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艾默生過程管理解決方案架構師 吳躍年
數據是智能工廠的基礎。然而，對于大多數企業來說，即使是最高效的企業，要想通過各個層級精確獲取并有效使用數據也面臨著種種挑戰，并且需要跨多個界面或部門。艾默生正是在此基礎上，提出了工廠數字化、自動化解決方案——PlantWeb數字化工廠架構和Pervasive Sensing （普適測量）技術。該架構具有可擴展性，因此，客戶無需一步到位，可以根據預算和需要進行逐步自動化升級或擴展智能工廠應用。而普適測量技術則是通過創新技術采集更多數據（有些可能之前由于技術或成本問題而無法采集的），并經過專家闡釋，將其轉化為可執行信息，從而讓客戶可以通過一種革新的方式來運行原有設備，從而改善運營績效。簡單來說就是PlantWeb是智能工廠架構，而普適測量就是構成智能工廠架構的一磚一瓦。
至今為止，艾默生已經為全球成千上萬的客戶提供了智能工廠解決方案，小至單一的普適測量應用，即通過傳感器、變送器、流量計等智能化設備應用；大至為用戶搭建PlantWeb數字化工廠架構，即從工廠物理層至業務層的數據采集、再到系統集成、數據分析并轉化為可執行信息，最終實現通過中央控制室即可全面了解工廠運營。這樣的大型智能化方案可以打破信息孤島、沖破地理阻礙、讓工廠可以跨部門、跨平臺分享數據，從而確保工廠決策者作出更知情、更符合最佳運營目標的決策，最終實現智慧運營。同時，艾默生的智能工廠解決方案已經為諸多用戶帶來了可量化的實際效益，例如幫助用戶減少了采購和部署成本、安裝、維護成本以及能源成本；加快了啟動時間、提高了溝通的有效性、并避免了HSE風險。
《自動化博覽》：艾默生為用戶打造“智能工廠”的核心產品或者解決方案有哪些？
吳躍年：基于典型的過程工廠架構，艾默生為客戶提供從智能現場設備、過程控制系統到設備預測診斷及性能優化軟件的完整解決方案。
對于工廠運營來說，歸根結底就是各種各樣的數據。古語說得好：不積跬步，無以至千里。因此，我們認為充分而可靠的數據是打造“智能工廠”的基石。沒有數據就無法去做優化，更談不上智能化，在工廠的每個運行過程中都會涉及各種不同的數據，而只有通過充分采集正確的數據，才能確保工廠管理人員清楚地了解工廠的運行狀況，從而做出明智的運營決策。
艾默生推出創新的普適測量技術也就是用有效的方式去采集數據，首先傳感器本身是智能的，第二能夠將自己帶有大腦的數據轉化為可執行的信息，第三它是非侵入式的，也就是在不停車的情況下，任何時間都可以增加測量值，而且成本更低，因為不需要電纜，不需要橋架，不需要加I/O等，并且隨時隨地都可以做，而無需停車，無需破管，同時又能把原來在有經驗員工頭腦里的知識集成到傳感器里，這也解決了當前熟練工缺乏，工人的專業知識趕不上工廠現代化要求的一些挑戰。普適測量是艾默生基于工業物聯網，根據工業用戶的需求提出來的，其核心是解決如何采集數據的問題，然后把數據轉變為可執行的信息。普適測量技術大大提高了數據采集的可能性和靈活性，從而讓用戶有能力去關注以前無法觸及的領域。
現階段，艾默生對于智能工廠的投入主要有兩個方面，一方面是通過采用先進技術幫助用戶提升運營效率，優化生產管理（設備管理、能源管理等）實現智慧運營；另一方面是遠程運營管理中心，通過IT技術打破地域和不同職能部門的界限，幫助用戶實現從運營、維護、部門協作到生產計劃管理、業務執行管理的縱向優化。
《自動化博覽》：艾默生智能工廠解決方案具有怎樣的特色和優勢？
