什么是工业物联网(I)IoT/工业4.0集成?
数字化的影响力之一就是网络化的智能和自动系统进入了工业领域,这就是第四次工业革命时代或称工业4.0时代。
数字化的影响力之一就是网络化的智能和自动系统进入了工业领域,这就是第四次工业革命时代或称工业4.0时代。其核心是所谓的物联网(IoT)和其相近的工业物联网(IIoT)。这让工业中真实和虚拟的设备及流程在企业内部或企业之间相互连通。
为什么数据和流程集成对于IIoT和工业4.0来说也很重要呢?SEEBURGER又是如何支持您的企业迈向工业4.0的旅程呢?本文将全面介绍工业4.0和工业物联网(IIoT)中的商务集成,您将了解如何不动声色地引导您企业进行数字化转型。
1.工业物联网(IIoT)/工业4.0是颠覆还是升华?
物体和设备的自主化和智能化一直在稳步增长,再加上无论在哪里都可以通过互联网访问数据,这使得商业伙伴之间的相互合作变得更加轻松。这对生产带来了巨大的影响而且从根本上改变了经济模式。事实上,这些变革被认为与前三次工业时代发生的变化一样彻底。
什么是工业物联网(IIoT)和工业4.0? 计算机技术已在众多行业领域中发展几十年了。这确实在我们的计划、决策和实施过程中给予了很大的帮助。同时,互联网成为了重要的通讯渠道以及产品和服务市场。然而,只有当它们渗透到我们这个有形的空间,甚至到我们的居家生活和休闲物品中,工业4.0的潜力才能被认识到。这就带来了数字孪生技术。以前数字孪生技术只限于满足产品衍生延展出的产品模拟,现在也被应用到了虚拟和真实的生产、物流和售后场景中。它们直接集成到流程中或参与到了一个平台的自动化交互和交易中。
这让企业能够在有限的时间里和可用的预算内,根据客户需求量身定制产品,满足客户的个性化需求。而物流领域也正在转向以服务为导向的按需物流模式。同时,服务、售后、市场和分销也开始创建各自赋予数据的商业生态系统,为新型服务模式奠定基础。因此,IIoT即扮演了网络又扮演了媒介的角色。它让我们在工业4.0中实现了更全面的网络互连并让新型的流程优化方式超越企业界限。也让我们可以完全实现新的商业模式和集中化、参与化及更智能的数据处理方式。
所有这些都是在企业中的技术系统、应用程序、服务和设备彼此无缝对接的前提下发生的。而流程和数据整合仍然是许多企业面临的挑战。就数字化而言,许多企业可能需要为实现工业4.0准备一个训练营。
当今企业在工业4.0中的位置?
在向工业4.0迈进的路上,企业需要升级它们的信息系统以便随时应对流程中不可避免的变化。目前,企业仍在使用基于云的系统和SaaS系统,以解决数据中心环境中数据收集或处理能力不足的问题。然而,由于数据安全性不足等技术因素,以及IT未来地位和新企业架构发展的不确定性等问题,这些仍被视为实施物联网/工业4.0项目的主要障碍。
参会者被问及哪些技术被认为能够改变企业运营的游戏规则。在排名中,IIoT技术位列第四,前三名分别是云、数据分析和人工智能(AI)。当时,人们已经开始探讨这四项技术及其在实际应用领域中的潜力,这四项技术也成为公司现代化议程的固定组成部分。而现在,人们更加关注如何在物联网数字生态系统中获取主导权和掌控权,以及如何积极参与这一生态系统。在这个过程中,组织结构变得越来越去中心化和民主化,覆盖范围包括云和平台、数据分析和人工智能。此外,在工业物联网(IIoT)的背景下,将物联网设备整合到企业业务流程中也成为关注的焦点。所有这些应用共同构建了数字价值创造的个体数据中心环境。
分析师们注意到,一些业务部门对中央IT组织的服务质量和交付时间感到不满,已开始寻求更大的自主权,现正主动采取措施改进或满足自身特定的业务需求,包括从过去依赖中央IT组织提供服务的模式,转向采用经济有效的服务并采用云基础设施和低代码/无代码环境。不过,分析师们指出这种现象可能会带来一定的危害,比如组织分散化,组织效率低下等问题,这种情况下,必须建立一种新的平台架构,清晰定义各业务部门团队将使用的技术平台和重点服务,比如企业要在所有通信渠道上投入资源确保在与其他企业和在企业内部各个部门之间能够进行高效无缝的业务集成。
