導(dǎo)讀
基于MindSphere的智慧污水處理
攜手MindSphere，實(shí)現(xiàn)冷軋機(jī)數(shù)字化
西門(mén)子對(duì)于實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的問(wèn)題、挑戰(zhàn)與思考
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將對(duì)全球生產(chǎn)力的提高產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用，根據(jù)埃森哲預(yù)測(cè)，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(jì)增長(zhǎng)可達(dá)14.2萬(wàn)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(tái)評(píng)估報(bào)告中，西門(mén)子 MindSphere（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“MindSphere”）被評(píng)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件平臺(tái)市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，充分印證了 MindSphere 的跨越式發(fā)展及強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)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(mén)子在中國(guó)的持續(xù)深耕提供了極大幫助。2019年，西門(mén)子正式啟動(dòng) MindSphere 中國(guó)合作伙伴計(jì)劃，旨在為 MindSphere 的認(rèn)證合作伙伴提供技術(shù)、市場(chǎng)、財(cái)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(gè)國(guó)家的20個(gè)垂直行業(yè)中，吸引了超過(guò)1000名解決方案開(kāi)發(fā)者，數(shù)據(jù)科學(xué)家和工程師。西門(mén)子在內(nèi)部則持續(xù)拓展 Mendix 平臺(tái)，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(mén)子 Xcelerator 解決方案組合的核心，MindSphere 進(jìn)一步強(qiáng)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(jī)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中設(shè)備和系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)潛在價(jià)值，將其傳輸?shù)?MindSphere 具有高級(jí)分析功能的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行分析，進(jìn)而產(chǎn)生更好的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成果。作為一種安全、可擴(kuò)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(gè)企業(yè)提高生產(chǎn)力及效率。
基于MindSphere的智慧污水處理
每個(gè)工業(yè)行業(yè)都有自己的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)于污水處理行業(yè)，鼓風(fēng)機(jī)是整個(gè)工藝過(guò)程中最核心的設(shè)備，以一個(gè)小型的污水處理廠而言，通常需要8臺(tái)左右的大型工業(yè)鼓風(fēng)機(jī)持續(xù)的工作，如果其中一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了運(yùn)行故障，會(huì)導(dǎo)致工藝過(guò)程達(dá)不到要求，出水質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，不得不停止生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修。對(duì)于一個(gè)小型的污水處理廠（處理量10萬(wàn)噸）而言，一天的停產(chǎn)導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失是30萬(wàn)人民幣左右。同時(shí)，污水處理行業(yè)的出水質(zhì)量指標(biāo)、核心設(shè)備的調(diào)試、運(yùn)維等因素，也直接影響著該行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本以及效率。
MindSphere作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，針對(duì)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(chǔ)，數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用程序開(kāi)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(dòng)化的改造，現(xiàn)場(chǎng)除了PLC之外，通常還有SCADA系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、報(bào)警、儀表等功能，可以通過(guò)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(jìn)水量，曝氣量，回流比等工藝參數(shù)）。在云端，西門(mén)子通過(guò)MindSphere提供的各種功能和服務(wù)，來(lái)對(duì)用戶的工業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行處理，并且能夠通過(guò)Predictive Learning，用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式，來(lái)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(jí)聯(lián)型模型，方面用戶進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)的管理，以及IoT數(shù)據(jù)采集點(diǎn)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(diǎn)，并且能夠定義報(bào)警規(guī)則和響應(yīng)事件，以最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)多工廠、多產(chǎn)線條件下的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控。同時(shí)，用戶還能以手動(dòng)和API調(diào)用的方式，將設(shè)備運(yùn)行所生產(chǎn)的日志信息以文件的形式存儲(chǔ)在云端，方便工程師日后結(jié)合設(shè)備運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
在MindSphere，提供了Predictive Learning模塊，讓用戶通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，再通過(guò)模型來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。MindSphere Predictive Learning結(jié)合了分析，統(tǒng)計(jì)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可提供對(duì)數(shù)據(jù)趨勢(shì)的洞察利用所使用的數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別事件的模式和順序，通過(guò)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(jī)風(fēng)量的預(yù)測(cè)，這樣用戶就能夠根據(jù)當(dāng)前電價(jià)的情況，再保證最終出水質(zhì)量合規(guī)的同時(shí)，將風(fēng)量維持在一個(gè)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(shí)時(shí)的方式進(jìn)行工藝計(jì)算前后能耗的對(duì)比，平均一個(gè)小型的污水處理廠，每月節(jié)省的電費(fèi)大概是幾萬(wàn)到十萬(wàn)不等，同時(shí)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(jì)價(jià)值可見(jiàn)一斑。
攜手MindSphere，某鋼鐵廠實(shí)現(xiàn)冷軋機(jī)數(shù)字化
鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)重要的原材料流程制造行業(yè)，具備生產(chǎn)流程長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、供應(yīng)鏈冗長(zhǎng)等典型特征，當(dāng)今正面臨設(shè)備維護(hù)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(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型。軋機(jī)工序是冷軋生產(chǎn)的核心主體工序，經(jīng)過(guò)酸洗后的熱軋卷通過(guò)在軋機(jī)上按照工藝規(guī)程進(jìn)行軋制后，得到不同壓下率，厚度規(guī)格品種的產(chǎn)品。軋機(jī)工序在整個(gè)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(biāo)。如何通過(guò)采集、處理關(guān)鍵生產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行云端存儲(chǔ)及分析，進(jìn)而開(kāi)發(fā)具有行業(yè)專(zhuān)屬解決方案的工業(yè)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化呢？
