掌握车间数据分析：物联网工厂的工具箱

新车间数据收集分析工具缓解物联网时代工厂数字化压力

随着制造业互联化进程加速、制造商开始收集车间数据，快速高效数据分析需求愈发关键。数据收集分析工具在数字制造/工业4.0时代至关重要，制造商正装备新方案更有效收集、管理、分析车间数据，利用整体设备效率（OEE）、机器正常运行时间、机器/主轴利用率等关键绩效指标（KPI）。

制造数据收集和机器监控选项众多，多数至少提供基础制造指标分析，包含在车间监控包或制造执行软件（MES）系统中。某些情况下，自动化公司与成熟IT供应商合作，如自动化供应商ABB Inc.（北卡罗来纳州卡里和苏黎世）与惠普企业公司（HPE；加州帕洛阿尔托）近期宣布合作，结合ABB工业自动化和运营技术（OT）专长与HPE混合IT经验和软件组合。

OT与IT联手

2017年11月宣布的ABB/HPE合作中，ABB Ability数字化产品将与HPE混合IT解决方案结合。Ability解决方案将运行混合平台如HPE ProLiant for Microsoft Azure Stack，按性能、安全或跨站协作需求部署在客户首选工业工厂和数据中心，或微软公有云。

合作将计算资源移近需求处，使用“边缘计算”。ABB和HPE将整合Ability数据中心自动化（控制监控基础设施）与OneView（HPE IT基础设施自动化软件）。都柏林Ciaran Flanagan，ABB全球数据中心解决方案集团副总裁兼负责人说：“坦白说，我们自己做不到；需要混合合作伙伴，需要OT/IT结合。”通过结合当今大多孤立的IT和OT，“我们认为有巨大机会，且成熟迅速。”

为远程工业环境提供安全边缘数据中心，ABB/HPE合作还用Rittal机架基础设施、ABB工业配电系统和HPE软件定义基础设施服务。“协议层在OT和IT中差异大，”HPE全球制造业务副总裁Volkhard Bregulla观察。“IT端相当超前。”ABB-HPE解决方案将2018年上半年可用。

收集再分析车间数据

车间上，监控收集数据选项多，多数至少提供基础机器分析，一些提供复杂车间分析。

监控机器时，车间经理首先需知特定机器何时运行、停机或离线。Memex Inc.（安大略省伯灵顿）总裁兼CEO David McPhail称，知机器何时受程序控制至关重要。“连接方式上我们不可知论，”他说。

用Memex MERLIN（制造执行实时精益信息网络）Tempus平台，流程和离散制造商可在本地或云环境连接机器。MERLIN Tempus是MES软件，含仪表盘，可用FANUC FOCAS、MTConnect、OPC等协议经互联网连接机床。

针对传统非智能设备，Memex开发MTConnect接口。“机器有16个数字输入信号，”McPhail说。“三个数据流：设备数据；人力资本数据，人控制机器不知的；外部解决方案如ERP数据。”

用户可在车间跑Tempus MES（制造运营管理MOM组合）查机器状态。McPhail说：“通常我们人员跑软件在平板上走车间。假设操作员零件有麻烦；你收到消息‘支持内部客户’。这把操作员从被动变主动模式。”

“无定制编程，”McPhail续说，系统含分析工具。“数据收集是基础。我们选商业案例是OEE，但可插入TPM[全面预测性维护]等。本质计算绩效不佳财务影响。”

Memex开发FOEE（财务OEE）模块预计今年晚些时候发布，将为车间计算非最优设置运行设备成本。模块将显示车间经理“现在你跑低于顶级性能，差额这多，每小时跑[该水平]成本那多。”

监控必行，但避免分析瘫痪

建立数据监控/分析的大问题是收集多少数据。行业炒作“大数据”分析，但对普通车间少即是多。

McPhail说：“我们与客户理解等式。怎么做是已知实体。为什么、支撑它的商业案例，是Memex工作重点。”

一些公司做涉及仿真环境的大规模大数据问题，如CAE数据，但多数车间非此情况。“大数据，我们叫数字废气，”McPhail补充。“订阅Mazak机器每个标签，那[数据量]会淹没你。真需要知道每个数据点吗？”

另一开发商Predator Software（俄勒冈州波特兰）将Predator车间监控应用套件瞄准从两人车间到大型制造组织，自动化和OEM关系总监Mike Rogers说。“Predator MDC[机器数据收集]是核心监控产品，20多种协议从Mori、OPC和OPC/UA，可监控车间任何东西。”

