信息的數(shù)字化(信息的數(shù)字化技術(shù)已初步被模擬化技術(shù)所取代)

圖片來源：SIEMENS

作者 | Michael McEnery

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數(shù)字化是應(yīng)用軟件解決方案通過數(shù)據(jù)來改善或改變業(yè)務(wù)流程；而數(shù)字化轉(zhuǎn)型則可以包括許多數(shù)字化工程，通過使用數(shù)字技術(shù)來改變商業(yè)模式并提供新的收入和價值創(chuàng)造機(jī)會。

”

在最容易被人誤解的技術(shù)術(shù)語中，數(shù)字化（Digitalization） 排 名 靠 前。它經(jīng)常被誤用并與類似的術(shù)語混淆，例如數(shù)位化（Digitization）和數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè) 4.0。如果您深受失眠之苦，建議您在互聯(lián)網(wǎng)上搜索關(guān)于這些術(shù)語之間細(xì)微差別的學(xué)術(shù)討論，絕對可以治好您的失眠。

“數(shù)位化”通常是指將許多復(fù)雜多變的信息（例如過程測量和信號）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。“數(shù)據(jù)采集”通常使用過程歷史數(shù)據(jù)庫來收集、組織和存儲大量數(shù)字化信息，并且更頻繁地將這些數(shù)據(jù)存儲在云中。“數(shù)字化”是應(yīng)用軟件解決方案，通過數(shù)據(jù)來改進(jìn)業(yè)務(wù)流程。“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”是包括許多數(shù)字化項(xiàng)目的一種戰(zhàn)略性業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。

對于尚未參與過數(shù)字化工作的人，可能很難想象如何在您或您客戶的設(shè)施中實(shí)施數(shù)字化。本文將概述軟件工具如何通過將開發(fā)和維護(hù)復(fù)雜計(jì)算的職責(zé)，將數(shù)據(jù)傳遞到最終用戶手中，利用工廠車間的數(shù)據(jù)來提高效率、減少能耗、防止代價高昂的設(shè)備故障，減輕控制系統(tǒng)工程師的負(fù)擔(dān)。

通過應(yīng)用高級分析， Control Station 公司的 PlantESP 簡化了對比例 - 積分 - 微分（PID）控制器性能問題的識別，以及針對特定問題的糾正措施的實(shí)施。它是一種工廠范圍的監(jiān)控解決方案，使用現(xiàn)有的過程數(shù)據(jù)來主動識別和表征對生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)能力產(chǎn)生負(fù)面影響的問題。該控制回路性能監(jiān)控（CLPM）工具可以確定的常見問題包括機(jī)械的、重復(fù)發(fā)生的回路相互作用和 PID 控制器整定。它使工廠員工可以識別人眼無法察覺的細(xì)微趨勢和性能下降。

舉個例子來說明如何利用 CLPM 工具來識別復(fù)雜性能問題。在加拿大的一家石油開采設(shè)施中，工程師無法識別出關(guān)鍵生產(chǎn)裝置中的波動來源。這些波動嚴(yán)重影響裝置的蒸汽質(zhì)量，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低。通過采用控制回路性能監(jiān)控工具后，該系統(tǒng)立即確認(rèn)了波動現(xiàn)象，并量化了多個控制回路之間增加的振蕩。使用功率譜分析，工程師可以快速識別出具有相同頻率特性的回路，從而可以縮小搜索范圍。借助該技術(shù)的互相關(guān)工具，建立每個回路之間的超前 - 滯后關(guān)系，并查明了根本原因：閥門遲滯，靜摩擦力過大（“靜摩擦力”是指當(dāng)物體與另一物體沿接觸面的切線方向運(yùn)動或有相對運(yùn)動的趨勢時，在兩物體的接觸面之間有阻礙它們相對運(yùn)動的作用力）。僅用了數(shù)個小時，該軟件就解決了工廠人員數(shù)周以來都無法解決的問 題。

Atonix Digital 公司的監(jiān)控和診斷產(chǎn)品 ASSET360，可以從整個基礎(chǔ)架構(gòu)收集現(xiàn)有數(shù)據(jù)，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)來向運(yùn)行人員報告異常行為并簡化問題診斷。它將行業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)知識與機(jī)器學(xué)習(xí)和高級模式識別相結(jié)合，以識別過程設(shè)備的早期性能下降，從而在代價高昂的故障發(fā)生之前，進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。分析可以在云端進(jìn)行，遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)視服務(wù)通常與該軟件結(jié)合使用（請參見圖 1）。

▎圖 1 ：在 Ast360 趨勢的模式識別，顯示了煤礦風(fēng)扇軸承振動的預(yù)期值（ 紅 色 ）與實(shí)際值（藍(lán)色）。圖片來源 ：McEnery Automation

