據的技術解決方案的契機，以及將數據轉化為實踐行動的資源。全新的智能傳感技術、工業無線網絡通訊技術、大數據、云計算技術為從數字化到智能化轉變提供了可行的途徑。

艾默生基于工業物聯網的Plantweb TM數字生態系統為用戶打造智能工廠，該方案將智能傳感、過程控制、云等節點連結起來，形成完整的生態系統。同時形成一個完整的縱向一體化集成平臺，可實現遠程及移動應用，確保工廠安全且高效地在線運營。

Plantweb數字生態系統最大的特色和優勢在于它是目前流程工業范圍內應用廣泛、具備高集成度的工業物聯網方案，可提供從數據采集、安全傳輸到數據分析和應用，以及咨詢服務的整體解決方案，可以實時洞察工廠整體運營情況，精確、可靠、安全地控制流程和業務，提供決策支持，發揮工廠運行的最大潛能，適應各種嚴苛的工況，充分考慮了在保障功能安全和信息安全的同時，確保工廠運行安全和高效。

艾默生的分布式快速部署以及其云端數據分析能力，不僅提供連接層面產品，更在后端提供了物聯網之后的數據分析增值服務。通過與微軟Azure云平臺的合作，共同為企業提供基于云的遠程專家服務。例如，偏遠廠區的實時監測和可靠性管理非常困難，艾默生可以幫助用戶將不同的工廠連接起來，通過云技術實現專家資源的共享，在遇到難題時能夠得到及時且專業的指導，提升工廠的安全性和可靠性。幫助用戶連接所有重要的“點”，是工業物聯網方案實施的第一步，第二步則是體驗、分析和協同。

分步實施智能工廠建設

某些工廠在傳感層面已經搭建了數字網絡架構，并通過互聯網將數據集中到運營中心，但是大多數工廠還沒有達到這一階段。當然工業物聯網的應用可以是逐步進行的。一般在初級階段還不需要連接因特網，因此儀控部門可以先行一步，需要接入因特網的時候，再請IT部門介入。

第一步 搭建全廠數字傳感網絡

為了彌補原有工廠最初設計上未覆蓋到的測點，有時會在現有控制系統基礎上采用一部分無線傳感器，提高工廠效率和可靠性。原來采用現場總線技術的工廠不但可以方便地添加傳感器，也可以方便地部署無線傳感網絡。有些工廠的數據依靠人工采集，無法很好地實現狀態監測和能源管理。要安裝4~20mA的變送器則成本高昂而且會破壞現有線纜，因此可以考慮搭建WirelessHART (IEC62591)網絡，然后通過網關與DCS、歷史和狀態監測軟件連接。

工業物聯網解決方案是現有工廠網絡的一種擴展，必須能夠與其兼容，現場總線和無線儀表構成了工業物聯網的基礎層，當WirelessHART網絡部署完成后，其傳感器就能滿足可靠性、維護、能源效率、運行、HSE和一體化的各種需求。

第二步 對設備資產進行監測

對工廠進行一次現場調研，發現提高運行及維護效率的機會，了解各職能部門所面臨的挑戰，如人工采集數據、無法預見故障、無法根據優先級別安排維護工作、腐蝕監測、排污監測、能源浪費等。

根據需求確定配備的儀表及設備，用來進行可靠性、維護、一體化、能源效率、HSE和生產效率等應用的測量，有些可在歷史記錄中查看，有些則在控制系統中使用。如果只是數據采集這種簡單的應用，并不需要特定的軟件。用戶可以從一臺傳感器開始，根據應用逐步增加新的測點。

一旦WirelessHART網絡和傳感器安裝就位，不但能減少人工數據采集，而且可在系統不停機的情況下實現預測維護、腐蝕和泄漏探測，從而降低成本、減少停車和事故。

第三步 采用預測分析軟件

許多工廠一方面有很多過程數據，但是很少對其進行分析，另一方面對于設備數據則很少采集。現有資源已不足以掌握設備可靠性和工廠運行性能的信息，比如，僅依靠振動數據還無法全面了解設備健康狀態。因此通過傳感器和軟件能夠使設備變得更加智能化，分析軟件能夠根據采集到的原始數據提供可執行的預測信息。例如，換熱器的維護人員現在可以通過直觀的圖示了解換熱器結垢對于產品混合的影響。分析軟件只是安裝在企業內部的服務器上，不需要用到云服務，有些軟件甚至可以裝在某個類似控制器的裝置上。到這一步還算不上工業物聯網，因此不需要IT部門提供因特網的連接。工業物聯網要向后兼容現有軟件，OPC為工業物聯網搭建了這樣一個平臺。

第四步 改進工作流程

有了軟件和數據，必須要運用到日常的運行維護工作中才能體現其價值。第一，維護人員要比運行人員先收到預報。第二，只針對關鍵問題進行報警。報警要能夠體現緊急程度并提供清晰的描述。在標準運行流程中加入軟件和數據。最后，對工作人員進行培訓。

第五步 實現內聯網

現在已經有了足夠的數據，但是工廠可能缺乏有經驗的專家來解讀振動、腐蝕或結垢數據，也沒有足夠的人員可以長期在偏遠的地方工作。在這種情況下，就可以考慮通過網絡實現數據遠傳，讓員工無論身處何處都能查看現場數據，或是由全球的專家團隊遠程查看數據。查看權限僅限于公司內部，我們可以稱之為內聯網，依然還不能算是物聯網。

第六步 物聯網商業模式

用戶可能已經采用了現場總線和無線技術，但還沒有連接到因特網，就不能稱之為物聯網。

最好的設備專家來自于設備廠商，但是他們并不在現場，盡管現場有足夠的人員從事維護工作。

將系統與因特網相連，允許經過授權的外部供應商或服務機構查看數據，這就是完整的工業物聯網架構。有了數字傳感和工業物聯網，一種全新的外包商業模式也應運而生。

獨立服務機構或是設備廠商的專家可以遠程監測企業的設備，并提供設備性能報告和維護策略，通過這種服務訂制模式，由服務方提供測量儀表和軟件，企業無需前期資金投入，只需每月支付相應的服務費用。此外，設備廠商也可以提供專業的維護服務，以確保設備更高效地運行。企業可根據產出或設定要達到的目標來支付相應的服務費用。

服務機構通過設備數據，預先發現潛在問題，從而避免停機、解決問題，并讓工廠達到最佳產能。

網絡安全和IT/OT融合

考慮到整個工廠不同層面的設備，可能有多家廠商需要獲得授權查看設備數據。這就對網絡安全提出一定的要求，物聯網涉及因特網和儀表，需要IT部門與儀控部門共同協作，明確訪問權限，一般采用安全控制級別為3.5的防火墻建立一個網絡隔離區。

有些工廠設備監測系統與控制系統是分開的，無線傳感器的數據可以不經過DCS，通過無線網關和3G移動路由器直接傳到云端軟件。這種結構用于外包遠程監測服務，既然數據不經過控制系統或工廠網絡，那么也就不需要IT部門提供網絡連接。

未來5~10年是中國發展智能制造，實現產業升級的重要階段，這些都離不開如何提高企業的生產力和運行效率，如何節省成本，如何把工廠變得更安全、更環保。中國企業的智能工廠建設雖然起步相對較晚，但是發展迅速，尤其是物聯網技術的發展。智能工廠建設不可能一蹴而就，對于中國制造用戶來說，當前要做的是馬上行動，開始進行工廠升級改造的現場調研，著手制定工業物聯網的實施規劃。

摘自《自動化博覽》2019年1月刊