吳躍年：艾默生智能工廠策略的典型特點之一就是統籌性，即基于全局考慮，確保其整體適用性；簡而言之，就是不是為了單純地做某件事而做，而是需要通盤考慮，我們會考慮其功能的實用性、可靠性、人性化等等諸多方面。即使一個單獨的小型智能化應用，也是如此。例如，客戶需要對固體物料進行測量，適用的技術可能非常多；我們將會通盤考慮并推薦最佳方案，例如客戶的采購、安裝、維護成本，HSE和合規性等等，從而確保我們為其提供的方案具有長期競爭力。要做到統籌性，不但要求方案提供商具有創新型技術和豐富的行業實踐經驗，同時還需要具有“以客戶為中心”的服務理念，三者缺一不可。只有技術和經驗（硬件），屬于閉門造車，其方案雖然可以實施，但卻無法完全受到客戶認可；而如果只有服務理念（軟件），屬于紙上談兵，沒有硬件的支撐，方案將無法實施。
艾默生智能工廠方案的另一個典型特點是靈活性，即易于擴展、集成、部署、升級等。例如我們可以為客戶提供多種選項，根據客戶的實際應用環境和預算情況設計并實施方案。我們通過緊湊型設計、一體化設計以及可擴展功能等創新型技術可以實現安裝靈活性，幫助用戶節省成本、簡化安裝或滿足不同的應用和集成需求。
此外，艾默生的另一個典型特點就是“全生命周期解決方案”理念。它所推崇的理念是我們為客戶提供的不是產品，而是解決方案，而這個解決方案并不是隨著產品或系統的交付或其使用周期的結束而結束，而是基于工廠的生命周期，在整個工廠生命周期內，我們都可以為客戶量身打造適合其特定時期發展和需要的解決方案，無論是新建項目、改造或升級項目、服務或培訓，艾默生能夠為其提供“智能化”方案，而所有的方案全部都是站在客戶的立場上，不僅能夠保護客戶已有投資，還能夠改善工廠整體運營績效并提高工廠競爭力。
《自動化博覽》：您對于 “智能工廠”未來在中國的發展有何看法？
吳躍年：隨著《中國制造2025》提出的過程自動化發展目標的提出，以及“互聯網+”和“大數據”的不斷升溫，將不斷推動“智能工廠”在中國的快速發展。除此之外，工業用戶面臨各種挑戰的日益嚴峻，也將進一步推動“智能工廠”的快速發展。
隨著“十三五”規劃的發布，信息技術與工業的融合也將成為重要的發展方向。我認為“智能工廠”在中國的發展將主要基于物聯網和大數據兩個方面。物聯網的發展需要打破各個組織之間的分歧，實現資源從源頭到終端的統一協調和發展，行業標準和通訊協議的兼容和統一，從而達到整體行業的資源整合和優化。而大數據即智能傳感、數據采集、分析和利用，由于這方面面臨的阻礙較少，因此未來幾年，智能工廠的發展將主要基于大數據方面。例如通過利用大數據，工廠可以了解到它的績效水平并發現改進機會，從而實現工廠內和工廠外上下游行業鏈的資源整合和利用，從而實現智慧運營。
雖然基于現有企業的實際情況，要全面實現工廠整體的智能化還面臨諸多挑戰。因為這需要企業打破傳統運營理念，推陳出新；沖出信息孤島、組織各自為營等不利于全面智能化的束縛。然而，我們很欣喜地看到現在有許多業內領先的企業已經在不斷推進工廠的全面智能化。通過這些頂尖企業的樣板范例，我們相信之后越來越多的企業會邁向全面智能化。在快速變化的市場環境中，企業要想繼續生存并持續盈利，那么就必須不斷革新，并采用現代化或智能化方案來打造“智能工廠”，從而提高競爭力。
《自動化博覽》：您認為“智能工廠”將給自動化產品和市場的發展帶來哪些促進？
吳躍年：“智能工廠”是自動化產品不斷革新、市場不斷進步的產物，而反過來智能工廠會催生出更多的需求，這就會促使產品不斷革新，市場不斷整合、協調。我個人認為“智能工廠”會給自動化產品和市場帶來以下幾方面的促進：
