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 導(dǎo)讀  

• 基于MindSphere的智慧污水處理

• 攜手MindSphere，實現(xiàn)冷軋機數(shù)字化

• 西門子對于實施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項目的問題、挑戰(zhàn)與思考

       工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將對全球生產(chǎn)力的提高產(chǎn)生巨大的推動作用，根據(jù)埃森哲預(yù)測，最新一輪數(shù)字化創(chuàng)新浪潮將惠及全球近三分之二的工業(yè)產(chǎn)出，到2030年經(jīng)濟增長可達14.2萬億美元。

     在福雷斯特（Forrester）近期發(fā)布的 Forrester Wave：2019年第四季度工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺評估報告中，西門子 MindSphere（以下簡稱“MindSphere”）被評為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺市場領(lǐng)導(dǎo)者，充分印證了 MindSphere 的跨越式發(fā)展及強勁的增長勢頭。MindSphere現(xiàn)已擁有500多家合作伙伴，包括微軟、AWS、艾睿電子和阿里云等等，這為西門子在中國的持續(xù)深耕提供了極大幫助。2019年，西門子正式啟動 MindSphere 中國合作伙伴計劃，旨在為 MindSphere 的認證合作伙伴提供技術(shù)、市場、財務(wù)等方面的全方位支持。截止2019年9月，MindSphere應(yīng)用已經(jīng)遍布17個國家的20個垂直行業(yè)中，吸引了超過1000名解決方案開發(fā)者，數(shù)據(jù)科學(xué)家和工程師。西門子在內(nèi)部則持續(xù)拓展 Mendix 平臺，包括面向數(shù)字工程的云服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，以及基于 MindSphere 的物聯(lián)網(wǎng)。作為西門子 Xcelerator 解決方案組合的核心，MindSphere 進一步強化了 Xcelerator 解決方案組合能力。

       MindSphere 能夠?qū)a(chǎn)品、工廠、系統(tǒng)和機器設(shè)備安全快速地連接到數(shù)字世界，充分挖掘企業(yè)在運營過程中設(shè)備和系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)潛在價值，將其傳輸?shù)?MindSphere 具有高級分析功能的工業(yè)應(yīng)用進行分析，進而產(chǎn)生更好的生產(chǎn)經(jīng)營成果。作為一種安全、可擴展的工業(yè)端到端解決方案，MindSphere 所覆蓋的業(yè)務(wù)范圍可從資產(chǎn)連接性到可執(zhí)行的業(yè)務(wù)洞察，助力整個企業(yè)提高生產(chǎn)力及效率。 

基于MindSphere的智慧污水處理

       每個工業(yè)行業(yè)都有自己的關(guān)鍵設(shè)備，對于污水處理行業(yè)，鼓風(fēng)機是整個工藝過程中最核心的設(shè)備，以一個小型的污水處理廠而言，通常需要8臺左右的大型工業(yè)鼓風(fēng)機持續(xù)的工作，如果其中一臺鼓風(fēng)機出現(xiàn)了運行故障，會導(dǎo)致工藝過程達不到要求，出水質(zhì)量受到嚴重影響，不得不停止生產(chǎn)，對設(shè)備進行維護和檢修。對于一個小型的污水處理廠（處理量10萬噸）而言，一天的停產(chǎn)導(dǎo)致的直接經(jīng)濟損失是30萬人民幣左右。同時，污水處理行業(yè)的出水質(zhì)量指標、核心設(shè)備的調(diào)試、運維等因素，也直接影響著該行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)運營成本以及效率。

MindSphere作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，針對上述情況，污水處理行業(yè)用戶提供包括工業(yè)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用程序開發(fā)支持等一站式的解決方案，。由于絕大多數(shù)污水處理廠都已經(jīng)完成自動化的改造，現(xiàn)場除了PLC之外，通常還有SCADA系統(tǒng)，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、報警、儀表等功能，可以通過OPC-UA Server快速的將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到MindSphere（如之前所講的溶解氧溶度，進水量，曝氣量，回流比等工藝參數(shù)）。在云端，西門子通過MindSphere提供的各種功能和服務(wù)，來對用戶的工業(yè)數(shù)據(jù)來進行處理，并且能夠通過Predictive Learning，用機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，來發(fā)掘的隱藏在出水質(zhì)量和工藝參數(shù)直接的“密碼”。利用MindSphere提供了的Asset Manager，能夠幫助用戶建立IoT數(shù)據(jù)模型，能夠面向數(shù)據(jù)變量、子部件、設(shè)備、產(chǎn)線、工廠、跨工廠的級聯(lián)型模型，方面用戶進行設(shè)備資產(chǎn)的管理，以及IoT數(shù)據(jù)采集點的定義。