2. IIoT和工业4.0实际案例
IIoT和工业4.0在现实世界中的应用案例在多个领域中都可找到。工业4.0的一个主要应用领域是通过智能、自主、技术系统实现自动化和运营优化。人和机器协同合作的新型模式在工业领域正在崛起(信息物理系统)。这意味着客户需要高度定制化的产品,直到一个批次只生产一类产品。
进一步使用IIoT和工业4.0方案的驱动力是满足个体客户的期待。消费者不仅仅只期待一个高质量的产品,他们也想要掌握相关的服务,以便提升产品的功能和效率。为了满足这个需求,企业当前需要建立整体数字化生态系统。这会遍及企业的各个业务部门,从研发生产,市场营销,物流再到售后服务。事实上,如果您关注过智慧城市,其中会分析并使用天气数据,您会发现数字化生态系统的应用已经远远超越了商务范畴。
在协同产品研发中,用户行为和产品条件相关的数据在研发新型和升级版产品中起着至关重要的作用。这样生产流程可以顺利运行,没有计划外停机,维护服务商可从机器中提取运行时间和状态数据,用来安排维护服务,并在设备发生故障之前预先识别可能发生的故障 – 不论故障是临时的还是永久的,这叫做预见性维护。现代化追踪技术为物流行业创造了绝佳机会,使用传感器实时定位货物,可在生产计划和销售中精确计算出交货时间。智能产品为售后服务开启了全新渠道。比如,洗衣机可直接发送运转次数和其它使用数据给制造商,一方面用于提供维护服务,一方面用于按次付费。市场部和销售部接收销售点(POS机)发来的数据,实时访问销售数据为营销和促销活动持续提供基础并可根据这些数据衡量客户满意度。
IIoT和工业4.0解决方案带来的可能性是多方面的。但实施IIoT和工业4.0的挑战在于让您的IT设备状态必须足够好才能被充分利用。
3. 什么是IIoT集成以及它能做什么?
什么是IIoT集成以及它能做什么?
工业、制造业经济依靠可靠和高效的生产资源以及价值链流程。如果要把新型服务和智能(自动化)系统引入到生产流程,保证它们的可管理性和合理化对员工和整个企业来说十分重要。
随着现实和虚拟世界在企业各个领域中网络化程度越来越高,具备与混合系统集成的能力十分必要。这不仅仅意味着建立并使用传统接口,或将它们以微服务的形式发表和使用,还让个性化物体和他们的数字孪生成为端到端或混合网络中的一部分。这包含各种格式的端到端数据交互,价值链网络中的数据集成以及新概念如基于事件的数据节点(发布-订阅)或数据枢纽环境(数据湖/数据工作流)。
企业要持续努力增加数字服务(如人工智能)在价值创造和业务流程中的使用。不过,这样做会给数据管理带来一定的挑战,尤其是基于数字孪生技术的以及基于IaaS/PaaS/SaaS的数据交换,B2B中的客户和供应商关系以及合作关系也因此会发生一定的改变。数字化转型要求公司在调整其集成战略时注意以下几个方面。
IIoT集成视角
在企业内部,一个IIoT和工业4.0集成方案需要考虑整条价值链和所有不同的B2B流程。其重点在对企业中各个领域之间的安全协作以及对效率的追求。一开始通常是工程和产品数据交换,或者现有的EDI贸易伙伴会要求使用一个云平台服务、应用程序和项目进行集成,这样整个流程才可控且能实现自动化。物流流程也会在集成中进行优化,从端到端的供应链监控再到生产设备和数字化生态系统之间的网络互联。
通常,为全面控制和自动化各种流程,从交换工程和产品数据开始,或从已有的EDI合作开始,都需要进一步集成云服务平台或物联网设备和应用程序。数字孪生技术不仅能够处理数据(可以是批处理也可以是流处理),还有相应的服务和应用,未来,数字孪生将不仅仅是一种技术工具或模型,而是业务运营数据交换过程中的重要一环。
企业中的应用案例
