一个实际案例 | 利用OPC UA为生产制造企业创建工业4.0解决方案
软件开发企业System Insights与Bosch Rexroth公司协作，通过为生产制造企业创建高效的工业4.0解决方案，帮助用户实现对生产活动的实时监控和分析。
软件开发者System Insights公司，被某大型发电设备公司选中，为其工厂设施安装VIMANA软件平台，以实现对生产活动的实时监控和对历史数据分析。该解决方案包括监测配置了Rexroth公司 IndraMotion MTX计算机数字控制器（CNC）的Liechti TurboMill铣床。通过MTConnect 标准，工厂所有的机床工具都被连接到VIMANA 平台。
将控制器连接到分析软件
MTConnect适配器能够读取数控和可编程逻辑控制器（PLC）提供的信息，与IndraMotion MTX控制器通讯，提供开放MTConnect标准格式的数据。利用VIMANA，集中式平台可以对所有的生产制造设备进行分析，这样生产和维修设备工程师就有能力持续跟踪生产状态，深入了解生产中断、维修事件和质量问题的原因。
一家生产制造公司为发电厂制造用于发电的蒸汽涡轮机。该涡轮机最重要的部件是涡轮叶片/汽封。该公司利用Liechti公司的涡轮铣床机械来打磨这些叶片。在日常运营活动中，有70台以上的类似机器，与许多其它设备一起连接到VIMANA 仪表板，这样工程师就可以查看每台机器性能的实时数据（见图1）。
图1：通过实时监控KPI和设备过程参数，来管理设备的运行。本文所有图片来源：Bosch Rexroth
具有互操作性的数据
实现软件平台与控制器的集成，最关键的因素就是开放性，特别是OPC DA。OPC是一个很好的开放接口，因此不需要使用动态链接库（DLL），Rexroth也就不需要为 System Insights提供专用代码或者集成代码。正因为如此，要为合作伙伴比如System Insights公司提供集成的OPC接口，使其成为一个平台，就变得相当容易。MTConnect所提供的规范化，比如数据命名、数据格式，以及数据含义等方面的标准化，会带来很多好处。实际上，将信息位、整型数、实数从控制器映射到MTConnect，可以实现数据的转换。OPC和MTConnect的互操作，可用于协调数据，因此来自每台机器的数据都是一样的。否则的话，如果数据完全不同，并且具有不同的格式和属性，那软件分析工具就很难处理（参见图2）。
图2：利用对KPI和指标历史的分析，来衡量和跟踪生产率的提高。
符合标准要求的协同操作
该项目是System Insights公司和Bosch Rexroth公司之间第一个正式的业务合作。“VIMANA 为客户提供了一个智能生产制造平台，并与Bosch Rexroth驱动和控制技术集成，可以将其连接到资产，并对其进行分析、监视和优化工厂车间，以便提供运行绩效。”System Insights公司的创建者以及首席技术官Athulan Vijayaraghavan博士说道。与Bosch Rexroth自动化技术以及 VIMANA 平台的集成，使客户能够分析设备的数据，将这些数据用于机器的运行、维护、运行资源优化和质量。此外，开放接口为System Insights公司的系统带来了一个优势。他们可以为任何用户提供解决方案，不管规模大小，都可以将其所有设备连接到同一个网络。
“工厂现代化的层次各不相同，开放标准对于实现100%的连接所有生产设备来说至关重要。”Vijayaraghavan 说道，“利用OPC UA、 OPC DA 与 MTConnect的互操作性， VIMANA系统平台为多个供应商以及老旧工厂设备提供扩展的连接性”。这些数据流传递给VIMANA，可用于实现高级分析，为实时监控以及运行性能的预测性管理提供数据。从丰富的数据中获得的智能报警，将潜在的维护需求、或者安全问题，在其发生前传递给运行人员，从而可以提早识别出可能的改进机会，进一步提升生产率。
实时效率
得益于System Insights和Bosch Rexroth的协作，VIMANA对生产设施的生产活动产生了巨大的影响。在生产经营活动中，机器设备应用方面的提升已经获得验证，这主要是因为现在机器运行的决策，已经开始基于每天甚至实时的生产数据。由于确定设备故障点或预测性的确定维护或生产事件的能力大大提升，因此解决问题所需要的时间和技能也获得了长足的进步。在更高层面，最新的软件在生产制造的运行方面，也为公司提供了协作的动力，比如更好的可见性和性能。
实施工业4.0的蓝图
高水平、标准化的连通性和协作方面的项目经验，为像System Insights公司这样的利基型企业提供了发展工业4.0的蓝图（见图3）。Vijayaraghavan博士认为，工业4.0绝对不是单一的解决方案就能解决所有问题。“你需要多个供应商、多个软件系统，多个硬件系统，以及多个标准。为了能够实现跨系统工作，系统间的互操作性是成功的关键。我们的客户所需要的解决方案，是基于互操作性、先进的分析以及与企业的整合，以提高工厂车间的绩效。”这是一个复杂的生态系统，主要是老旧系统所造成的。每个国家、每个市场、每一个垂直领域面临的问题可能都是不同的。
图3：实施工业4.0的蓝图
通过配置开放接口，就可以为很多用户提供解决方案，将用户的所有设备连接到同一网络上。除了某些超大型汽车项目外，很少能有一个机器设备制造商能够提供工厂所需的90%以上的设备。
“为了确保工业4.0计划的成功，我们需要合作，”Vijayaraghavan说,“这就是为什么标准很重要。而且，你不能只有一个标准。你必须有多个标准，并且彼此之间可以相互操作。”这使最终用户可以召集各行各业的专家，来解决一个问题的不同方面。最后，那意味着实现更好的盈利能力、更好的生产力和更快的周转。为了使这些目标最大化，需要在这些工业4.0系统之间拥有更紧密的互操作性。这个项目就是一个很好的例子。
图4：System Insights公司的 VIMANA系统与IndraMotion MTX控制器的集成，使机器的利用率提高了15%左右，第一年就节约了50万美元。
项目结束后，System Insights公司开始在MTConnect适配器中支持OPC UA。 Rexroth也在配置了14VRS的CNC 硬件上，提供OPC UA服务器。
本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China）2018年1-2月刊《技术文章》栏目，原标题为：预测分析使开放连接和协作成为可能
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