解决车间数据分析难题

新的车间数据收集和分析工具可以缓解物联网时代工厂运营数字化的压力

随着向更加互联的制造业迈进，制造商开始收集工厂车间数据，对快速、高效的数据分析的需求变得越来越重要。数据收集和分析工具在数字制造/工业 4.0 时代至关重要，制造商正在准备新的解决方案，以帮助他们更有效地收集、管理和分析工厂车间数据，利用关键绩效指标 (KPI)，例如整体设备效率 (OEE)、机器正常运行时间、机器/主轴利用率和其他指标。

有许多制造数据收集和机器监控选项可用，其中大多数在车间监控包或制造执行软件 (MES) 系统中至少提供一些基本的制造指标分析。在某些情况下，自动化公司正在与成熟的 IT 提供商合作，例如自动化供应商 ABB Inc.（北卡罗来纳州卡里和苏黎世）和 Hewlett Packard Enterprise Co.（HPE；加利福尼亚州帕洛阿尔托）最近宣布的合作伙伴关系。将 ABB 的工业自动化和运营技术 (OT) 专业知识与慧与的混合 IT 经验和软件组合相结合。

OT 与 IT 合作

在 2017 年 11 月宣布的 ABB/HPE 合作伙伴关系中，ABB 的 Ability 数字产品将与 HPE 的混合 IT 解决方案相结合。能力解决方案将在混合平台上运行，例如适用于 Microsoft Azure Stack 的 HPE ProLiant，并根据需要在工业工厂和数据中心的客户首选位置或 Microsoft 公共云中进行部署，以满足对性能、安全性或跨站点的要求合作。

该合作伙伴关系使用“边缘计算”将计算资源移近需要的地方。 ABB 和惠普将把用于控制和监控基础设施的 Ability 数据中心自动化与 HPE 的 IT 基础设施自动化软件 OneView 相集成。 “坦率地说，我们不能靠自己做到这一点； ABB 集团副总裁兼全球数据中心解决方案负责人 Ciaran Flanagan 说。他补充说，通过将 IT 和 OT 相结合（如今在很大程度上是孤立的），“我们认为存在巨大的机会，而且它正在迅速成熟。”

ABB/HPE 合作伙伴关系为用户提供适用于远程工业环境的安全边缘数据中心，还将威图机架基础设施与 ABB 的工业配电系统和 HPE 的软件定义基础设施和服务结合使用。 “OT 中的协议层与 IT 中的协议层非常不同，”HPE 全球制造业副总裁 Volkhard Bregulla 说。 “IT 方面遥遥领先。” ABB-HPE解决方案将于2018年上半年上市。

收集，然后分析店铺数据

在车间，存在许多用于监控和收集数据的选项，其中大多数至少提供基本的机器分析和一些复杂的车间分析。

监控机器时，车间经理首先需要知道特定机器何时运行，或者它们是否停机或离线。 Memex Inc. (Burlington, ON) 总裁兼首席执行官 David McPhail 表示，了解机器何时处于程序控制之下至关重要。 “当涉及到你如何连接时，我们是不可知论者，”他说。

借助 Memex 的 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以在本地或云环境中连接他们的机器。 MERLIN Tempus是一款MES软件，具有仪表板功能，可以使用FANUC FOCAS、MTConnect、OPC等协议通过互联网连接机床。

对于传统的非智能设备，Memex 开发了一个 MTConnect 接口。 “机器有 16 个数字输入信号，”McPhail 说。 “有三个数据流：来自设备；来自人力资本，是人类可以控制[和]机器无法告诉我们的东西；以及来自 ERP 等外部解决方案。”

McPhail 说，用户可以在车间运行 Tempus MES，这是一种制造运营管理 (MOM) 产品组合，以检查机器状态。 “通常，我们的员工会在平板电脑上运行我们的软件，然后在车间里走动。假设操作员遇到了零件问题；您会收到一条消息“支持内部客户”。这会将操作员从被动模式转变为主动模式。