在实体设备交付之前,需创建一个设备文件夹并将供应商文档补充进去。这些数据用于虚拟调试,然后在启动和使用阶段作为机器的数字模型保存在计划系统中。SEEBURGER商务集成套件(BIS)在工程数据枢纽中承担了整合的作用,追踪并更新资源状况及对资源做出的任何更改。这保证虚拟图像总是能够映射真实设备的状况和配置。使用BIS模块中的管理层,设备和其它运营资源能够灵活地整合到计划和控制系统中,即插即用。这大大减少了与调试和定制相关的工作量,能够系统化的、高效的管理您的转型需求。定制生产设备带来的效率对进一步使用智能化、自动化系统提供了充分的依据。
SEEBURGER商务集成套件(BIS)保证了流程控制、设备运营和监控系统之间的、以事件为驱动的相关信息流的顺畅运转。当下,员工们也可从移动设备中访问这些信息。时刻保证充足的原材料和零部件,保证灵活性和以订单为驱动的生产,这些信息都是必要的。如果特殊订单需要调整流程或在生产设备中增加新功能,BIS能够让您直接调整或与运营人员沟通。BIS作为中间件和集成服务总线,保证车间系统的互操作性和信息流转。
使用供应商管理库存(VMI)的制造商需要使用预测性需求分析。使用BIS IoT/工业4.0解决方案,基于看板的生产设备可以扩展为持续或定期交互必要零部件信息的设备。然后将其与服务和供应能力进行比较,这样任何必要的交付都可以快速部署。
除了多种配置选项和附加组件之外,数字化服务比如地理信息系统(GIS)和从传感器中收集并翻译数据的能力大大提升了机器的生产力和效率。通过集成后续的IoT服务,比如基于地理位置的服务和数据分析,辅助系统可根据客户需求定制并通过app在流程中提供。SEEBURGER的BIS为这种类型的平台提供了必要的基础设施和集成,这也可以用于较小的机械供应商,以推动他们向产品和服务型供应商转变,比如大型木材厂供应商、机床供应商和农业技术供应商等。
4. IIoT集成挑战
IIoT集成的架构级别
在工业4.0时代,产品和资源都携带自己的数字化形象(数字孪生)。真实的世界和数字化世界必须融合起来 —— 集成。这就牵扯到通过标准化接口连接数据流,创建唯一能够识别真实物体和他们的数字孪生的管理等级并与它们进行通讯。
IT架构处于不断变化的状态。未来让企业能够参与其中并构建一个联网的数字化生态系统,需要提升各个层面的集成能力以便提供新型、以数据为驱动的服务。边缘层包括实体物品,它们的资产和外围。其次是具备中央IoT云应用和数据枢纽环境的平台层。这让您能够访问数字化生态系统和自己的后端管理系统以及应用程序的EAI堆栈。
在和谐的数据和流程集成中,需要适合的设备识别并处理数据流,让事物、业务流程和IoT项目之间相互连接并可进行流程运营的管控。从流程与数据集成的双重视角来看,需要考虑以下几个方面:
集成需求
灵活性
在(I)IoT中,通讯技术侧重于特定的应用领域,但通常存在相互竞争的关系。许多技术在一段时间内成为标准,例如,基于TCP的网络通常使用MQTT和AMQP。在智能家居和智能城市等领域,会使用诸如ZIGbee和LoRaWAN等协议或无线电技术作为补充。在工业物联网领域,OPC UA是一项重要的通信和数据集成技术,定义了更多领域的信息建模和描述。IIoT集成主要涉及到与通信技术相关的设备连接,但并不能完全涵盖整体需求。只有通过数字孪生的垂直整合维度,提供相关信息和数据,并提供自身的基于网络的应用程序接口,才能实现(I)IoT集成。集成必须具备提供协议和数据格式的能力,还要能够灵活处理不同通信技术和数据模型连接的能力。
Security:
通常,在整个安全管理周期中,从一开始就需要对IT、文件和设备进行可持续的安全保护。在一个复杂的数字化生态系统中,总会有薄弱的部分容易成为攻击的对象,而新的薄弱环节每天都可能出现。采纳一个安全设计方案需要企业从产品研发开始就要考虑所有领域和所有层级的安全问题。集成行为需要保证数据安全和数据主权不受侵害。
端到端:
在接口中(如APIs)使用参考模型和公认标准,可保证您和贸易伙伴系统相互协作。这种互操作性要求数据遵循通用语义模型,以便主数据可以与来自流程和机器的数据相融合。只有这样,企业才能适当地利用这些数据来做出决策,通过新型数字化服务来满足工作流程并提高流程的质量和生产率。集成需要以一种结构化的、符合逻辑的方式实施,这样才能保证不同领域之间预期的信息流动。