收集分析数据今日更被车间接受。“将成最热话题，”Rogers说。“人人想要但非人人有。……大公司要大数据。小家伙得学走再跑。否则会不知所措。”

关键说服客户关注简单事，他指出，如“机器循环吗？闲置吗？运行吗？……过程可能压倒人，”Rogers说。“我遇到问题之一是找组织内能坚持跟进的冠军。”

Predator MDC方案含直观界面，让用户易上手。Rogers说：“MDC有[内置]图表报表引擎。跑排列组合，我们有20,000-30,000报表。”MDC是Predator八大核心产品之一，针对车间数据收集监控、控制通信。所有产品基于单一数据库，买MDC赠DNC通信模块。Predator软件支持Microsoft Access数据库（许多小车间用），也支持Microsoft SQL Express、SQL Server、Oracle数据库。Predator软件可本地或云运行。

跟踪OEE

大小车间都需密切关注OEE指标，允许机器操作员和经理优化效率。可视化流程，让车间人员快速看懂反应变化条件，至关重要。

5ME LLC（辛辛那提）执行副总裁兼总经理Jeff Price说：“我们提供数据收集和分析两面，可单独提供或整体方案。”用5ME Freedom套件，用户获软件加可用硬件连接控制多种机器。

Price补充：“团队与OT设备有长历史，有接口或适配器连接工厂几乎任何资产，常在CNC控制器上。有传统控制器时，也有硬件设备连网。”除Freedom eLog软件，5ME提供数据可视化，含可定制智能板显示平板电视。Price说。

“智能板技术有dashlets或向导——饼图条图数据集合——可存入智能板，”他说。智能板用Raspberry Pi嵌入式系统提升数据最需要处处理速度。“我们用Raspberry Pi配合智能板驱动车间可视化，”Price说。“汽车厂多年有Andon看板，但那些相当刚性。”

Freedom服务器（云端或本地）是数据计算处。凭借连接性，客户可构建行业已获增益，Price说，如精益制造和六西格玛。“我们短路整个过程，”他补充。“大多数客户用OEE见最低20%生产力提升，OEE含可用性、性能、质量。可用性是你在[最优水平]运行吗，性能是你在应有水平生产吗，质量纯良率情况。”

仅OEE指标车间可获大性能增益。他说：“可用性是大增益所在。初期改进30天内10-20%。”Freedom套件是网络软件安装。“轻IT足迹，利用控制器处理力量。4周搞定100台机器。”

Price补充车间必精简数据到最重要。“看分析工具；我们叫drip——数据富、信息穷，”他说。“若系统呈现正确指标，有吨位改进可获。”

迈出数据第一步

非所有车间，尤其无大OT/IT预算小车间，易信服工厂数据监控价值。“人们试图理解基线，”Price说。“如设备运行频率？仍有缺口——我们角色搭桥。他们不理解。”5ME客户如Textron、Bell直升机、卡特彼勒、斯伦贝谢、康明斯对大数据感兴趣，但非都有用例，Price说，虽见预测性维护一用例。

Cimco Americas Inc.（伊利诺伊州斯普林伍德）CEO Jody Romanowski说：“数据收集分析对任何现代制造商至关重要——从小车间到企业集团。准确实时数据帮助识别可改进领域，无论设备、流程、人员。达显著改进需该数据。”Cimco车间产品MDC-Max是提供结构化自动化生产监控的数据收集方案。可扩展MDC-Max惠及小车间和大制造商。

“客户考虑实时数据分析时，常被全范围数据点压倒。我们方法是初期保持项目简单，分析三到五数据点获早期成功，”她说。“制造商可逐步进一步分析更多数据点。OEE背景下，所有制造商在质量参数完整一致分析上挣扎。”

Romanowski续说：“不建议大数据方式收集机器数据。建议保持简单摘低垂果实，再基于经验克服挑战构建。全球跨业务单元车间企业追求一致全球概览时，项目复杂度剧增，虽不必从大数据视角。复杂度通常源于处理遗留机器/系统、不同程序/文化。这进一步强调保持初期尽可能运营简单，同时战术目标如后期ERP集成保持聚焦。”

收集数据但未充分分析的车间，新分析工具可能给优势。“常因现有软件太受限、刚性或复杂，”Romanowski说。“MDC-Max足够灵活扩展满足客户未来需求。数据必须任何设备易访问，必须有意义聚合——如报表和实时仪表盘。”

天津某Cimco客户，Romanowski说有关键机器成生产力瓶颈影响其他机器。“投入简单MDC-Max系统运行有限数据点后，该特定机器利用率提升30%，从而减少特定瓶颈并提升所有其他机器生产力。估算投资回本期不足四个月。”