基于對(duì)獲得更快、更高投資回報(bào)的期望，工業(yè)組織正在大力投資于數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施。這些組織依賴于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)推動(dòng)運(yùn)營(yíng)效率、業(yè)務(wù)管理和安全方面的創(chuàng)新，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)萬(wàn)億美元的商業(yè)價(jià)值。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，將需要新型解決方案來(lái)集成智能工業(yè)設(shè)備，實(shí)施有效管理，優(yōu)化相關(guān)運(yùn)營(yíng)。該解決方案的其中一部分就是提供一款全新的控制器，這是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的主要自動(dòng)化組件。與傳統(tǒng)可編程邏輯控制器(PLC)一樣，該控制器將提供邊緣技術(shù)來(lái)控制所連接的資產(chǎn)，但它可以通過(guò)以太網(wǎng)連接、內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全和處理能力擴(kuò)大功能，從而處理大數(shù)據(jù)分析并防御新的漏洞。各企業(yè)已開始應(yīng)用適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的控制器來(lái)提高上市速度、生產(chǎn)能力、能效、數(shù)據(jù)可見(jiàn)性和安全性。
1、不要將盈利的機(jī)會(huì)埋沒(méi)在工廠車間
目前關(guān)于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的討論十分熱烈。對(duì)于這些只是紙上談兵，還是可以轉(zhuǎn)化為工廠的實(shí)際利潤(rùn)，各行業(yè)高管說(shuō)法不一。但是很快，第二種觀點(diǎn)將勝出。例如，埃森哲咨詢公司(Accenture)預(yù)測(cè)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的業(yè)務(wù)效率及相關(guān)業(yè)務(wù)模式，可能會(huì)為全球經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)14萬(wàn)億美元的價(jià)值。
普華永道公司(PricewaterhouseCoopers，簡(jiǎn)稱PwC)對(duì)26個(gè)國(guó)家9個(gè)主要工業(yè)領(lǐng)域的2000多名參與者進(jìn)行了調(diào)查。The Manufacturing Connection網(wǎng)站創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Gary Mintchell認(rèn)為這次調(diào)查提供了以下主要見(jiàn)解：工業(yè)4.0和數(shù)字制造等話題是否過(guò)于宣傳和炒作？普華永道公司最近調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，企業(yè)高管預(yù)測(cè)可在兩年內(nèi)從“數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施”中獲得投資回報(bào)。工業(yè)4.0以及物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字制造背后的戰(zhàn)略和技術(shù)實(shí)際上可能將幫助我們跨越制造業(yè)的下一次分水嶺。
2、利潤(rùn)率規(guī)劃
Mintchell總結(jié)的其他重點(diǎn)調(diào)查結(jié)論包括以下幾點(diǎn)：
①工業(yè)制造公司計(jì)劃在未來(lái)5年內(nèi)將年收入的5%投資于數(shù)字運(yùn)營(yíng)解決方案領(lǐng)域。
②許多公司已開始投入機(jī)器生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)工廠的愿景，即利用互聯(lián)網(wǎng)功能來(lái)連接機(jī)器、傳感器、計(jì)算機(jī)和人類，將信息監(jiān)控、采集、處理和分析提高到新的水平。這就擴(kuò)大了公司可提供給客戶的產(chǎn)品和服務(wù)范圍，幫助他們以協(xié)作的方式來(lái)設(shè)計(jì)未來(lái)機(jī)器和數(shù)字化環(huán)境，從而提高業(yè)務(wù)性能。
③機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作、3D打印和納米等許多技術(shù)可直接應(yīng)用于各種工業(yè)制造應(yīng)用，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)則能幫助制造商為客戶提供實(shí)時(shí)信息和培訓(xùn)。
調(diào)研機(jī)構(gòu)對(duì)超過(guò)2500名業(yè)務(wù)決策者的全球調(diào)查3顯示，受訪者對(duì)可盈利工業(yè)創(chuàng)新的期望不謀而合，越來(lái)越多的人達(dá)成共識(shí)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)前景十分廣闊：
如今的全新自動(dòng)化技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)其運(yùn)營(yíng)效率目標(biāo)？這主要取決于這些技術(shù)如何在快速變化的全球經(jīng)濟(jì)中，通過(guò)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型來(lái)幫助提高生產(chǎn)價(jià)值并降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，特別是原材料、能源和安全成本。
