工業自動化屬于一個較寬泛的技術框架范疇，且從工業網絡和移動計算機處理技術中受益良多。此類技術的組合將有助于將“互聯工廠”、“工業4.0”和工業物聯網(IIoT)從概念變為現實，但在逐一實現此類概念的過程中會引起一系列的困惑，讓人覺得對相關的實施工作無從下手。本文通過對此類概念介紹，列舉了組織在制定某一行之有效的實施戰略過程中應考慮的關鍵因素，并探討了連接、監測和控制操作帶來的運營優勢。

過去20年，科學技術日新月異。其中，工業網絡和移動計算持續影響著制造業。這些技術幫助全球制造商和組織將諸如“互聯工廠”、“工業4.0”和工業物聯網(IIoT)的設想轉變為現實。不過，這些概念又有什么區別？本白皮書將首先定義這幾個概念，并隨后解釋組織在設計一個有效的實施戰略時需要考慮的關鍵要素，同時闡釋實現連接、監測和控制運營的優勢。

概念定義

什么是互聯工廠？

互聯工廠是一種對制造環境的構想，根據這種構想，每臺機器都能與工廠內和其他遠程地點的所有其他機器與設備相互通信。互聯工廠旨在連接、監測和控制幾乎任何地點的任何設備，提升運營生產率和盈利能力。

什么是工業4.0？

根據維基百科說明，工業4.0是“一個為價值鏈組織使用的技術和概念的集合名詞”。這個詞最先見諸于德國政府關于第四次工業革命的高科技戰略計劃，其基礎是高度互聯工廠內部及工廠間生產資源的動態優化。

什么是工業物聯網(IIoT)？

類似于互聯工廠和工業4.0，IIoT意味著組織可以連接包括舊有設備在內的多個不同設備，并讓它們相互之間實現“對話”。通過收集、分析并利用來自新的和遺留設備的數據，組織能夠提高效率并獲得競爭優勢。

設計一個有效的實施戰略

當今許多組織都迫切希望實施互聯工廠、工業4.0和IIoT概念，從而實現諸多益處，例如降低運營成本、實現更好的可視性和控制能力等。然而對于大部分組織來說，建設全新設施或“推倒舊有的一切重新來過”既不現實，成本也不劃算。因而，眾多解決方案都是在不影響日常運營的前提下利用原有設備、巧妙部署組件，實現擴展的監測和控制。升級設施時，應盡早設定預期，這一點很重要。盡管網絡中的每件設備都有IP地址，但這不等于您能夠使用移動設備登錄每一個面板儀表、水泵和變頻器。要使設施進入21世紀，其中包含了若干個核心基本法則，這些法則可以確保實現順利過渡并提供訪問、監測與控制各地所傳來信息的能力。

設計一個有效的實施戰略的第一步便是要深入了解組織運營環境以及構成運營環境的設備、應用程序和過程。在付諸行動之前，組織應考慮以下5大關鍵因素：

1.舊有設備

將庫存設備聯網。這些設備的使用年限如何？它們是否需要更新換代？舊有設備是否能夠與更新后的設備通信？這將花費多少時間和成本？什么樣的高成本效益解決方案可以妥當處置現有的基礎設施？

2.協議/通信

在設備中，網絡裝置正在使用的通信協議是什么？有幾個正在使用？是否需要改變通信協議使設備能夠與環境中的其它設備通信？您工作場所使用什么類型的傳輸介質？是光纖電纜？串口通信(RS-232/422/485)？還是銅質端口？

3.位置/環境

您的設施位于何處？如果您的設備位置偏遠，是否能夠通過蜂窩網絡監控？您的位置是否可以連上3G或4G/LTE網絡？倘若不能，是否允許寬帶或光纖連接？此外，建筑物內的整體環境如何？是否炎熱且布滿灰塵，抑或是可控的溫度環境？是否存在頻繁振動？你正在使用的工業級設備是否具備大環境評級和工業認證？

