构建工厂到企业的信息集成战略

发布时间：2014-05-27 作者：Jeanine Katzel

        在《侏罗纪公园》这部经典电影中，Ian Malcolm博士说道：“你们这些科学家总是关注能不能做到，而不去想想应不应该这么做。”Malcolm对于恐龙的判断可能并不正确，但是如果所指的是工厂到企业的信息集成（Plant-to-Enterprise Integration），那么他很有可能是对的。这种技术的时代正在来临，信息集成系统无疑正在披荆斩棘，以越来越快的速度在生产企业中站稳脚步。唯一的问题就是，它如何对今天的工业作业带来影响。
        Honeywell的产品经理Jim Christian更加直接地说：“对于信息集成系统的问题并非在于‘是否能够信息集成’，而在于‘是否应该信息集成？’信息集成的工具已经有了，关键在于如何解析这些信息并从中实现价值。”

        信息集成有多困难？
        " 确实不易，它所需的努力远超很多企业所能想象。"Invensys公司的副总裁Peter Martin说道，“对于工厂到企业信息集成这项工作，生产企业真是良莠不齐。很多情况下，主要的方法就是在自动化系统和ERP系统之间搭建工厂历史数据，尽可能多地搜集数据，并且利用这些数据。”
        Martin微笑地补充道，很多生产制造企业认为使系统之间互联就会得到好的结果，而很少有人想一想为什么要实现信息集成。因此，很多企业对他们在信息集成工作上付出努力的回报感到失望。工厂到企业的信息集成非常复杂，从一开始就需要多方面的合作和交流，还经常要求企业在运营文化上做出改变。除了使用技术手段，工厂必须开发出合作策略，明确预期结果，建立实际可行的目标和期望值。首先也是最为重要的是，他们必须对自己的系统以及工厂到企业的信息集成系统有深入的了解。
        迎接信息集成的挑战
        到底什么是工厂到企业的信息集成？Mitsubishi Electric公司的高级产品经理Sloan Zupan称之为高度集成的生产架构，在这一架构之下，控制架构能够与商业应用程序进行通讯。“输入来自各方面的信息，例如库存目录、生产计划、质保和维护，确保每一个个体都知道其他部分的运作情况，”他说道：“它能够帮助发现薄弱点，优化作业。例如在工厂车间和企业之间采用信息集成能源管理，使管理人员能够将生产与能源成本关联起来，提升竞争力。要想实现信息集成，从前必须使用中间设备，而现在的信息集成技术已经完全不同了。在控制架构和企业应用之间已经无需再使用软件作为中介，IT系统和工厂车间之间已经可以无缝地进行信息交互。这一努力的结果就是构建了更加安全、可靠和透明的作业环境。”
        两个主要的相互关联的因素促成了今天工厂到企业信息集成的进程：快速的技术进步和变化中的全球经济。在过去几十年间，信息集成技术愈发先进， Siemens Industry公司的工业网络产品经理Ming Ng说道，“这种变化如同一场风暴，企业借助连通性获得了大量的数据。我们已经到了临界点，今天的企业必须信息集成，因为它们必须快速响应才能保持竞争力，信息集成赋予它们全新能力，不同应用程序的功能可以被整合在一起，实时数据可以用来实现更好的决策。而以太网为实现这一目的提供了通用的平台，确保来自不同供应商的设备能够在同样的网络下使用不同的技术。”

今天，工厂到企业的信息集成能对实时数据进行处理和分析，辅助实现更好的决策，帮助生产制造企业维持竞争力。它要求多方面的合作和交流，要求制定合作策略，明确可预期的结果并建立切实可行的目标。图片来源：Honeywell

        Honeywell公司的Christian也持类似观点。“生产制造企业需要实时信息用于决策，我们目前在印度正在进行一个涉及化工和精炼的多站点项目，企业希望能够在一个显示界面上显示多种关键性能指标 （KPI），便于从合作执行到现场管理再到操作人员的每一个人都能够在各自的管控区域内浏览当前状态。很多KPI来自于工厂，但是也有一些来自于商业系统。我们希望看到更多的信息交换，更多的商业信息被发送到工厂层面用于安全、可靠性、能耗以及更多方面的决策。这种做法的考量在于如果你能够在一个界面上显示所有的信息，那些机组的责任人就能够浏览全部内容并且更好地操作它。”

生产企业需要实时信息用于决策，信息集成系统能够帮助合并KPI，例如那些工厂车间和商业系统的信息可以显示在一个显示界面上，任何人有需要都可以浏览当前状态，最大限度地提升性能并优化作业。图片来源：Honeywell

