智能数据访问=有利可图的操作

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一目了然 数字现场总线网络 动态过程测量 ISA S95:制造/企业集成 IEC 61499:与线无关的协议 栏: SAP瞄准工厂地板 IEC 61499的目标

在过去的十年中，基于标准的数字现场总线网络的部署已经稳步取代了专有的本地和远程i /O网络的组合，迎来了工厂车间信息时代，在这个时代，扁平化、流线型的组织为公司中的每个人提供了更好地了解工作原理和不工作原理的潜力。

车间信息时代的一个缺点是，每次连接“智能”仪器时，它提供的是一两个真正需要的值，以及一百多个没有人确定需要的值。

其结果是:企业淹没在数据中，渴求信息。

我们知道如何连接50个设备。我们甚至可以连接50个网络，每个网络有50个设备。然而，继续这样做的后果却被忽视了。如果不首先建立一个旨在有效管理和利用当今工厂能够产生的海量数据的信息架构，继续保存越来越多的工厂数据是不明智的。

信息架构

长期以来，绩效测量(pm)一直被用于表示过程/生产绩效。然而，为了使项目管理对公司的底线产生积极的影响，项目管理必须是动态的，并及时报告给操作员以影响过程/生产周期，因此信息架构必须满足动态过程度量(dpm)的需求。

通常，dpm被赋予诸如“产量”和“效率”之类的标题，并且是使用操作、成本和能源相关值开发的复合值。

能够持续地应用dpm来提高公司的底线需要一个信息架构:

• 支持数据可扩展性和抽象;

• 有效地解决遗留系统的挑战;和

• 利用可用的标准。

• (参见“注册会计师事务所信息架构”图。)

可伸缩性

Digi International的工程师Lynn Linse认为，当提供“真正的可扩展性”和“抽象”时，企业管理和使用数据的方式的重大改进是可行的。

Linse说:“真正的可伸缩性避免了一个拥有25,000个数据值的系统比一个拥有25个数据值的系统复杂10,000倍。真正的可扩展性通过允许放大和缩小来帮助用户管理数据的复杂性。”

“数据抽象也很重要，”Linse说;“它允许将生产系统可视化为许多较小的分层子系统的大集合。例如，能够轻松地将由撬装设备供应商提供的基于plc的控制集成到主过程自动化系统中。”

对象(功能块)体系结构，例如基金会现场总线、大多数过程自动化系统(PAS)制造商和ODVA(开放DeviceNet供应商协会)所使用的体系结构，消除了管理单个数据值的需要，并提供了放大/缩小的能力。但是，任何类型的成千上万的对象都很容易被证明难以管理，并且仍然无法解决滑动安装控件集成示例。

IEC 61499-中出现了解决数据可伸缩性和抽象的潜在解决方案功能块．

在IEC(国际电工委员会)技术委员会56的指导下，罗克韦尔自动化的James Christensen领导第六工作组开发IEC 61499作为一种独立于线路的协议，旨在解决管理工厂车间控制系统(包括每个系统产生的数据)的挑战。(请参阅“IEC 61499目标”侧栏。)

Christensen说:“IEC 61499将首先被离散行业采用，作为集成、配置和动态重新配置由智能、分布式机电组件构建的机器和系统的一种方式。它的经济性和开放式架构设计将有助于它渗透到流程工业中，但速度较慢。”

几个主要供应商正在支持IEC 61499的开发工作，Christensen报告说，其概念已经在欧洲学术环境中进行了测试，但尚未应用于实际项目。

与此同时，用户应继续推动PAS制造商提供更强大的第三方控制系统集成解决方案。

遗留系统挑战

在全球范围内，特别是在北美，大量老式(遗留)模拟和数字仪器和控制系统仍在使用，但没有或没有明确的更换计划。

Phoenix Contact自动化经理Larry Komarek说:“管理工厂现场数据的问题之一是，尽管有开放的系统标准，但控制解决方案架构基本上没有改变。来自智能现场设备的信息，包括变送器、驱动器、运动控制、视觉检测摄像机和微型PLC，集中在控制PLC的用户创建的数据库中。从那里，它被发送到细胞监控计算机，在那里形成另一个数据库。数据进一步传输到其他企业数据库，如mes、LIMS等，而每个新数据库都有可能出现配置和通信错误。”

