工業(yè)4.0的一個(gè)主要方面是獲取和分析大數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息，并使系統(tǒng)能夠自行做出決策。盡管存在新技術(shù)，但大多數(shù)制造企業(yè)仍使用剪貼板和紙張來收集數(shù)據(jù)和信息。在很多情況下，多達(dá)90％的數(shù)據(jù)最終孤立的滯留在現(xiàn)場。若希望從工業(yè)4.0中獲益，這將帶來一定的挑戰(zhàn)。
好消息是新技術(shù)可以在這方面提供幫助，用戶只需采取幾個(gè)簡單的步驟，就可以為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備，包括訪問更多數(shù)據(jù)、進(jìn)行邊緣計(jì)算、清理數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行情境化處理以及標(biāo)準(zhǔn)化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
獲取更多數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0的重要組成部分。工業(yè)的運(yùn)營環(huán)境非常復(fù)雜，涉及數(shù)百種不同的協(xié)議、通信介質(zhì)和傳統(tǒng)設(shè)備的知識。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)必須是自下而上的實(shí)施，首先要優(yōu)化運(yùn)營技術(shù)（OT）。這需要以新的態(tài)度來保持系統(tǒng)的開放性、互操作性和安全性。第一步是以有效的方式獲取所有的數(shù)據(jù)——能夠在需要時(shí)從任何地方輕松訪問數(shù)據(jù)。
MQTT的發(fā)布/訂閱功能可簡化通信，并有助于將輪詢轉(zhuǎn)移至網(wǎng)絡(luò)邊緣。圖片來源：InducTIveAutomaTIon
數(shù)據(jù)訪問的主要障礙之一是傳統(tǒng)軟件許可模式，它對每個(gè)標(biāo)簽或用戶收費(fèi)。這些模式無法擴(kuò)展，阻礙了增長。此外，工業(yè)應(yīng)用一直是封閉的、專有的，并且功能和連接性也有限制。今天，我們需要從根本上無限制的、開放的新模式。這些新模式可以釋放新的擴(kuò)展機(jī)會和更大的可擴(kuò)展性。
另一個(gè)挑戰(zhàn)是新智能傳感器和設(shè)備與現(xiàn)有舊設(shè)備融合之間的平衡。擁有同時(shí)支持兩者的基礎(chǔ)設(shè)施非常重要。它歸結(jié)為一個(gè)關(guān)鍵概念：架構(gòu)的變更。不再通過通訊協(xié)議將舊設(shè)備連接到應(yīng)用，而是將設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施連接起來。需要提供一種即插即用、可靠且可擴(kuò)展的OT解決方案，以滿足運(yùn)營人員的需求。
開放和可互操作的架構(gòu)
這是一種基于消息隊(duì)列遙測傳輸（MQTT）的新架構(gòu)。MQTT是一種發(fā)布/訂閱協(xié)議，啟用了面向消息的中間件體系結(jié)構(gòu)。在信息技術(shù)（IT）領(lǐng)域，這不是一個(gè)新概念；長期以來，企業(yè)服務(wù)總線（ESB）一直通過類似的總線的基礎(chǔ)架構(gòu)來集成應(yīng)用程序。MQTT在異常事件發(fā)生時(shí)，設(shè)備數(shù)據(jù)會發(fā)布到本地或云端的MQTT服務(wù)器。應(yīng)用程序訂閱MQTT服務(wù)器以獲取數(shù)據(jù)，這意味著無需連接到終端設(shè)備本身。MQTT具有以下優(yōu)點(diǎn)：
●開放標(biāo)準(zhǔn)/可互操作（OASIS標(biāo)準(zhǔn)和Eclipse開放標(biāo)準(zhǔn)（TAHU））；
●設(shè)備與應(yīng)用分離；
●事件觸發(fā)報(bào)告；
●需要的帶寬很少；
●傳輸層安全；
●遠(yuǎn)程發(fā)起連接（僅出站；無入站防火墻規(guī)則）；
●狀態(tài)感知；
●數(shù)據(jù)單一來源；
●自動識別標(biāo)簽；
●數(shù)據(jù)緩沖（存儲和轉(zhuǎn)發(fā)）；
●即插即用功能。
如何獲得新的架構(gòu)？答案是邊緣計(jì)算和協(xié)議轉(zhuǎn)換。假設(shè)有10個(gè)Modbus設(shè)備要連接到監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。用戶可以部署一個(gè)支持Modbus和MQTT的邊緣網(wǎng)關(guān)，以使輪詢更接近可編程邏輯控制器（PLC）。這樣，用戶就能夠以更快的速度輪詢更多信息，并在數(shù)值發(fā)生變化時(shí)將數(shù)值發(fā)布到中央MQTT服務(wù)器。還可以將SCADA連接并訂閱MQTT服務(wù)器以獲取數(shù)據(jù)，而不是直接連接到終端設(shè)備。這是確保SCADA系統(tǒng)面向未來的重要一步。當(dāng)用戶購買支持MQTT的傳感器或升級設(shè)備時(shí)，SCADA無需了解終端設(shè)備即可獲得數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。
