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艾默生:Plantweb數字生態系統助力工廠實現卓越運營

——“自動化巨頭擁抱工業互聯網時代”系列采訪二
2021-07-13
作者:韋肖葳
來源:電子技術應用

【編者按】

“十四五”時期,是工業互聯網結合5G、大數據、人工智能等新一代信息技術,加速推進制造業轉型升級的關鍵階段。工業互聯網正在重塑制造業生態,使之呈現一種萬象更新的氣派。這一次,《電子技術應用》雜志社以 “自動化巨頭擁抱工業互聯網時代” 為主題,邀請到全球六家自動化巨頭:ABB、艾默生、施耐德電氣、西門子、羅克韋爾自動化、費斯托,以及全球兩家電子制造龍頭公司:應用材料、環旭電子,針對企業在工業互聯網時代的轉型問題邀請嘉賓發表觀點,共話智能制造新篇章。


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// 全新艾默生 //

 

1890年,密西西比河中游河畔,一對蘇格蘭兄弟查爾斯與亞歷山大?梅斯托(Charles and Alexander Meston)察覺到一種可靠電機業務中蘊藏的巨大商機。他們說服了曾做過軍官、法官和律師的約翰?韋斯利?艾默生(John Wesley Emerson)作為主要投資人,在密蘇里州圣路易斯市建立了艾默生電氣制造公司。

 

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歷史上的艾默生 | 圖  源:艾默生

 

1973年,在巴克?帕森斯(W.R. “Buck ”Persons)的領導下,艾默生的業務規模實現了質的飛躍,由1954年的2家工廠、4,000名員工和 5,600 萬美元產值發展到1973年的82家工廠,31,000名員工和8億美元產值。一家全球化的跨國企業已經初具雛形。

 

步入工業4.0時代,大型成套機械設備等優勢領域已進入成熟期,單一提供設備不再滿足下游用戶的需求。艾默生將智能化手段融入其中,實現了從“傳統設備制造商”到“多元智能化系統解決方案提供商”的戰略發展。2015年,艾默生宣布將其業務組合重新定位為兩個核心業務平臺——自動化解決方案和商住解決方案,艾默生認為,這一轉型將為其客戶和股東創造巨大的價值。

 

從傳統“制造”,到智能“智造”,始于電機和風扇的區域制造商,在經過了100多年的努力后,艾默生現今已發展成為一個全球技術解決方案的強大企業。細數艾默生的成功之道,勇于轉型、持續創新、親近客戶,是令公司始終保持核心競爭力的幾個重要特質。

 

// 響應客戶數字化轉型趨勢,艾默生成立數字化轉型業務部 //

 

在艾默生自動化解決方案公司首席技術官Peter Zornio看來,工業互聯網時期,制造業迎來一個關鍵的轉折點,“以效率為中心的運營改進已經達到頂點,而要求人員低投入高產出也已達到極限”。數字化轉型在提供重大機遇的同時也帶來了許多困惑,艾默生發覺很多企業雖有數字化轉型遠景,但在實施具體的數字化方案時卻面臨諸多挑戰。為了滿足客戶對數字化轉型的需求,協助他們開發和實施數字化的技術和程序,艾默生于2019年成立了新的“數字化轉型”業務部門,為客戶提供切實可行的解決方案。

 

這一次,我們邀請到艾默生數字化方案資深顧問陳鵬先生,為我們講述艾默生的數字化轉型之路。

 

// 專訪陳鵬:艾默生Plantweb數字生態系統助力客戶實現數字化轉型 //


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艾默生數字化方案資深顧問 陳鵬先生

 

Q1:工業互聯網時代,艾默生在技術上進行了哪些創新?