“没有自定义编程，”McPhail 继续说道，该系统包括分析工具。 “数据收集部分是基础。我们选择的业务案例是 OEE，但您可以插入 TPM [Total Predictive Maintenance] 和许多其他案例。它本质上是计算业绩不佳的财务影响。”

Memex 正在开发今年晚些时候发布的 FOEE（财务 OEE）模块，该模块将为商店计算在低于最佳设置的情况下运行设备的成本。该模块将向车间经理显示“现在您的运行性能低于最佳性能，相差这么多，而您 [在该级别] 运行的每一小时都会花费您这么多，”麦克菲尔说。

监控是必须的，但要避免分析瘫痪

对于设置数据监控/分析的商店来说，一个大问题是应该收集多少数据。虽然业界大肆宣传对“大数据”分析的需求，但对于普通商店来说，少则多。

“我们与客户合作以了解方程式。 How 是一个已知的实体。原因，支撑它的商业案例，”是 Memex 的工作，McPhail 说。

虽然一些公司致力于处理涉及模拟环境的大量大数据问题，例如 CAE 数据，但在大多数商店中并非如此。 “大数据，我们称之为数字排气，”麦克菲尔补充道。 “如果您使用 Mazak 机器，如果您订阅每个标签，那么 [数据量] 会让您不知所措。你真的需要知道每个数据点吗？”

据 Predator Software 自动化和 OEM 关系总监 Mike Rogers 称，另一家开发商 Predator Software（俄勒冈州波特兰）将其 Predator 车间监控应用程序套件的目标是从两人车间到大型制造组织的所有领域。 “Predator MDC [机器数据收集] 是我们用于监控的核心产品，通过 Mori、OPC 和 OPC/UA 等 20 多种不同的协议，我们可以监控车间内的任何事物，”Rogers 说。

如今，商店更接受收集和分析数据。 “这将成为最热门的话题，”罗杰斯说。 “每个人都想要它，但不是每个人都拥有它。 … 大公司想要大数据。小家伙[需要]在跑步之前学会走路。否则你会不知所措。”

他指出，关键是说服客户专注于简单的事情，例如“机器会循环吗？是坐着的吗？它在运行吗？ ......这可能是一个压倒性的过程，”罗杰斯说。 “我遇到的一个问题是在组织中找到能够贯彻执行的拥护者。”

Rogers 说，Predator 的 MDC 解决方案具有直观的界面，使用户可以轻松上手。 “MDC 有 [一个内置的] 图表和报告引擎。如果你运行排列，我们有 20,000 到 30,000 份报告。” MDC 是 Predator 的八款核心产品之一，旨在收集车间数据以及监控、控制和通信。这些产品都使用一个数据库，当客户购买MDC时，他们也得到了DNC通信模块。 Rogers 说，Predator 的软件支持 Microsoft 的 Access 数据库，许多小型商店都在使用它，它还支持 Microsoft SQL Express、SQL Server 和 Oracle 数据库。 Predator 软件可以在本地或云端运行。

遵循 OEE

小型和大型商店都需要密切关注 OEE 指标，这可以让机器操作员和管理人员优化效率。将流程可视化，让车间人员能够轻松快速地查看、理解和应对不断变化的条件，这一点至关重要。

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数据分析方面的服务，我们可以提供单点服务或完整的解决方案。”借助 5ME 的 Freedom 套件，用户可以获得软件和可用硬件来链接和控制各种机器。

“我们的团队在 OT 型设备方面有着悠久的历史，我们为工厂中的几乎所有资产提供接口或适配器，通常在 CNC 控制器上，”Price 补充道。 “当我们有旧版控制器时，我们也有一个硬件设备”来连接到网络。普莱斯说，除了 Freedom eLog 软件，5ME 还通过可定制的智能板显示在平板电视上提供数据可视化。

“借助智能板技术，我们拥有仪表板或向导（带有饼图和条形图的数据集合），您可以将其保存到智能板中，”他说。智能板使用 Raspberry Pi 嵌入式系统来帮助提高最需要数据的处理速度。 “我们将 Raspberry Pi 与智能板一起用于将可视化带到车间，”Price 说。 “多年来，我们一直在汽车工厂使用安东板，但这些板非常死板。”