幫助系統(tǒng)了解數(shù)據(jù)
用戶不僅需要訪問數(shù)據(jù)，還需要確保數(shù)據(jù)有效，具有上下文信息，并且是通用結(jié)構(gòu)的一部分（如果適用）。這是使用分析和機(jī)器學(xué)習(xí)之前的重要步驟。系統(tǒng)只有了解數(shù)據(jù)，才能正確使用數(shù)據(jù)。通常，新的傳感器和設(shè)備已經(jīng)具有這些功能。但是，對于老舊設(shè)備并非如此。有數(shù)百種需要映射和擴(kuò)展的不同輪詢協(xié)議。大多數(shù)PLC的尋址方案都不容易理解。這些映射通常存在于SCADA中，但是仍然缺少上下文知識，或者包含無效數(shù)據(jù)，或者不是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
完成此步的最佳位置是連接到PLC的邊緣網(wǎng)關(guān)。它需要具有清理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)情境化和支持?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)功能的軟件。
讓我們從清理數(shù)據(jù)開始。假設(shè)有一個(gè)傳感器連接到PLC，有時(shí)信號會丟失。當(dāng)信號丟失時(shí)，PLC中的數(shù)值將降為0。但在某些時(shí)候，數(shù)值可能確實(shí)為0，但如果最后一個(gè)數(shù)值是50，那現(xiàn)在的數(shù)值就可能不是0。在這種情況下，需要要查看數(shù)據(jù)變化以確定是否應(yīng)該忽略當(dāng)前值。使用該邏輯設(shè)置計(jì)算標(biāo)簽，可以解決此問題。在與其它系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)之前，請務(wù)必在最接近源頭的位置確認(rèn)數(shù)據(jù)的有效性。
另一個(gè)關(guān)鍵步驟是為數(shù)據(jù)提供上下文。例如，在用戶的ModbusPLC上，有一個(gè)參考地址為40001的標(biāo)簽。在SCADA系統(tǒng)中，會將其映射到某個(gè)標(biāo)簽，例如“環(huán)境溫度”。如果僅有這個(gè)數(shù)據(jù)，那無法知道溫度是攝氏度還是華氏度，以及高、低限是多少。如果沒有上下文，數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)模型可能會提供錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。
使用能夠提供名稱、比例、工程單位、工程上下限、文檔和工具提示等信息的邊緣網(wǎng)關(guān)，將為其它系統(tǒng)提供關(guān)鍵信息，以便于更好地理解基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
標(biāo)準(zhǔn)化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
最后一步是在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。由于每個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)可能不同，并且很難找到通用的數(shù)據(jù)模型，因此通常會忽略此步驟。分析包和機(jī)器學(xué)習(xí)模型要求對于通用對象采用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。用戶不希望為每個(gè)站點(diǎn)創(chuàng)建不同的分析或機(jī)器學(xué)習(xí)模型。這超出了單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的范疇，是已知對象的數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合。
重要的是調(diào)查每個(gè)站點(diǎn)以找到一個(gè)通用的模型，并使用支持用戶定義類型（UDT）的邊緣網(wǎng)關(guān)。這意味著調(diào)整每個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)以適應(yīng)模型，這可能包括縮放、計(jì)算標(biāo)簽、轉(zhuǎn)換等。這樣數(shù)據(jù)在表面上看起來是相同的結(jié)構(gòu)，同時(shí)隱藏了背后的復(fù)雜性。
通過設(shè)置新的運(yùn)營架構(gòu)，解決將大數(shù)據(jù)導(dǎo)入基礎(chǔ)架構(gòu)的問題。在訪問數(shù)據(jù)之前，用戶無法進(jìn)行分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，因此數(shù)據(jù)必須有效并且具有上下文以便于理解。利用這種新的思維方式和基礎(chǔ)架構(gòu)，用戶可以通過一些小的步驟和調(diào)整來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)帶來的潛在好處。