 

陳鵬:隨著工業互聯網的發展,艾默生的技術也順應實際的應用需求不斷進行創新。艾默生的人員定位系統可及時發現工廠70%的可記錄人員安全事故;網絡安全技術為遠程作業提供生產數據和信息的安全保障;AR技術可實現工廠設備信息的可視化;數字雙胞胎技術可實現過程工藝的優化和安全的人員操作培訓;艾默生基于云的技術可充分利用全球專家資源提供創新的遠程咨詢服務模式;智能監測和基于人工智能的深度分析技術可促進節能減排及清潔能源的使用;邊緣計算技術提高了機械設備和制造設備的維護和運行效率。

 

Q2:艾默生在產品上的創新有哪些?

 

陳鵬:工業互聯強調人、機、物的全面互聯,其架構核心是數據采集、數據傳輸、數據存儲與處理以及應用,艾默生在這幾個層面都有相應的技術,能夠提供比較完整的解決方案,我們稱之為Plantweb數字生態系統,通過全面感知及專家分析技術,提供有效的行動建議,從而幫助企業在安全環保、節能降耗、工廠運行的可靠性及效率方面得到顯著提升。


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 PlantWeb數字生態系統 | 圖  源:艾默生


數據是智能工廠的血液,所有的上層應用都需要以底層的數據作為支撐,沒有數據就無法進行分析、控制和管理。艾默生在現場感知方面具有顯著的優勢,除了傳統的溫、壓、液、流測量,還包括關鍵機械設備、管道腐蝕、管道溫度、有毒有害氣體泄漏等監測,以及人員定位等,這為艾默生提供一體化智能工廠解決方案奠定了堅實的基礎。

 

當然數據獨立存在也是沒有意義的,因此海量的數據只有通過過濾處理、智能解讀,然后轉化為可執行的信息并隨時隨地被傳遞給相關人員以幫助其及時采取適當措施,以提高工廠運營效率、安全性及合規性,它的價值才得以體現。因此工業軟件是智能工廠的靈魂,它幫助工廠靈活決定生產過程,使得不同的生產設備既能協作生產,又可以各自快速地對外部變化做出響應。在這方面艾默生的AMS智能設備管理系統(儀表和閥門診斷)和AMS機械設備管理系統(機械設備保護及狀態分析)、Plantweb Insight設備監測APP(輕量化應用,基于第一原則的數據解讀)、Plantweb Optics Analytics 分析軟件(針對能源、機械設備和工廠性能基于計算預測的綜合分析系統,提供基于人工智能和機器學習的流程及運營歷史數據分析解讀)都是很好的故障分析和預測診斷工具,這些信息不僅能夠被集成到控制系統中,也可以通過網絡輸送至移動設備和增強現實(AR)系統,與計算機化的維護管理系統(CMMS)工作流集成,并整合到Plantweb Optics資產管理平臺中,向操作員、工程師和技術人員提供基于角色的可執行指令。相同的現場數據還能通過Performance Optimizer性能優化軟件定制供管理人員查看的工廠整體性能狀態電子看板。


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 圖  源:艾默生


Q3:可以請您具體談談艾默生提供的數字化服務嗎?

 

陳鵬:對于相當一部分企業來說,如何有成效地進行數字化的建設依然頗具挑戰,雖然圍繞這個主題進行的各種討論已持續了幾年,但還有很多企業處于觀望階段或是已做了一些嘗試,收益尚不明確,畢竟數字化的建設的確需要3-10年的長期規劃,也不是單單做幾個漂亮的看板就能實現的。根據艾默生多年在自動化的實踐經驗,企業需要一個合作伙伴,一個專業顧問來協助企業制定清晰的戰略并避免在實施過程中遭遇障礙。為此艾默生專門成立了一個數字化轉型團隊,整合公司各種關鍵資源,幫助企業用戶開發和實施切實可行的數字化轉型戰略,打造智能工廠,共同實現標桿績效。

 

艾默生數字化轉型團隊利用艾默生Plantweb數字生態系統整體架構,將咨詢、項目實施、智能傳感技術、數據管理和分析方面的現有專業知識高效融合,幫助客戶建立清晰的數字化轉型愿景,并幫助進行戰略的實施和執行,在每個步驟中實現可衡量的結果。艾默生通過以下解決方案及服務和用戶一起實現數字化的轉型:

 

·      運營確定性咨詢服務:在提高企業可靠性、安全性、生產和能源利用率方面為企業制定和實施可執行的企業級路線圖。

·      設備性能分析:全面的預測性診斷和高級分析產品組合,提供相關設備資產運行狀況及性能洞查。

·      行業解決方案:深厚的專業解決方案知識,可推動制定關鍵績效指標。

·      普適測量方案:高度集成、易于部署且遠程鏈接的智能設備組合,包括無線智能儀表和非侵入式測量設備。

·      項目管理:實施數字化轉型項目的最佳實踐、工具和資源。

 

艾默生在北京、南京和上海都建有不同主題的體驗中心,為正在探索新思路的用戶提供直觀的體驗,北京中心聚焦普適測量和和各種應用管理平臺,南京中心提供前沿的增強現實以及數字雙胞胎技術,上海中心則側重設備可靠性方案的呈現。更重要的是我們為用戶提供艾默生的資深專家咨詢服務,通過討論和特定的測試,專家可以幫助企業發現面臨的挑戰及獲得提升的潛能。

 

艾默生作為卓越技術、工業數字化轉型解決方案的提供者,依托Plantweb數字生態系統,可很好地為傳統項目提供數字化智慧化提升,為新建項目提供數字化咨詢、以及基于數字化技術的全生命周期服務,同時還能為用戶企業提供數字化人才的培訓

 

未來,艾默生將持續在中國發展,繼續執行本土化發展戰略,進一步完善和拓展本土化能力,更好地滿足不斷變化的客戶需求。

 

Q4:艾默生是如何對轉型進行布局的?擁有何種戰略?

 

陳鵬:融合、協同、跨界已經成為當前智能工廠發展的熱門詞語,無論是用戶還是解決方案的供應商都要打破固有觀念,開拓思路,具有創新意識,艾默生也在不斷進行結構調整以順應市場需求的不斷變化,業務覆蓋從設備和系統向軟件應用及服務咨詢擴展,從流程行業向離散行業擴展,旨在成為用戶值得信賴的業務合作伙伴,更有效地為用戶提供落地的解決方案和可衡量的業務收益。

 

近幾年艾默生通過戰略合作、投資和創新,不斷擴展工業物聯網的能力,構建業界深度廣泛的運營分析組合。這些專業資源將共同幫助和引導客戶制定正確的數字化轉型戰略和計劃,加速實現標桿績效。艾默生自2016年起開始轉型,聚集工業軟件,在數據管理領域進行了14項收購,增強在工廠分析、模擬軟件、云技術和數據采集等領域的能力,實現業務多元化,為用戶提供范圍更為廣泛的服務,包括為用戶企業提供數字化人才的培訓。

 

Q5:工業互聯網是5G商用的主戰場,5G與工業互聯網融合發展是二者技術演進的必然選擇。那么,艾默生是如何擁抱5G新世界的?

 

陳鵬:在艾默生的無線網絡方案中,分為現場無線網絡和工廠無線網絡,在現場網絡中工業無線傳感器的通訊主要采用WirelessHART技術,它的特點是能在復雜工業環境中保持通訊穩定,具有自組織網絡的功能,且無線設備電池續航能力根據數據更新速率的不同可達5-10年;在工廠無線網絡中,各種視頻、手持設備等移動應用,以及數據向云端回傳的應用則是WiFi和5G技術高速率和高帶寬大顯身手的地方。


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 WirelessHART技術 | 圖  源:艾默生


Q6:信息安全是工業互聯網發展的“底座”,您如何看待工業互聯網安全風險問題?艾默生采取了何種措施規避此類風險?