持续性:
处理并分析来自分布式系统数据的新兴技术(如大数据、分析法和AI)在工业4.0时代是不可或缺的部分。它们让来自联网系统、应用程序和物理设备的海量数据越来越对地被合并和分析。企业通过分析这些数据得出结论并开启新型自动化和优化措施。这通常从监控、收集并分析数据开始,这些数据来自生产制造设备中的库存系统和传感器,然后引出基于上下文的聚合数据评估,最后可能发展成为企业级的集成方案(比如使用制造服务总线(MSB))。其目的是提升流程和单个资源的自动化程度,通过智能系统让它们能够自主决策和自主变更。为此,还需提供相关数据,持续性是关键,决策和流程是相互连通的,您的集成方案必须永远满足这一点。
为充分发挥工业4.0和物联网(IoT)潜力,(工业)物联网(业务)集成能够在企业内外提供、使用和控制新的数据驱动服务,必须涵盖数字孪生、数据中心(用于分析/自动化和数据网格应用的云环境)以及业务应用程序。 由于跨行业会出现不同技术和数据标准,要是没有集成解决方案,工业4.0/工业物联网环境中建立起B2B业务流程不大可能。无论数字技术是针对性能(PLM)、客户(CRM)还是价值创造(SCM),最主要的还是要有一个可以跨学科和跨公司的数据信息物流系统,可以在数据量不断增长、接口增加、服务优化的情况下,确保新的系统具备足够的灵活性、一致性和安全性。
混合集成平台可以在业务流程中提供数字服务,为不同数据域之间的互操作性创造了基础。
SEEBURGER BIS平台IIoT功能概述
SEEBURGER BIS IIoT功能支持企业解决与工业 4.0 项目相关的集成任务。集成和分析能力会根据现实世界中联网产品和机器的水平进行扩展,并将旧的专有接口转换为标准格式,可以为之后的各种集成项目奠定可持续发展的基础。
BIS IIoT网关是一个组件,负责收集并存储来自物联网(IoT)边缘设备、控制系统或工业物联网(IIoT)平台的数据。通过 API 配置文件,这些数据可以被技术应用程序和后端系统在规划和管理层面使用,并与数据分析环境进行连接。
BIS IIoT管理捆绑了各种基于网络的应用,用于管理车间或现场IIoT设备的 API和服务,为资产和流程数据管理、配置、监控和分析提供基于用户角色的定制功能,这有助于实现工业物联网环境中的高效运营和管理。
IIoT集成维度
Asset/IIoT集成
无论是创建和集成客户特定的增值服务,还是IIoT部署需要增强和优化业务流程,SEEBURGER BIS IIoT功能都将业务IT的集成、灵活性和自动化扩展能力推广到产品实例的原子级别。SEEBURGER BIS IIoT功能在现实世界的 "物"(产品、机器、工厂)和数字世界(即公司内部和公司之间的业务流程和企业应用程序)之间架起了一座桥梁。通过这种方式,企业可以更快、更有针对性地满足客户的个性化需求,还不会给业务IT环境带来过重负担。
给企业带来的商业价值:
横向和纵向工业物联网集成
工业4.0注重智能设备和机器的使用,看重生产系统的灵活性。通过SEEBURGER BIS平台的IIoT功能,能够控制相关的通信(如ERP、MES、PLC),可以在仓库和车间之间得到了额外的信息流补充,生产系统之间也能产生更高效互动,确保了互操作性、安全性和灵活性。BIS IIoT依赖开放的行业标准,比如OPC UA,能够从单个IIoT设备开始,延伸到整个IT系统和应用程序,提供纵向的信息物流。横向上,贯穿整个价值创造生命周期,可以与外部合作伙伴联网。
给企业带来的商业价值:
物联网服务编排和分析
BIS IIoT(工业物联网)、流程设计、监测和评估工具可以提供一套能够灵活调整信息物流、监测并分析IIoT服务的解决方案。这些工具包括现代数据中心环境(如Hadoop/Kafka),以及应用于物联网场景中的应用。