（1）智能化：在智能工廠中，會對設備提出更高智能化的要求。而這種智能化是需要在豐富的實踐應用經驗和有效總結（或者稱為“大數據”）的基礎上才能得出的。對于工廠來說，用最低的成本，獲得最高的效益是大家的終極目標；而圍繞這一目標會衍生出來多種多樣的需求，例如節省人工、能耗、提升安全、改良性能等等。而智能化是實現這一目標的有效途徑，因為智能化基于廣泛的實際應用和人工經驗總結，它可以應對設施復雜性日益提高、專業人員流失、法規標準不斷嚴苛等挑戰。以手機的變化為例大家會更容易理解。將手機比喻為自動化產品，那么它的使用載體就是“智能工廠”，即人。我們都知道最早期的手機雛形是呼叫機，它的產生是基于人們對于及時溝通的需求而產生的。隨著人們需求的不斷變化，在體積輕薄、易攜帶、美觀、應用便捷（如音樂、游戲、視頻）等等需求的推動下，手機發生了不斷的革新，而市場趨勢也在需求的推動下不斷發生變化。
（2）開放性：產品需要具有開放性，即可以和市場上廣泛認可的協議兼容并可以和其他產品完美集成，固步自封、閉門造車的企業，其產品將缺乏靈活性，無法滿足不斷變化的市場需求。只要開放接受先進的技術并用于創新的開放型產品才能得到市場的接受和認可。
（3）與時俱進：促使產品需要與時共進；這就需要產品不斷創新，而這個創新要基于智能工廠的不斷發展需求，要考慮在保護工廠現有投資的基礎上，逐步升級或創新。
總之，自動化產品和市場的推進不可能憑空而生，它必定有據可依，而這個“據”就是來自智能工廠的“大數據”。而隨著智能工廠應用的不斷增加和擴展，將會積累更多的“大數據”（數據信息或人工經驗）。隨著互聯網技術的迅猛發展，數據的加工、傳輸和分析將更加可靠和高效，而在智能工廠中融入“互聯網+”就形成了我們經常所說的“物聯網”。我們不妨試想一下，未來的智能工廠可能沖破了行業、地域，全球市場就可以當作一個巨大的“智能工廠”。一座智能工廠的運營人員不僅能夠實時、清楚地了解到整個工廠的運營狀況，而且能夠了解到與其相關的上游、下游產業鏈的運營情況，這樣可以實現最佳績效、同時合理利用全球資源。例如，一家食品飲料廠，運營人員不但能夠了解工廠中每臺設備的運營狀況和整體工廠的能源消耗、成本績效等情況，還能夠了解到原料供應商的產量、成本及交貨情況，同時他還能夠了解到下游消費市場的情況，從而更合理地安排采購、生產及庫存，從而實現最佳績效。目前，智能工廠的發展還只是處于成長期，未來在多樣化需求的推動下，將會取得更顯著的發展。現今，小型智能化應用已經遍地開花，相信在不久的將來，我們將會看到越來越多的大型智能化應用，在科技和市場的推動下，全球化的智能工廠也將星羅棋布，比比皆是。
成功案例分享
艾默生智能無線技術助力化工廠打造智能工廠運營
南通醋酸纖維有限公司成立于1987年3月，由中國煙草總公司與美國塞拉尼斯公司合資經營，是集化工、化纖、熱電為一體的大型工業企業。
挑戰
企業管理需要通過能源監控實現能源計劃、統計和費用分析，對能源成本及趨勢有準確的數據依據。需要對絲束丙酮裝置的東西管線溫度、壓力和流量進行精確測量，對醋片裝置空調機組控制回路重要設備監測。監測點分散遍布全廠管網，測點之間相距較遠，鋪設電纜橋架成本高，施工困難。該公司能源管理系統項目的目標是建造一套具有高可靠性、功能全面、操作直觀簡便、能滿足不同級別的用戶需求、具有良好擴展性的綜合能源信息管理平臺。此外，該公司還希望在其能源生產和管理中，企業的各種能源生產及消耗情況可以在同一個平臺內進行調度、管理、實時監測，并且能夠通過遠程操控及時調整運行方式，實現系統平衡和用能優化。
解決方案
針對南通醋纖廠實際情況，艾默生提出采用智能無線方案為用戶解決問題。該方案無線設備包括：
艾默生智能無線網關1420；
羅斯蒙特（Rosemount）無線壓力變送器 3051S；
羅斯蒙特（Rosemount）無線溫度變送器 648；