某鋼鐵廠借助MindSphere,分步驟實(shí)現(xiàn)冷軋機(jī)數(shù)字化的例子，可以回答上述問(wèn)題。
1. 對(duì)軋機(jī)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及健康分析
軋機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維可視化，為冷軋機(jī)搭建三維模型，使關(guān)鍵組成部位與實(shí)物軋機(jī)一一映射，將軋機(jī)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(yùn)行狀態(tài)可視化，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化雙胞胎打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。生產(chǎn)操作者可直觀了解軋機(jī)設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)各類(lèi)系統(tǒng)自動(dòng)推送信息進(jìn)行及時(shí)處置；各層級(jí)管理者可通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)設(shè)備，隨時(shí)隨地掌握重點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行情況。
分析電機(jī)溫度趨勢(shì)。左、右卷電機(jī)，上、下輥電機(jī)為軋機(jī)重要組成部分，各部位溫度直接或間接指征設(shè)備運(yùn)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(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)其他相關(guān)維度分析數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)可視化，呈現(xiàn)電機(jī)溫度變化趨勢(shì),生產(chǎn)操作者和管理者可通過(guò)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(hào)、產(chǎn)能變化變化關(guān)系，積累經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
通過(guò)MindSphere對(duì)軋卷質(zhì)量進(jìn)行管理。在鋼卷加工過(guò)程中獲取實(shí)時(shí)質(zhì)量信息，綜合分析鋼卷發(fā)生的時(shí)間和位置，為后續(xù)有目的的改進(jìn)質(zhì)量水平提供數(shù)據(jù)依據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取故障發(fā)生頻次，發(fā)生時(shí)工況等信息，從而改進(jìn)質(zhì)量水平。這項(xiàng)工作可實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中，收集每個(gè)鋼卷最后一個(gè)道次加工時(shí)，超出目標(biāo)誤差（±5μm）的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
2.生產(chǎn)組織優(yōu)化實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累
軋機(jī)乳化液指標(biāo)檢測(cè)。乳化液對(duì)軋機(jī)穩(wěn)定生產(chǎn)非常重要，乳化液指標(biāo)變化會(huì)直接影響軋機(jī)諸多生產(chǎn)、工藝參數(shù)，其中對(duì)壓下力影響最為顯著。MindSphere通過(guò)采集MES系統(tǒng)中乳化液檢測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，分析顯示各個(gè)參數(shù)的歷史趨勢(shì)、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(duì)上述數(shù)據(jù)自定義時(shí)間軸范圍，并選取不同參數(shù)在一張折線圖中進(jìn)行相關(guān)性分析。
軋機(jī)軋輥檔案管理。軋輥在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中屬于消耗品，軋輥狀態(tài)對(duì)于冷軋板質(zhì)量有重要影響，故對(duì)其更換、消耗信息必須進(jìn)行詳細(xì)記錄并統(tǒng)計(jì)分析。MindSphere通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)軋機(jī)軋輥的動(dòng)態(tài)管理；通過(guò)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(mén)子對(duì)于企業(yè)實(shí)施IIoT項(xiàng)目的問(wèn)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(shí)現(xiàn)其資產(chǎn)、產(chǎn)品、價(jià)值鏈及業(yè)務(wù)模型的互聯(lián)互通，同時(shí)也使企業(yè)能夠收集大量數(shù)據(jù)，并將之集中存儲(chǔ)以便進(jìn)行分析。盡管工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)大量增值機(jī)遇，但同時(shí)也造成了一系列難題，并使得實(shí)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(jià)值，工業(yè)公司必須堅(jiān)定擴(kuò)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(jià)值鏈存在更多的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，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(dòng)化和互連設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，西門(mén)子深知深入實(shí)施前瞻性網(wǎng)絡(luò)安全政策的重要性。這一認(rèn)知已深深嵌入MindSphere安全模型的基礎(chǔ)之中。通過(guò)與云基礎(chǔ)設(shè)施提供商及客戶充分合作，西門(mén)子針對(duì)MindSphere實(shí)施一致共享的政策和實(shí)踐。利用多層次安全保護(hù)機(jī)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(gè)生命周期。
隨著新一輪工業(yè)革命的推進(jìn)，企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型正在讓現(xiàn)實(shí)與虛擬世界之間的界限越來(lái)越模糊，這要求IT和OT深度地融合，形成了一個(gè)貫穿企業(yè)價(jià)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(mén)之間的整體的信息流動(dòng)，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(jià)值的60％。從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闃I(yè)務(wù)價(jià)值是永恒的挑戰(zhàn)，這在IIoT實(shí)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(zhǔn)確。變數(shù)據(jù)為價(jià)值，正是MindSphere帶給客戶的首要收益。對(duì)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(shí)融合，創(chuàng)造價(jià)值才是關(guān)鍵。西門(mén)子對(duì)各個(gè)垂直市場(chǎng)有著深刻理解，通過(guò)MindSphere, 企業(yè)能夠分析具體業(yè)務(wù)場(chǎng)景，準(zhǔn)確把握行業(yè)痛點(diǎn)，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(wú)法全面探索其中奧秘。MindSphere生態(tài)系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的兼容性借助MindSphere的獨(dú)特開(kāi)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(lèi)型，應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可針對(duì)性的開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序挖掘數(shù)據(jù)價(jià)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(shí)施IIoT項(xiàng)目中，客戶可以根據(jù)自身不同的情況分步驟的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型。如下圖所示：
未來(lái)，西門(mén)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(jìn)，共同促進(jìn)各個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。