位于云端或本地的 Freedom 服务器是数据处理的地方。普莱斯说，通过提供的连接，客户可以在该行业已经取得的成果基础上再接再厉，例如精益制造和六西格玛。 “我们缩短了整个过程，”他补充道。 “我们的大多数客户将看到 OEE 至少提高 20% 的生产力，这包括可用性、性能和质量。可用性是您是否 [以最佳水平] 运行，性能是您是否以应有的水平生产，而质量纯粹是一种产量类型的情况。”

他说，仅凭 OEE 指标，商店就能获得巨大的绩效提升。 “可用性是最大的收获所在。最初的改进是在 30 天内提高了 10-20%。” Freedom 套件是通过网络安装的软件。 “这是一个轻量级的 IT 足迹，利用控制器上的处理能力。我们可以在 4 周内完成 100 台机器。”

普莱斯补充说，商店必须将数据筛选到最重要的部分。 “这取决于分析工具；我们称之为滴灌——数据丰富，信息贫乏，”他说。 “如果你的系统提供了正确的指标，就会有很多改进。”

采取第一个数据步骤

并非所有商店，尤其是没有大量 OT/IT 预算的小型商店，都容易相信工厂数据监控的价值。 “人们正试图了解他们的基线，”普莱斯说。 “诸如您的设备运行频率之类的事情？仍然存在差距——我们的角色是弥合这一差距。他们不明白。”普莱斯说，德事隆、贝尔直升机、卡特彼勒、斯伦贝谢和康明斯等 5ME 客户对大数据感兴趣，但他们并不都有大数据的用例，尽管他在预测性维护中看到了这样一种用途。

Cimco Americas Inc. (Streamwood, IL) 的首席执行官 Jody Romanowski 说：“数据收集和分析对于任何现代制造商来说都是必不可少的——从小商店到企业。” “准确的实时数据有助于确定可以改进的领域，无论是设备、流程还是人员。这些数据是实现重大改进所必需的。” Cimco 的车间产品 MDC-Max 是一种数据收集解决方案，可提供结构化和自动化的生产监控。 Romanowski 说，可扩展的 MDC-Max 可以使小型商店和大型制造商受益。

“当客户考虑实时数据分析时，他们通常会被各种各样的数据点弄得不知所措。我们的方法是让项目最初保持简单，分析三到五个数据点以确保早期成功，”她说。 “然后制造商可以开始逐步分析进一步的数据点。在 OEE 环境中，所有制造商都在努力对质量参数进行完整且一致的分析。

“我们不推荐使用大数据方法来收集机器数据，”罗曼诺夫斯基继续说道。 “我们建议保持简单，一开始就收获唾手可得的果实，然后在经验和克服的挑战的基础上再接再厉。当在世界各地经营车间的公司努力在全球范围内（包括跨业务部门）获得一致的概览时，项目复杂性将急剧增加，尽管不一定从大数据的角度来看。相反，复杂性通常会随着处理遗留机器/系统以及不同的程序和/或文化而增加。这进一步强调了保持第一阶段尽可能可操作和简单，同时在项目的进一步阶段将重点放在战术目标上，例如 ERP 集成。”

对于收集数据但没有充分分析数据的商店，新的分析工具可能会提供优势。 “通常，他们当前的软件过于有限、死板或复杂，”罗曼诺夫斯基说。 “MDC-Max 足够灵活，可以扩展并满足我们客户的未来需求。数据必须在任何设备上都可以轻松访问，并且必须以有意义的方式汇总——例如在报告和实时仪表板中。”

在中国天津以外的 Cimco 客户中，Romanowski 表示，制造商有一台关键机器成为生产力瓶颈，影响其他机器。 “在使用有限数量的数据点运行简单的 MDC-Max 系统后，制造商在特定机器上的利用率提高了 30%，”她指出，“从而通过减少特定瓶颈和增加所有其他机器的生产力也是如此。在这种情况下，预计投资的回收时间不到四个月。”