而MindSphere提供的Fleet Manager，讓用戶能夠在云端集中的查看所有工廠下所有產(chǎn)線下所有設(shè)備中采集的數(shù)據(jù)點，并且能夠定義報警規(guī)則和響應(yīng)事件，以最簡單的方式實現(xiàn)多工廠、多產(chǎn)線條件下的遠程狀態(tài)監(jiān)控。同時，用戶還能以手動和API調(diào)用的方式，將設(shè)備運行所生產(chǎn)的日志信息以文件的形式存儲在云端，方便工程師日后結(jié)合設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)進行分析。

 在MindSphere，提供了Predictive Learning模塊，讓用戶通過數(shù)據(jù)來訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)模型，再通過模型來指導(dǎo)實際生產(chǎn)。MindSphere Predictive Learning結(jié)合了分析，統(tǒng)計和機器學(xué)習(xí)算法，可提供對數(shù)據(jù)趨勢的洞察利用所使用的數(shù)據(jù)來識別事件的模式和順序，通過大量數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和參數(shù)調(diào)整，模型就能夠根據(jù)溶解氧濃度作出鼓風(fēng)機風(fēng)量的預(yù)測，這樣用戶就能夠根據(jù)當前電價的情況，再保證最終出水質(zhì)量合規(guī)的同時，將風(fēng)量維持在一個較低的檔位，以最大程度的減少電力成本。

       成都市西匯水環(huán)境有限公司在使用MindSphere之后，與之前依靠純手工，非實時的方式進行工藝計算前后能耗的對比，平均一個小型的污水處理廠，每月節(jié)省的電費大概是幾萬到十萬不等，同時還有效的降低了氮的的排放量和生物能耗，體現(xiàn)的數(shù)字經(jīng)濟價值可見一斑。

攜手MindSphere，某鋼鐵廠實現(xiàn)冷軋機數(shù)字化

       鋼鐵行業(yè)作為我國重要的原材料流程制造行業(yè)，具備生產(chǎn)流程長、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、供應(yīng)鏈冗長等典型特征，當今正面臨設(shè)備維護成本高、下游需求日益?zhèn)€性化、環(huán)保壓力增大等挑戰(zhàn)，亟需圍繞設(shè)備管理、生產(chǎn)管控、供應(yīng)鏈管理、環(huán)保管理等方面開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型。軋機工序是冷軋生產(chǎn)的核心主體工序，經(jīng)過酸洗后的熱軋卷通過在軋機上按照工藝規(guī)程進行軋制后，得到不同壓下率，厚度規(guī)格品種的產(chǎn)品。軋機工序在整個冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)流程中起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著最終產(chǎn)品的厚度、板型、表面、性能等諸多質(zhì)量特性指標。如何通過采集、處理關(guān)鍵生產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)，進行云端存儲及分析，進而開發(fā)具有行業(yè)專屬解決方案的工業(yè)應(yīng)用，從而實現(xiàn)數(shù)字化呢？

       某鋼鐵廠借助MindSphere,分步驟實現(xiàn)冷軋機數(shù)字化的例子，可以回答上述問題。

1. 對軋機設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及健康分析

      軋機設(shè)備實現(xiàn)三維可視化，為冷軋機搭建三維模型，使關(guān)鍵組成部位與實物軋機一一映射，將軋機基本靜態(tài)信息，重要設(shè)備參數(shù)，輔助系統(tǒng)信息等關(guān)鍵信息提取上云，提升設(shè)備運行狀態(tài)可視化，為實現(xiàn)數(shù)字化雙胞胎打下堅實基礎(chǔ)。生產(chǎn)操作者可直觀了解軋機設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)各類系統(tǒng)自動推送信息進行及時處置；各層級管理者可通過遠程訪問設(shè)備，隨時隨地掌握重點設(shè)備運行情況。

分析電機溫度趨勢。左、右卷電機，上、下輥電機為軋機重要組成部分，各部位溫度直接或間接指征設(shè)備運行情況及健康狀態(tài)。MindSphere將PLC中相關(guān)數(shù)據(jù)采集至云端，利用云端統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)聯(lián)其他相關(guān)維度分析數(shù)據(jù)，通過實時可視化，呈現(xiàn)電機溫度變化趨勢,生產(chǎn)操作者和管理者可通過分析，結(jié)合其他云端數(shù)據(jù)，即可獲取各單元部位溫度隨產(chǎn)品型號、產(chǎn)能變化變化關(guān)系，積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

通過MindSphere對軋卷質(zhì)量進行管理。在鋼卷加工過程中獲取實時質(zhì)量信息，綜合分析鋼卷發(fā)生的時間和位置，為后續(xù)有目的的改進質(zhì)量水平提供數(shù)據(jù)依據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，獲取故障發(fā)生頻次，發(fā)生時工況等信息，從而改進質(zhì)量水平。這項工作可實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，收集每個鋼卷最后一個道次加工時，超出目標誤差（±5μm）的數(shù)據(jù)點。