Linse关于真正的可伸缩性和抽象的说法与Komarek关于数据库体系结构的说法是一致的:答案不在于存储更多的数据。我们需要的是一个能够容纳遗留工具和系统的信息体系结构。

接口设备

Wago产品专家John Ditter表示:“在设计整个企业共享车间数据的方法和手段时，在‘开放’系统标准之前设计、构建和安装的遗留系统提出了独特的挑战。遗留系统通常使用专有的操作系统、网络和协议;没有剩余的处理器时间;并且/或者没有空间添加更多内存。对于这些系统的所有者来说，选择是有限的。一个解决方案是增加一个数据集中器或网关。”

一些制造商，如Lighthammer、Phoenix Contact和Wago，提供旨在连接到遗留系统的设备，并以各种标准Internet协议提供数据。尽管每个制造商的产品都提供了独特的功能，但每个制造商都使用工业以太网作为其物理层。

Lighthammer的Illuminator制造智能服务器使用标准的Web浏览器技术连接到工厂的数据源和数据类型。Illuminator提取、汇总数据并将其转换为与工厂相关的信息，如资产利用率、生产效率和产量、库存水平、订单状态、质量和可追溯性数据。

Phoenix Contact提供一系列串行数据转换器/隔离器和以太网转换器，旨在扩展，隔离和保护工业以太网和串行数据网络。Phoenix Contact的接口设备安装在din导轨上，适用于工业厂房地板，包括危险区域(Class 1, Div 2)。

Wago的750-841/842以太网可编程现场总线控制器(PFC)提供了一种将传统工厂车间数据与企业系统连接起来的方法。每个PFC作为一个智能网关;串行连接;并使用Modbus/TCP、以太网I/P或自定义的基于Wago以太网的协议。

获取和集成遗留系统中包含的数据以将其包含到信息体系结构中，不需要替换系统。它可能像添加数据集中器或网关设备一样简单。

使用ISA S95

如前所述，工厂车间通常使用来自不同制造商的多个控制系统，这进一步使集成问题复杂化。此外，部署的控制系统种类越多，实施和维护费用就越大。

ANSI/ISA S95系列规范为集成制造运营功能和企业功能提供了标准术语和一组一致的概念和模型。

对于用户来说，S95规范提供了一种识别需求、降低自动化制造过程成本、减少生命周期工程工作的方法，并使供应商能够提供适当的集成工具。

ARC咨询集团新兴技术副总裁罗伯特·米克(Robert Mick)说:“ISA S95的新用户对缺乏可构建的东西感到惊讶。S95不是用于定义消息和/或编程接口的规范，而是一个校准过程，产品制造商将S95术语纳入其中，并选择模型作为其产品、体系结构和活动的一部分。该规范包括几种模型和结构，没有供应商可能会全部使用它们。(见“S95供应商对齐矩阵”表。)

尽管该标准没有定义用于信息交换的形式化协议，但ISA S95委员会的一些成员认识到，XML模式的创建可以在使标准“用户友好”方面发挥重要作用。

在世界批处理论坛(WBF)的管理下，一个工作组开发了“业务到制造标记语言”(B2MML)模式。作为ISA S95规范的免费实现发布，WBF的B2MML提供了一组使用XML模式定义语言开发的XML模式。

增加ISA S95规范和WBF B2MML模式的可信度表明，SAP AG已经开始解决缺乏有效地将工厂车间连接到企业业务层的标准的问题。SAP已经开始通过开发支持ISA S95规范的路线图来解决这一问题。