在過去的 3 年中，該系統(tǒng)已在一家煤礦中投入使用。快速輕松地監(jiān)控、分析、診斷和解決問題的能力，為實(shí)施更具戰(zhàn)略意義的項(xiàng)目和計(jì)劃提供了更大的靈活性。早期修復(fù)還延長了許多資產(chǎn)的使用壽命。在部署該解決方案后的 3 年里，該工廠就識別和解決了 320 多個 問題，節(jié)約了成本，提高了可靠性。延長資產(chǎn)壽命，減少停機(jī)，再加上其它效率提升，使該工廠節(jié)省了數(shù)十萬美元。

基于云的監(jiān)控對于識別隨時間變化的大型工藝設(shè)備可能很適合，但對于高速設(shè)備的即時響應(yīng)則不適用。該技術(shù)的一個示例是來自 Foghorn 公司的 Lightning 邊緣計(jì)算系統(tǒng)。該系統(tǒng)將機(jī)器學(xué)習(xí)和分析應(yīng)用于高速應(yīng)用的海量 數(shù)據(jù)，以推薦實(shí)時的設(shè)備配置調(diào)整。通常，將要處理的整體數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，發(fā)送到長期數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，例如歷史數(shù)據(jù)庫。

McEnery Automation 公司作為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的一部分，為一家大型消費(fèi)產(chǎn)品制造商實(shí)施了 Lightning 邊緣計(jì)算系統(tǒng)，通過監(jiān)控包裝重量、 識別模式變化，并建議設(shè)備調(diào)整來改善高速包裝線的性能。

允許傳統(tǒng)上存儲在運(yùn)營技術(shù)（OT）端（控 制網(wǎng)絡(luò)）的數(shù)據(jù)與信息技術(shù)（IT）端（業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)）共享是一項(xiàng)重大轉(zhuǎn)變。

對于一家大型自來水公司而言，歷史過程數(shù)據(jù)通常保存在多個 SQL 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，遍及不同地區(qū)的各個站點(diǎn)，并且只能在控件網(wǎng)絡(luò)上訪問。業(yè)務(wù)所需的所有法規(guī)和運(yùn)營報告均由自動化和控制組管理。McEnery 公司協(xié)助將這些數(shù)據(jù)遷移到 OSIsoft 的 PI 系統(tǒng)中。本地?cái)?shù)據(jù)庫接口在每個站點(diǎn)將數(shù)據(jù)緩沖后，再發(fā)送到位于公司總部控制網(wǎng)絡(luò)上的一個中央存儲庫。位于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)上的一臺 PI 資產(chǎn)框架 （AF）服務(wù)器，充當(dāng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，同時可以組織和情境化數(shù)據(jù)。這對服務(wù)器在兩個網(wǎng)絡(luò)之間創(chuàng)建自己的防火墻。SQL 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫將資產(chǎn)信息提供給 PIAF 服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)情境化。在將數(shù)據(jù)組織分配到標(biāo)準(zhǔn)化的層次結(jié)構(gòu)中， 并添加情境化數(shù)據(jù)后（例如范圍和工程單位的縮放比例、設(shè)備大小、型號和序列號），業(yè)務(wù)用戶就可以更輕松地訪問和理解數(shù)據(jù)。

這個新模型有很多優(yōu)勢。它為最終用戶提供數(shù)據(jù)訪問權(quán)限， 從而可以簡化報表生成過程，并提高站點(diǎn)之間的一致性。由于不再負(fù)責(zé)對報表和報表服務(wù)器提供 支持，因此控制工程師可以花費(fèi)更多的時間來確保進(jìn)入歷史數(shù)據(jù) 庫的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。由于能夠比較站點(diǎn)之間的過程和運(yùn)營數(shù)據(jù)，因此可以發(fā)現(xiàn)提高效率和 一致性的機(jī)會。工程部門能夠訪問數(shù)據(jù)，以用于全面的計(jì)劃研究、 瞬態(tài)壓力研究和泵的預(yù)測性維護(hù)（見圖 2）。

▎圖 2 ：多站點(diǎn)融合應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖。

在上述每個示例中，無論是通過應(yīng)用高級分析、向最終用戶提供對數(shù)據(jù)的訪問、匯總來自多個數(shù)據(jù)源和站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，還是將復(fù)雜的計(jì)算移出控制級系統(tǒng)，都會以某種方式轉(zhuǎn)換或簡化業(yè)務(wù)流程。在大多數(shù)案例中，收集到的數(shù)據(jù)都可以更高效的用于新的應(yīng)用。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，將為最終用戶創(chuàng)造更多價值。