3、保持控制
過(guò)去，當(dāng)需要在工業(yè)運(yùn)營(yíng)中平衡多個(gè)元素時(shí)，一般會(huì)轉(zhuǎn)向自動(dòng)化技術(shù)，包括邊緣控制(在“邊緣”中，本地實(shí)時(shí)決策能滿足更高的控制功能)以及高級(jí)分析軟件。
連續(xù)流程行業(yè)(包括石油和天然氣、化學(xué)生產(chǎn)和發(fā)電)已通過(guò)使用分布式控制系統(tǒng)(DCS)將更多的企業(yè)流程置于控制范圍之內(nèi)。離散式制造業(yè)已成功使用可編程邏輯控制器(PLC)多年，得以控制產(chǎn)品資產(chǎn)，消除運(yùn)營(yíng)中的低效率現(xiàn)象。而混合行業(yè)則結(jié)合了食品和飲料、水處理和其他市政運(yùn)營(yíng)中連續(xù)和離散式運(yùn)營(yíng)作業(yè)，專注于實(shí)現(xiàn)批量和連續(xù)運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化。
4、加速變革
所有這些方面的挑戰(zhàn)在于如何實(shí)施自動(dòng)化的同時(shí)，確保提高利潤(rùn)。目前所采用的大多數(shù)控制策略是為了應(yīng)對(duì)在一定程度上保持靜態(tài)的業(yè)務(wù)環(huán)境。但是，在當(dāng)前制造業(yè)運(yùn)營(yíng)環(huán)境中，人們?cè)絹?lái)越多地期望以較低的成本獲得較高的收益，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)業(yè)務(wù)中斷現(xiàn)象。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是這些變化的產(chǎn)物，同時(shí)也是其中一個(gè)影響因素，并將繼續(xù)作為一個(gè)重要的考慮因素。
生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜性已與日俱增。如果將未來(lái)可能處于互聯(lián)狀態(tài)的大量智能設(shè)備以及隨之產(chǎn)生的所有大數(shù)據(jù)納入考慮范圍，則實(shí)施控制方案將變得至關(guān)重要。DCS技術(shù)可以處理這一控制范圍，但對(duì)于支持這一操作所需的編程和流程工程方面的成本將越來(lái)越難以合理化。
對(duì)于在這些條件下證明為更加可行的自動(dòng)化模式，控制邏輯和流程控制的問(wèn)題則應(yīng)從在整個(gè)流程級(jí)別中解決轉(zhuǎn)變?yōu)樵谫Y產(chǎn)級(jí)別進(jìn)行解決。然后對(duì)每個(gè)設(shè)備的流程進(jìn)行處理和優(yōu)化，并通過(guò)通信連接到其他資產(chǎn)。這是在分層結(jié)構(gòu)分析環(huán)境下執(zhí)行的，類似于Tom DeMarco在其行業(yè)經(jīng)典文章《結(jié)構(gòu)分析和系統(tǒng)規(guī)格》4中所提出的觀點(diǎn)。
5、全新控制器需求
以資產(chǎn)為中心的方法非常類似于PLC操作方法，PLC是由Modicon在50年前引市場(chǎng)的。盡管這些設(shè)備已在工業(yè)領(lǐng)域流行多年，傳統(tǒng)PLC及其最近的替代產(chǎn)品可編程自動(dòng)化控制器(PAC)是否可繼續(xù)作為資產(chǎn)級(jí)別的控制裝置？這些控制器在很大程度上保留了控制基礎(chǔ)設(shè)施方面的現(xiàn)有投資，但仍需要一些其他的功能以應(yīng)對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)帶來(lái)以及在未來(lái)15到20年內(nèi)將繼續(xù)推動(dòng)的變化。
其中最重要的要求是通過(guò)以太網(wǎng)連接來(lái)提取企業(yè)生產(chǎn)力應(yīng)用程序中所使用的數(shù)據(jù)；提高處理能力來(lái)處理日益增加的復(fù)雜性；提供網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)來(lái)安全獲取開放式計(jì)算的優(yōu)勢(shì)；以及提供面向?qū)ο蟮母呒?jí)工程環(huán)境來(lái)降低工程成本，縮短工程時(shí)間。
6、控制工業(yè)資產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)
最新控制器標(biāo)志著一個(gè)新類別的產(chǎn)生：適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的PAC。從控制的角度而言，可將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)看做工業(yè)資產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)。這些新的高級(jí)PAC用于提供管理人員所需的所有資產(chǎn)信息。其面向未來(lái)的優(yōu)勢(shì)包括預(yù)編程應(yīng)用程序庫(kù)以及開放式編程環(huán)境；設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全；全嵌入式以太網(wǎng)；以及容錯(cuò)設(shè)計(jì)。
工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成商RASTER創(chuàng)始人Jan Dekker表示：“對(duì)于高管來(lái)說(shuō)，合適的PAC將使您能夠保留最近25年所做出的大量控制基礎(chǔ)設(shè)施投資。但您也將獲得未來(lái)25年所需的適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)?！?/span>
值得一提的是，在混合行業(yè)中，能夠?qū)嶋H體現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)的最新PAC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。而如果不進(jìn)行升級(jí)，企業(yè)會(huì)將所有隱性的收入埋沒(méi)在工廠車間。