2.生產(chǎn)組織優(yōu)化實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累

軋機乳化液指標檢測。乳化液對軋機穩(wěn)定生產(chǎn)非常重要，乳化液指標變化會直接影響軋機諸多生產(chǎn)、工藝參數(shù)，其中對壓下力影響最為顯著。MindSphere通過采集MES系統(tǒng)中乳化液檢測的各項數(shù)據(jù)，分析顯示各個參數(shù)的歷史趨勢、軋制油等添加劑的消耗量的歷史曲線圖，生產(chǎn)操作者和管理者可對上述數(shù)據(jù)自定義時間軸范圍，并選取不同參數(shù)在一張折線圖中進行相關(guān)性分析。

軋機軋輥檔案管理。軋輥在冷軋生產(chǎn)過程中屬于消耗品，軋輥狀態(tài)對于冷軋板質(zhì)量有重要影響，故對其更換、消耗信息必須進行詳細記錄并統(tǒng)計分析。MindSphere通過對生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的收集和積累，可以讓生產(chǎn)操作者和管理者實現(xiàn)對軋機軋輥的動態(tài)管理；通過發(fā)現(xiàn)軋輥異常，檢查設(shè)備，減少軋輥意外造成的冷軋板質(zhì)量缺陷。

西門子對于企業(yè)實施IIoT項目的問題、挑戰(zhàn)與思考

      下一代工業(yè)革命——“工業(yè)4.0”將引領(lǐng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，而數(shù)字化技術(shù)處于“工業(yè)4.0”的最前沿。這一工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)革命不僅已幫助企業(yè)實現(xiàn)其資產(chǎn)、產(chǎn)品、價值鏈及業(yè)務(wù)模型的互聯(lián)互通，同時也使企業(yè)能夠收集大量數(shù)據(jù)，并將之集中存儲以便進行分析。盡管工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)帶來大量增值機遇，但同時也造成了一系列難題，并使得實施數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全控制成為必然。

        為了為客戶創(chuàng)造更大的價值，工業(yè)公司必須堅定擴展其全球數(shù)字服務(wù)組合，但安全為他可能成為一大限制。互連設(shè)備行業(yè)的價值鏈存在更多的風(fēng)險點，構(gòu)成數(shù)據(jù)安全威脅，影響業(yè)務(wù)關(guān)鍵功能。作為自動化和互連設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，西門子深知深入實施前瞻性網(wǎng)絡(luò)安全政策的重要性。這一認知已深深嵌入MindSphere安全模型的基礎(chǔ)之中。通過與云基礎(chǔ)設(shè)施提供商及客戶充分合作，西門子針對MindSphere實施一致共享的政策和實踐。利用多層次安全保護機制，為敏感數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)與基礎(chǔ)設(shè)施提供保障。同樣地，MindSphere可以讓網(wǎng)絡(luò)安全性能貫穿工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的整個生命周期。

       隨著新一輪工業(yè)革命的推進，企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型正在讓現(xiàn)實與虛擬世界之間的界限越來越模糊，這要求IT和OT深度地融合，形成了一個貫穿企業(yè)價值鏈的數(shù)字孿生。一定程度上，IT和OT的融合可以幫助企業(yè)改善業(yè)務(wù)系統(tǒng)以及各部門之間的整體的信息流動，成為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要力量。

       根據(jù)麥肯錫（McKinsey）的調(diào)查，缺乏數(shù)據(jù)互操作性將鎖定IIoT潛在價值的60％。從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闃I(yè)務(wù)價值是永恒的挑戰(zhàn)，這在IIoT實施中尤為明顯。海量多樣的工業(yè)數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)分析的前提，可分析的數(shù)據(jù)量越多，行業(yè)洞察就越深刻，數(shù)據(jù)分析也就越準確。變數(shù)據(jù)為價值，正是MindSphere帶給客戶的首要收益。對于工業(yè)數(shù)字化企業(yè)而言，獲取數(shù)據(jù)只是第一步，將數(shù)字化技術(shù)與行業(yè)知識融合，創(chuàng)造價值才是關(guān)鍵。西門子對各個垂直市場有著深刻理解，通過MindSphere, 企業(yè)能夠分析具體業(yè)務(wù)場景，準確把握行業(yè)痛點，更加深入的了解客戶需求。

       工業(yè)互聯(lián)領(lǐng)域數(shù)據(jù)龐大，僅靠一家之力無法全面探索其中奧秘。MindSphere生態(tài)系統(tǒng)擁有強大的兼容性借助MindSphere的獨特開放性，數(shù)據(jù)采集者可以廣泛連接第三方設(shè)備，系統(tǒng)集成商能夠豐富數(shù)據(jù)類型，應(yīng)用開發(fā)者可針對性的開發(fā)應(yīng)用程序挖掘數(shù)據(jù)價值，設(shè)備制造商和最終用戶則可以獲得更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)服務(wù)。

      在實施IIoT項目中，客戶可以根據(jù)自身不同的情況分步驟的實現(xiàn)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型。如下圖所示：

   未來，西門子希望能夠成為助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路上的好伙伴，攜手共進，共同促進各個行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級和長遠發(fā)展的目標。