数字化转型对工厂的意义

艾默生先导技术高级总监Jonas Berge

Jonas Berge 在仪控行业拥有30多年的工作经验，致力于现场总线、无线技术、工业物联网的研究，是数字转型领域的专家。他是ISA104、108标准委员会以及亚太区现场总线委员会的高级会员，参与编写ANSI/ISA/IEC/TR 61804-6标准，并获得过安全通讯方面的专利。曾出版书籍 "Fieldbuses for process control: Engineering, Operation, and Maintenance" - 《用于过程控制的现场总线：工程、运行及维护》和 "Software for Automation: Architecture, Integration, and Security" - 《自动化软件：架构、集成及安全》 , 且发表过诸多研究文章。

数字化转型5个阶段

数字化转型对工厂来说究竟意味着什么？它是如何实现的？我花了很多时间来思考工厂的数字化转型如何帮助那些确保工厂设备全天候正常运行的维护人员减轻工作负担，以及帮助工厂实现安全合规、提高能效和减少排放。我们平时在家或是在公司所做的很多事就是基于数字化和数据的，那么工厂也一样，以下是我个人的想法：

在工厂中，基本的过程控制和安全已经实现了自动化，也就是说石油、天然气、汽油、乙烯、聚苯乙烯、电力、水、胰岛素、氧化铝、金属片、纸张和啤酒等生产都已实现自动化。然而，仍有许多常规工作需要人工完成。数字化转型是将人工记录转变为基于数字化信息和通信技术（ICT）的数据工作。在此，我总结了以往在很多工厂看到的数字化转型。请设想一下，它可以为您工厂的操作人员做些什么？

可靠性与维护的数字化转型

为了更快、更好地完成任务，维护、可靠性和完整性团队需要将很多人工操作的工作进行数字化转型。

数字化检测

无需使用手持式测试仪人工收集与维护、可靠性和完整性相关的数据，或对数据进行耗时的解读，而是自动对数据进行收集、数字化传输并由软件实施分析，从而发现早期问题。整体设备效率（OEE）可由软件进行追踪，如果还有人工巡检，则不再需要使用记录板和纸质表格，而是通过笔记本电脑和软件进行，还能通过共享的专家资源（可以是公司内部的也可是外部的）对工厂工作人员进行远程支持。

数字化协同工作

无需等待专家亲临现场，也无需电话连线描述现场问题；而是现场技术人员通过配备可穿戴式摄像机即可与任何地方的相关专家进行双向数字视频和语音沟通，轻松查看并解决问题。

数字化文件盒

无需携带纸质文件或返回办公室拿取文件；而是在平板电脑的软件中打开数字化流程、图纸和手册等，或从公司内网或互联网上随时随地获取信息。

安全与合规的数字化转型

数字化转型使健康、安全、环保（HS&E）团队工作更高效。

数字化紧急呼叫

遇险时无需使用对讲机，操作员软件和位置追踪软件可实现自动化监测和数字化信号传输，一旦安全喷淋装置启动或人员停止活动，就能发出报警。

数字化安全检查

无需专门到现场检查手动阀门是否关闭；储罐是否将满；或是亲临现场进行安全检查，而是在控制室软件中自动检测，进行数字化传输和指示，并应用在安全联锁装置中。

数字化集结与定位

紧急疏散集结期间无需书面清单及对讲机清点人数，也不必通过搜索救援组寻找失踪人员，而是通过软件实现实时的数字化自动计数，并追踪每个人的位置。

数字化集结和定位在大修期间特别有用，可以实现承包商人员管理并对试图跨越许可区域的违规人员进行管控并发出地理围栏报警。

生产数字化转型

数字化转型简化了现场操作员和控制室操作员的任务，并提高其生产力。

操作员数字化巡检

无需通过日常的人工记录和书面报告形式收集运行数据；而是自动收集数据，数字化传输至历史数据库和操作员软件等。人工巡检均可由平板电脑中的软件替代。

数字化日志

无需使用记事本记录未遂事故、危险和维护需求，而是通过平板电脑内置软件来捕获事故、危险、泄漏以及设备损坏的记录和数码照片。

数字化机组管理

无需通过常规的硬接线报警获得机组信息，也无需亲自前往本地操作台了解机组状态；而是所有的机组状态信息都通过数字化方式传输并显示在操作员站的软件上。

能源与排放的数字化转型

使用新型数字化工具，能够提高负责能效和控制能源损耗的工作人员效率。

数字化能源管理

无需人工收集电表读数或计算能耗，而是自动收集耗电数据，然后通过数字化传输。用量过高时软件会发出报警，最后生成ISO 50001报告。

数字化工厂转型：从传感器到软件

在对工厂运行和维护方式进行数字化转型前，必须先对工厂内的自动化进行数字化转型，数字化工厂是一个互连的工厂。依托数字化转型，数字工厂能实现数字化大修数字架构的主要组件包括：

