与子同袍 · 2020年07月06日

云计算如何与工业4.0水乳交融?

作者:与子同袍
首发:物联网前沿技术观察

IBM 也参与了 SmartFactoryKL 智能工厂演示项目。

在这个项目里,IBM提供的软件运行在集成层和IT系统层,包括如下软件产品:

  1. 工厂服务总线:基于IBM Integration Bus集成总线。工厂现场有Modbus、canbus、Profibus、Profinet等各种标准化工业总线,用于统一接入各种厂商的设备,这样可以大大降低设备集成对接的工作量。同样,对于工厂的各种来自不同厂商的软件系统,也需要有类似的软件总线,来接入所有软件系统,减少集成工作量。IBM Integration Bus就是起这个作用的。
  2. 数字孪生:基于IBM Cognos Analytics智能报表引擎。数字孪生就是现在工业4.0和工业互联网很火的概念,就是把设备数据化。那这个Cognos本来不是做BI商业智能的么,怎么现在又和数字孪生扯上关系了?其实原因很简单,就是利用BI商业智能的强大的数据源集成能力和无需编程的可视化能力,只需要拖拽几下,就可以连到各种数据源,然后把数据源和各种可视化控件关联就好了。当然,我们也可以用微软Azure上的Report、亚马逊AWS的QuickSight、Tableau、QlikView等或者国内的BDP、帆软来实现。
  3. 故障预测:基于IBM SPSS统计软件,可以利用SPSS的统计分析工具和数据挖掘算法对采集到的设备数据进行故障预测,从而提高设备利用率。
  4. PAAS平台:IBM Bluemix PaaS平台。基于CloudFoundry开发。这个平台我就不多介绍了,我们现在只需要知道西门子MindSphere和GE Predix这两大工业互联网平台也是基于这个开发的就可以了。
  5. 物联网云平台基于IBM Waston物联网平台。物联网设备可以通过MQTT/HTTP协议将数据发送到Watson物联网平台。类似阿里云物联网云平台、或者AWS IoT Hub。

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IBM 把整个智能工厂分为四大部分:

  1. 边缘层:生产线设备
  2. 工厂:包括IBM PBS工厂服务总线、智能维修、SPP故障预测、Cognos数字孪生、MES制造执行系统和安全防护。
  3. 企业:包括ERP系统、PLM系统和TUV认证。
  4. 物联网云平台:包括IBM Bluemix和IBM Waston物联网平台。

IBM如何与工业4.0融合

1.生产订单下发

proALPHA ERP 系统向生产线下发包含名片盒客户定制需求信息的订单,该订单通过 Web 服务发送到基于 IBM 企业集成总线的工厂服务总线 (PSB)。

2.MES下发生产指令

来自 iTAC 的制造执行系统 (MES) 也连到PSB总线上,通过 Web 服务接收ERP发送的订单信息。MES收到订单后,通过PSB总线向生产线的 Pilz 的生产模块发送开始生产命令。

3.生产模块执行生产

生产线的生产模块收到MES下发的命令,就开工了。

边缘层的生产线设备与工厂(或企业)之间交换的数据通过车间 IT 协议(如 OPC UA 或 MQTT)进行通信,传输内容的格式通常为 JSON 或 XML。

4.通过IBM Cognos智能报表引擎实现数字孪生

为了实时监控生产线的运行情况,实现生产线的透明化管理,基于IBM Cognos智能报表引擎开发的可视化仪表盘显示所有生产模块的重要数据。这个可视化仪表盘相当于整个生产线的数字孪生,可以供工厂管理人员可视化查看生产线各个生产模块的实时数据、历史数据。

5.云端生产流程控制

PBS将采集到的生产过程数据发送到 Watson 物联网平台。IBM Watson IoT 根据上传的数据控制整个生产流程。

生产过程数据在Waston物联网平台上进行实时处理分析后,可以向生产线下发控制命令,用于调整工艺参数或者根据订单动态重新调整加工工艺流程。

6.基于数字化PLM的智能维修

如果某一生产模块出现问题,PSB 会向维修人员发送电子邮件,包括故障模块名称、故障类型、故障代码和生产模块的 EPLAN(一款PLM软件)电气接线图。这样维修人员可以根据 电气接线图和故障信息,快速修复设备故障。

7.基于IBM Waston IoT的智能维修

维修人员在收到设备故障的邮件通知后,拍摄故障机器的照片,然后把照片发送到 Watson 图像识别服务进行故障分类,从而辅助维修人员快速定位故障类别。

Waston也可以从故障机器的错误日志中读取机器故障信息,然后用 Watson 的文本到语音服务转换为语音放给维修人员听。

8.基于IBM SPSS机器学习的预测性维护

基于 IBM SPSS 的机器学习算法,提前预测设备故障。

9.基于TUV的安全认证

最后,为了保证符合安全认证,TUV对发生变更的生产线配置变更,进行安全审计和合规性检查。



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