希望从工厂生成的数据中获得最大利益的企业将从支持数据可伸缩性和抽象、有效地解决遗留系统的挑战并利用可用标准的信息体系结构中获得最大利益。

S95供应商对齐矩阵

部分	定义了	供应商对齐示例
资料来源:控制工程，数据来自ARC咨询小组 这个矩阵说明了供应商如何使产品设计符合ISA S95规范。
第1部分/第5.1节	功能层次和描述	显示总体背景并定义生产边界。
第1部分/第5.2节	设备层次结构(符合ANSI/ISA S88标准)	使用文档和产品用户界面中的术语。
第1部分/第6.1节	功能模型	标准化产品特性和功能的划分。
第1部分/第6.2节	职能间的信息流	在product中定义相应的消息类型。
第1部分/第7节	对象模型，定义类和关系	规范产品中相应的对象和结构。
第2部分	对象和属性	提供已定义的对象细节。
第3部分/第4.1节	制造业务	标准化产品特性和功能的划分。
第3部分/第4.9节	制造业活动	规范各职能部门的任务结构。

SAP瞄准工厂地板

在过去的十年中，许多企业花费数百万美元安装SAP AG的企业资源规划(ERP)解决方案。

参与过去ERP部署的人员会回忆起，SAP顾问和实施者几乎避免讨论集成工厂车间数据。然而，这并不意味着SAP对工厂车间不感兴趣;这仅仅意味着SAP还没有准备好在工厂里工作。时代变了。

SAP最近推出了面向工厂经理的制造仪表板，这加强了SAP将其业务扩展到工厂车间的兴趣。

仪表板的第一个版本通过提供过程/生产操作的实时视图来支持工厂经理角色。使用可配置的环境，仪表板允许用户跟踪6-10个带有异常警报的指标，支持向下钻取每个指标以查找根本原因，并提供预定义报告库。(以后的版本将被设计为支持生产管理人员和维护及质量管理人员。)

SAP认识到工厂车间数据在有效的业务决策中起着关键作用。SAP还认识到，一致的工厂车间基础设施对于支持仪表板是必要的。由于有无数的工厂车间硬件和软件平台，以及正在使用的通信协议，SAP开发了其运营管理平台(OMP)作为其仪表板交付机制。它通过OPC XML或其他基于Web服务的应用程序接受数据。

在这些服务不存在或无法存在的地方，SAP将其NetWeaver平台带到工厂车间。NetWeaver是一个集成和应用平台，它构成了mySAP Business Suite的基础。NetWeaver支持许多Internet标准，包括HTTP、XML和Web服务。它还支持与Microsoft . net、Java 2 Platform Enterprise Edition和IBM WebSphere的开放性和互操作性。

欲了解更多信息，请访问

IEC 61499的目标

考虑一个工厂环境，其中部分控制解决方案正在定制开发，以适应现代过程自动化系统(PAS)中的过程。更传统的工艺需求(如离心机、干燥机、压缩机、装载系统等)由安装在滑板上的设备制造商提供，通常使用plc。

橇装设备的制造商已经建立了广泛的产品知识库，包括数据点、关系、流程等。

挑战不在于将各种橇装设备plc连接到PAS。目前面临的挑战是，在不遇到数据重新输入、不引入长期软件和数据支持问题的情况下，将每个橇装设备制造商提供的整个知识库集成到PAS中。IEC 61499的设计就是为了应对这一挑战。

访问以了解更多有关IEC 61499的资料。

进一步阅读:底线，XML
英维思首席营销官、《底线自动化》(bottom - line Automation)一书的作者彼得•马丁表示:“为了提高利润，公司必须提高运营的每一个环节的效率。”

根据Martin的说法，积极影响公司的底线需要将工厂数据与质量和会计数据结合起来，形成动态绩效衡量(dpm)。

在对过去改进方法的简要历史回顾之后，Martin的书提供了一种实用的、实用的、实时的策略，用于测量、分析和改进过程自动化系统的性能，以积极地影响公司的底线。马丁的策略是基于工艺制造操作应用研究的结论;然而，当更新dpm所需的数据在健壮的信息体系结构中可用时，Martin的方法表现最好。

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