数字化网络基础架构

如果是现场总线工厂，就能方便地集成更多传感器，只需将它们连接到现有接线盒即可。无论如何，仪控（I&C）部门都会需要在工厂范围内部署无线传感器网络，并根据要进行数字化转型的目标需求来确定是否要部署无线局域网（WLAN）基础设施。除了WirelessHART传感器之外，人员追踪、视频通讯、现场电脑以及对成套PLC数据进行数字化集成都需要使用工业Wi-Fi。由于这些属于操作功能，这两种无线网络必须与控制系统、历史数据库、机械保护系统、安全系统和其它操作系统整合。无线网络基础架构由无线传感器网络的无线网关和Wi-Fi网络的无线接入点组成。当同时部署WirelessHART和Wi-Fi时，可将无线网关嵌入无线接入点。

数字化传感器

我们可以为泵、压缩机、热交换器、鼓风机、冷却塔、风冷热换器、手动阀、储罐等工艺设备甚至蒸汽疏水阀安装额外的传感器，以实现压力、流量、液位、位置、开关接触、震动、温度、腐蚀、噪声、电力、湿度、硫化氢、含沙、以及液位开关的监测，从而使它们成为智能互连的设备。但如果要为此铺设更多电缆，并为4-20 mA和开关信号安装更多I/O那是不现实的，因此，可以通过现有的现场总线基础设施或无线传感器网络对传感器数据进行数字化传输，并对未经现场总线集成的控制阀和流量计配置无线适配器。自动化数据收集速度更快，能使资产管理更具预测性以及更高的生产力。

用于远程专家支持的头戴式摄像机也是一种图像传感器。ID标签用于位置检测，还可提供应急按钮和检测人员停止移动（人员倒下）的传感器选项。

云连接安全

确保无线传感器网络、Wi-Fi网络、无线网关、接入点、数据分析和其它软件的网络安全。

对通过IIoT技术获得远程专家团队更多支持的工厂，无论是自己运营企业监控中心或是外包给第三方服务提供商，云连接都能确保其安全性。云连接选项包括使用现有隔离区（DMZ）、Cloud Connect历史库、数据二极管，或将云连接当作物理上独立的网络，以继续使用3G/4G移动网络。

分析和应用

许多数字化转型解决方案都是简单的监控，例如对于腐蚀（金属缺损）、温度、和压力等监测数据无需分析，但是，对于多个测量的复杂工艺设备（如压缩机、鼓风机、风机、泵、热交换机、冷却塔、风冷热换器等）而言，需要方便易用的设备分析软件自动对测量数据进行解读，该分析软件专为工厂现有历史数据库或平台诊断而设计。无论哪种方式，工厂都可以继续使用现有历史数据库，无需替换也无需添加任何中间软件平台，从而减少投资、降低成本。因此，分析软件通过历史数据库或OPC-UA可使用来自包括现有传感器、成套PLC、控制系统、安全系统、机械保护系统、智能设备管理（IDM）和软件等多个来源的数据。

其它软件包括人员跟踪（用于地理围栏、人员集结、承包商管理）和资产追踪。

移动应用

这些任务大多是在现场开展，并不通过电脑，所以，一部分任务可以使用平板电脑软件完成。基于平板电脑的功能包括现场数据输入、数码照相、以及访问CMMS系统、MES系统和ERP系统网站接口获取：例如数字化工作指令和数字化工作许可管理和访问文档等无需返回办公室。

移动应用的另一方面是，当您不在工厂也不在办公室，可能在会议室、食堂或上下班途中，也可以通过智能手机或平板电脑访问设备数据。该系统还可向您发送有关振动异常或关键泵故障的消息。

远程专家服务

通常，当现场没有足够的专家，通过IIoT技术，在控制中心的专家可以远程监控多个地点的设备。它可以是企业自己的全球监控中心，管理全球多家工厂的过程设备；也可以是一家第三方服务提供商，监控全球多家企业的过程设备。艾默生全球监测中心在旋转机械振动、控制阀、分析仪、静态过程设备和蒸汽疏水阀等领域拥有可进行资源共享的专家队伍，通过专家咨询服务为现场人员提供支持。

开启数字化转型发现之旅

未来属于数字化，但是不要试图一下子改变一切，而要制定分阶段的数字化转型方法。在您的工厂开启数字化转型的发现之旅，探寻数字技术的当前状态，去努力发现哪些部门和工作可从工厂的数字化转型中受益。

以上仅代表个人观点。如果您对如何改造数字生态系统的自动化感兴趣，请联系艾默生自动化解决方案专家团队。

关于Emerson

总部位于美国密苏里州圣路易斯市的 Emerson （纽约证券交易所股票代码: EMR），是一家全球性的技术与工程公司，为工业、商业及住宅市场客户提供创新性解决方案。艾默生自动化解决方案帮助过程、混合和离散制造商通过优化其能效和运营成本，从而最大化生产，并保护人员和环境。艾默生商住解决方案帮助确保人类舒适度和健康，保障食品质量和安全，提升能效，创造可持续发展的基础设施。如欲了解更多信息，欢迎访问：http://www.Emerson.com.cn。