羅斯蒙特（Rosemount）無線適配器775。
（1）“絲束丙酮”工段東西管線溫度、壓力和流量監測
利用三臺無線網關1420和21臺無線儀表，完成管線工藝參數監測。其中包括3051S無線壓力變送器、648無線溫度變送器、無線適配器THUM775配合監測2臺超聲波流量計，構成三個無線網絡，通過1420將所有數據集成到上位機系統，實現從現場測量、可靠無線信號傳輸、監控室數據采集和監視、設備狀況偵測等一體化功能。
（2）醋片裝置溫度控制回路設備診斷監測
利用無線適配器THUM775，對醋片裝置現有溫度控制回路的儀表設備進行在線診斷，包括對Rosemount有線溫度變送器3144及Fisher閥門定位器DVC 6000的診斷。通過智能無線適配器THUM775實現對有線Hart設備的管理，充分挖掘已安裝有線Hart設備的信息，最大發揮其智能設備的功能，安裝簡單，利用有線儀表4-20mA電流即可工作，不影響有線回路控制功能，實現對工廠重要設備的在線監控，通過AMS設備管理軟件實現遠程儀表組態，報警監視，是企業實現現代化管理的重要手段之一。
項目實施優勢分析
（1）艾默生智能無線解決方案，作為艾默生的PlantWeb?數字工廠管控網的一部分，采用自組織網絡通訊架構，其性能可靠、安全。通過無線通訊方式，可對敷設電纜困難的設備和區域進行監測，從而節省安裝成本，有效提升工廠的維護水平，降低維護成本。
（2）艾默生的智能儀表，完全可以覆蓋設備控制層及集中監控層，較好地為能源管理系統的信息分析管理層提供豐富的現場能源數據。
（3）艾默生的WirelessHART智能現場無線解決方案可以實現從現場測量、信號的無線可靠傳輸、監控室數據采集和監視等一體化功能。利用原有就地的超聲波流量計及溫度變送器，通過THUM775智能天線，與3051S無線壓力變送器和648無線溫度變送器一起與指定區域內的1420無線網關構成WirelessHART自組織無線網絡，采集數據集中到1420網關中。而1420網關通過與上位機系統互連，將信號接入能源管理系統，工作人員通過上位機對能源實時運行數據信息進行集中管理。通過THUM775智能天線適配器對重要閥門、質量流量計、分析儀表的組態信息、報警信息讀取并發送給1420智能無線網關，而1420網關通過與上位機系統互連，進入到AMS設備管理系統，最終實現整廠智能設備的管理，AMS智能設備管理系統與能源管理系統可以相互共用，最后進入不同的管理系統。
（4）艾默生能源管理信息平臺取代工作人員對于能源數據“毛估估”的傳統方式，監控者可以在系統上管控全公司的能源實際發生和消耗信息，顯著提高企業能源管理水平。本項目共涉及33套無線儀表的安裝，在1個工作日內完成全部調試安裝，和有線項目實施相比，組態調試簡捷快速，極大地縮短了項目工期，無線的優勢十分明顯。
設備的健康穩定運行是公司安全運營的基石，而及時、正確的檢修工作就是維持設備健康的有效手段。在該項目中，除了艾默生的無線解決方案外，艾默生的AMS設備管理系統也幫助該工廠發揮了智能化運營的巨大潛力。通過使用艾默生AMS設備管理系統，不但可以對整廠各種智能儀表進行管理；同時，還可以將第三方設備所配的重要儀表，特別是一些重要閥門，融合到整廠設備管理系統中，能夠高效地收集各種智能儀表和設備診斷數據、簡化儀表組態、實現預防性維修，從而有效提高設備運行效率。
該項目投運以來，無線儀表運行正常，數據傳輸安全可靠，實現醋纖廠的能源管理目標，充分發揮智能無線技術的優勢，獲得醋纖廠技術管理人員的一致好評。
摘自《自動化博覽》2016年1月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號