4.安全性

BusinessInsiderIntelligence的最新調查顯示，39%的高層受訪者認為隱私和安全性是物聯網投資的最大障礙。安全性則是受訪者最常提及的擔憂因素。雖然這項調查是針對物聯網中的所有項目，但對于工業物聯網來說，安全性同樣是重要的考慮因素。當敏感數據被收集和傳播的時候，應如何保護它們？收集、監控、處理和存儲工業物聯網數據的系統采用了什么安全保護措施？您需要了解哪些與保護數據和信息相關的法規？

5.員工

隨著更多有技術門檻的設備添加到您的網絡，您是否有合適的IT員工和掌握熟練技術的其他員工，以幫助您在工廠中實施安裝和監控任務？是否需要軟件或遠程監控裝置在其他地點對設備進行監控？

一旦萬事俱備，則組織應逐步實現以下三點：

·使設備之間能夠通信

·確保整個設施的運營效率

·提供可讓設備通信的安全平臺

使設備之間能夠通信

在有些工廠中，驅動器、傳感器、可編程邏輯控制器(PLC)、面板儀表和其他自動化設備可能已使用多年，甚至是幾十年。要實現互聯工廠，其中的難點在于如何讓這些設備通過采用RS232/422/485串行電纜的專屬通信協議進行通信。盡管這些串行協議比較高效，但在過去往往是為特定應用而制定的。許多這些應用并不包括通過TCP/IP網絡進行24/7監測的功能。為了將這些設備納入互聯工廠、工業4.0和IIoT的框架內，組織的工程師必須首先確保設備能夠與工廠內的其他設備通信。現在，公司可選擇在現場使用支持不同協議的高級HMI、協議轉換器和其他自動化產品，以連接來自不同制造商的設備。這些cc在通信時無需考慮物理媒介，可提供流暢的工業傳輸和多協議支持。

確保整個設施的運營效率

實現運營效率的渠道多種多樣，其中之一是使用從生產線監測點收集的數據以最大限度減少浪費和停機時間。隨著技術的持續改進，這些狀態點將包括來自更廣泛來源的更多信息。管理型以太網交換機將能夠以生產線上傳感器報告產品狀態的相同方式來報告整個設施中的數據流。這種擴大收集運營數據的做法，使組織能夠通過可視化管理解決方案獲得隨時待用的數據，從而收集、記錄和顯示重要的關鍵績效指標(KPI)和安燈(Andon)信息。實時顯示這種關鍵績效數據，有助提高生產率和增加產量。這個概念不局限于在組織內進行連接、通信和監測，還能外延至供應和分配鏈，從而全面呈現完整的運營情況。

提供可讓設備通信的安全平臺

路由器部署在網絡中，以限制特定類型的網絡流量或傳輸至特定用戶的網絡流量，將網絡攻擊的風險降至最低。另一種技巧是實施NAT（網絡地址轉換）。NAT是一種針對入站訪問掩蓋網絡設備的技術，但不會影響網絡中的流量。最后，VPN設備還通過創造傳輸敏感數據的虛擬“隧道”，確保工廠到工廠、供應鏈到工廠或工廠到經銷商的通信安全。

總體實施優勢

互聯工廠、工業4.0和/或IIoT模型的效率并非衍生自連接的絕對數量，而是來自高價值的連接以及設備與人之間和諧對話所產生的競爭優勢。與操作員、控制系統和軟件應用的無縫通信，加之實用的網絡選項和支持本地功能與協議，為從工業設備提取數據提供了非凡的意義。這些功能將自動化和遠程管理提高到了新境界，使該設想成為現實。各組織采用專門設計的支持組件將所有設施精密地集成統一網絡，實現連接、監測和控制功能，以獲得以下優勢：

·延長設備使用壽命：過強大的協議轉換功能，提升原有設備的價值。

·改進流程透明度：通過數據記錄和通信功能，洞察設備狀態并提高生產力。

·將控制功能拓展至網絡邊緣：通過設備端的控制功能擴展系統管理，替代了原有中控室的控制方式

這些優勢不僅能顯著降低總擁有成本，加快設備部署進度，還能為各種應用提供更穩定的端對端功能。

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