7、促進(jìn)實(shí)際商業(yè)價(jià)值的提升
特別是在面向?qū)ο蟮募森h(huán)境中使用時(shí)，高級(jí)PAC可大幅提高商業(yè)價(jià)值。即使從短期來(lái)看，監(jiān)管棕色地帶或綠色地帶現(xiàn)代自動(dòng)化項(xiàng)目的高管也可在數(shù)月內(nèi)在這些PAC開支中看到投資回報(bào)，而不需要數(shù)年的時(shí)間。而從長(zhǎng)期來(lái)看，以合適PAC設(shè)備為核心的自動(dòng)化項(xiàng)目應(yīng)從資產(chǎn)中獲得更高的投資回報(bào)。這些項(xiàng)目提高了全球工廠的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)率和安全性，同時(shí)直接影響到整個(gè)組織的利潤(rùn)。
支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)功能的PAC可產(chǎn)生以下影響：
①提高生產(chǎn)率。例如，通過(guò)采用這種高級(jí)PAC，越南的一家飼料加工廠已將飼料生產(chǎn)速度提高了3倍。此外，通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化單一控制產(chǎn)品系列，該工廠還大幅削減了布線成本。整體上，該飼料加工廠將生產(chǎn)率提高了3%，同時(shí)將成本降低了30%。
②提高運(yùn)營(yíng)可見(jiàn)性。如果缺少精確的資產(chǎn)位置、流程狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)，將可能導(dǎo)致每年收入增加3%，而且通常會(huì)造成離散/混合制造工廠的利潤(rùn)下降，嚴(yán)重影響整個(gè)企業(yè)的凈收益。具有透明性和開放性的本地網(wǎng)絡(luò)的PAC自動(dòng)化項(xiàng)目可帶來(lái)重要的運(yùn)營(yíng)可見(jiàn)性。
③經(jīng)濟(jì)高效的能源管理。計(jì)算顯示，通過(guò)提高能源使用數(shù)據(jù)的效率和透明度，可將中等規(guī)模設(shè)施的年度能源消耗從600萬(wàn)美元減少至480萬(wàn)美元。
④加快上市。在面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境中實(shí)施現(xiàn)代控制器，可節(jié)省數(shù)百萬(wàn)項(xiàng)目啟動(dòng)成本，將上市時(shí)間縮短至少25%，并可從生產(chǎn)提前上線中獲得額外生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。
⑤網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)。在任何特定年份，制造商現(xiàn)在遭遇敵對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件或網(wǎng)絡(luò)攻擊的概率為32%。在當(dāng)前世界中，數(shù)據(jù)違規(guī)總成本平均達(dá)到370萬(wàn)美元以上，而全面的工廠范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全策略可大幅降低網(wǎng)絡(luò)攻擊的可能性，這在當(dāng)前形勢(shì)下尤為重要。
新一代控制器可以提高商業(yè)價(jià)值，因此便于簡(jiǎn)化升級(jí)操作，即使資金成本持續(xù)面臨下行壓力。
8、概覽
不同個(gè)體對(duì)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的優(yōu)勢(shì)具有不同的評(píng)估。工廠經(jīng)理主要考慮運(yùn)營(yíng)效率和員工安全；控制工程師考慮便捷的設(shè)計(jì)和出色的技術(shù)；維護(hù)經(jīng)理可能最重視快速識(shí)別問(wèn)題和輕松排除故障的能力。而綜合考慮所有這些問(wèn)題的高管，則必須更加關(guān)注利潤(rùn)率、股東價(jià)值和公司成長(zhǎng)等問(wèn)題。
利用最先進(jìn)的PAC技術(shù)獲得工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)證實(shí)這可在所有上述方面帶來(lái)巨大的收益。這些控制器可幫助制造商更快速地獲得投資回報(bào)，更重要的是可以激發(fā)全新的商業(yè)模式，幫助他們?cè)谖磥?lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)整體利潤(rùn)的大幅提升。
作者：Peter G.Martin博士
Peter G. Martin博士是自動(dòng)化和控制領(lǐng)域的著名領(lǐng)導(dǎo)和創(chuàng)新人物。他已在該領(lǐng)域耕耘超過(guò)37年之久；著作三本書籍，合著兩本書籍，還是另外三本書籍的叢書作者；在這些學(xué)科出版過(guò)幾十篇文章和論文。他在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)衡量和控制領(lǐng)域已經(jīng)（或即將）持有多項(xiàng)專利。他被財(cái)富雜志評(píng)為“美國(guó)制造業(yè)的英雄人物”(Hero of U.S. Manufacturing)，被InTech雜志評(píng)為“控制領(lǐng)域50位最具影響力的創(chuàng)新人物”(Fifty Most Influential Innovators in Control)，并被Control雜志評(píng)為“自動(dòng)化名人堂”(Automation Hall of Fame)成員；另外還榮獲ISA的“終生成就獎(jiǎng)”(Life Achievement Award)。Martin獲得數(shù)學(xué)專業(yè)理科學(xué)士和理科碩士學(xué)位、行政和管理專業(yè)文學(xué)碩士學(xué)位、工業(yè)工程專業(yè)博士學(xué)位以及圣經(jīng)研究專業(yè)碩士和博士學(xué)位。