 

陳鵬:對于信息安全我想從兩個方面來談一談:

一、數據的安全存儲及傳輸

二、控制系統的網絡安全

 

一、

再好的信息如果不能為人們所用,那么它們也是沒有任何價值的。如何從現場的傳感器、儀表和應用獲取數據,同時確保設備和網絡不受外界侵入和攻擊呢?又如何控制應該由誰獲得哪些數據呢?為了應對指數級增長的運營數據管理需求,艾默生推出了Plantweb Optics數據湖,可滿足工業 4.0 的數據管理要求。只需從一個集中位置,即可安全地連接、存儲和關聯不同工廠中產生的各種運營數據,數據湖支持各種輸出方法包括OPC UA 服務器和可供開發Web API;為了安全傳遞過程運營數據,艾默生的工業物聯網方案采用Secure First Mile這一數據接入端安全技術,它包括網絡安全服務、安全靈活的服務器、網關和數據單向傳輸技術,以確保數據運營技術系統中的數據可以方便安全地與基于網絡的應用相連接。Secure First Mile 主要是在產生過程數據的地方將傳感器或其它設備信息轉化為安全的數據供英特網和云端使用。

 

過程數據的安全傳輸并不是一個新的課題,它可用傳統的7層普渡模型來說明,將網絡分段,數據從運營技術系統需要通過多個層級,穿越重重網絡防火墻,并轉化為歷史數據,最后到達英特網端口。當企業規模較大而且配備足夠IT人員的時候,這是一種很有效的數據安全方式,但是這需要正確的配置和大量的人工,尤其是在有新設備加入時。

 

在普渡模型中,安全的運營技術環境在0、1、2、3層,安全的信息技術環境是4、5級。Secure First Mile在3.5級,保護和實現OT與IT的連接。我們還使用OPC-UA通訊標準,將智能設備和我們的AMS設備管理軟件與OT層面上的OSIsoft相連,然后通過Secure First Mile 與 IT層面的OSIsoft和云軟件通訊,這種方式涉及多個層次的軟件和相關應用,數據穿過網絡雖然可行,但很復雜;有效,但難以維護。

 

Secure First Mile提供的是數據單向向外傳輸,這樣可以方便地抵御外部數據流入。生產數據可以向外送到物聯網云端,而外部數據則完全沒有接入的通道。


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Secure First Mile安全技術 | 圖  源:艾默生 


二、

過去工廠過程控制系統(DCS)及設備控制系統(PLC)的網絡安全問題被孤島操作所掩蓋,數字化智能化大數據時代,工廠控制系統從封閉走向開放,網絡安全問題將不可避免。控制系統是有別于普通IT系統的專用設備,IT部門無法了解控制系統專有通信和平臺機制,通用IT措施是無法完全保證控制系統網絡安全的,而過去10年也出現了非常多專門針對工業控制系統的病毒黑客事件,對工廠造成了嚴重后果。艾默生的控制系統對標中國等保2.0 和 IEC62443標準,提供安全評估、病毒防護、邊界隔離、端口加固、多因子訪問、工業安全審計、通信深層安全解析、遠程安全訪問等方案,以建立主縱深防護的安全策略,對抗控制系統中常見的可利用缺陷,保護控制系統的安全,進而確保工廠生產安全。


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圖  源:艾默生 

 

Q7:在您看來,目前工業互聯網發展成熟度如何?還面臨哪些機遇與挑戰?

 

陳鵬:中國工業互聯網的發展已取得一些成效,但依然處于較為初期的階段,當前也沒有一個平臺能夠占居全范圍覆蓋或絕對領先的地位,這也就意味著對于用戶企業來說需要考慮不同應用采用的不同通訊標準是否能夠共存,不同廠商的平臺和系統是否能有效地協同工作,廠商提供的是技術本身還是針對實際應用場景的落地方案。當然,在國家的積極推動下,政策和市場給予企業諸多有力支持,這將驅動工業互聯網的進一步快速發展,對于企業來說更應該好好把握這一契機,搭載時代進步的快車。



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