        大体上讲，美国的生产制造企业正在面临着基建的老旧问题。很多企业仍在使用过时的技术，如果工厂到企业信息集成这项任务已然箭在弦上，那么就无法避免对老旧设备进行升级换代了。优化的企业连通性包括历史数据功能和纵向信息集成，老式系统是不具备这种能力的，Siemens公司的Ng指出：“面临对老旧基础设施进行升级的那些用户希望能够搭建一种在未来10到20年间都能够胜任的基础架构，这一投资不仅仅为了实现信息集成，还能够直接推进工业生产制造。”
        企业文化上的变革
        专家的一致看法是，信息集成发挥作用的壁垒并非在于技术层面，甚至也不在于其成本，而是它如何被应用。如果目的明确，那么信息集成将会非常有益。工厂到企业信息集成对作业模式有一些不同的要求。“例如，管理层需要对一线作业人员给以足够的信任，为其提供信息便于其做出更好的商业决策。”Invensys公司的Martin说道：“这就是文化的变革，将独立的信息收集起来并非是最终目的，管理者需要找出为什么要以及如何将信息从A点发送到B点才具有正面意义。”
        信息集成所面临的最艰巨的挑战恐怕就是如何开始。大多数企业在建立信息集成策略上花费了巨大努力，“工厂必须开发一种工厂到企业的互通策略，”Mitsubishi公司的Zupan坚持道：“这要求系统具备确保数据可靠性的解决方案和能力。其中之一就是千兆工业以太网，它能够确保网络高效地运行，它提供的安全措施能够阻止作业人员对机密信息或者私有信息进行访问，它还具有在多种IT应用程序和各种生产制造资产之间传输信息的标准方法。”
        安全性与易访问性
        工厂到企业信息集成策略的主要目的之一就是在访问能力和自由数据流动与维持数据安全和完整性之间找到平衡，Ng强调说：“生产制造企业必须在信息集成产品中开发安全策略并采取安全措施，”他指出：“任何事物都具有两面性，而做好安全性就是防止事物向不好的方向发展的手段。安全性是一种生活方式，绝非简单得核对清单。使用单一的设备或者软件是无法获得安全性的，必须建立全面的安全作业方法。安全性同样遵循短板原则，如果人员未经良好的培训或者安全措施可以被屏蔽，那么安全措施就是无效的。安全策略必须获得连续的关注，也必须与其他信息集成策略紧密结合。”
        工厂到企业信息集成技术仅仅是一个开始，artin补充道，它为那些需要这些信息的人提供了商业和营运角度的分析意见，便于他们优化商业模式。“如果对建立信息集成的原因没有全面的理解，那么信息集成是毫无价值的。”他说道：“如果企业切实花功夫去理解信息集成到底是要干什么以及为什么要做信息集成，那么信息集成就会成为企业最为强大且有效的工具。”
        工厂到企业信息集成要求一种协作文化。工程、IT部门、生产以及商业功能的特点均不相同，其职能范畴的冲突今天已经不是一个问题了。“越来越多的过程控制系统在和商业系统融合，”Honeywell公司的Christian说道：“上一代的控制系统与IT系统并不相同，但今天，这两者之间的技术范畴划分已经不那么明显了，随着这些系统的融合，任何资源的冲突都将不复存在。”
        将信息集成进程向前推进
        大多数企业都意识到了信息集成的好处，关键在于开发策略。生产制造企业必须明确他们希望从其工厂到企业信息集成系统中获得哪些价值。有时确实很困难，Christian承认道：“一些企业总是要求过多，我会与他们共同分析哪些需求真的能够实现。大多数企业都希望能够一蹴而就，但是他们不得不好好整理一下思路，明确到底哪些事情更为重要。如果产量较低，但是质量、可靠性和安全性不错，那么工厂需要聚焦于生产，找出为什么产量下降。企业需要发现短板，才有提升的可能。”

多种新型产品和系统帮助实现工厂实时可视化，工厂工作人员可以借助这些产品和系统构建信息集成环境。其中之一便是Invensys公司的Foxboro Evo，它是下一代过程信息系统，专门为了改善运营分析和信息集成而设计。此系统在一个高速、故障冗余并且具有网络安全性的硬件平台上使用先进的工具和应用程序。图片来源：Invensys

        工厂级到企业级的系统未来有可能向哪个方向发展？信息集成系统中更广泛地使用无线技术也许是一个方向。“技术人员在罐区中使用智能手机就能够获得与中央控制室同样多的信息，”Invensys公司的Martin说道：“移动性将智能扩展到了现场。”
        移动设备对于实现有效的工厂到企业信息集成至关重要，Ng同意道，他指出很多企业正在寻找无线通讯设备实现其所需的连通性。“我们曾经与一家企业合作，它需要从位于不同国家的30个工厂获取数据，很多这些工厂的所在地都没有完善的以太网基础设施，但是蜂窝网络还是有的，使用移动电话就可以帮助企业在需要的时候获取工厂数据了。”
        保持技术先进性
        Mitsubishi公司的Zupan观察道，当今的技术发展如此之快，信息集成进程也将日新月异。“未来的信息集成也许会集成在控制器内部，而不是另起炉灶，”他建议道：“无线技术肯定会越来越普及，安全性也会越来越好，可以预见千兆工业以太网将会迎来发展的春天。很多网络无法对生产系统和商业系统之间的信息进行管控，而千兆工业以太网移除了这个障碍。随着它在工厂车间的普及程度越来越高，在IT环境中对生产制造设备信息的共享将迎来爆炸式发展。”
        Christian说道，需要牢记的是信息集成并未创造任何额外的信息。“信息集成系统仅仅帮助对现存的数据进行分类，发现其中的相关性，并对其进行利用。那些应用领域明确的应用程序——从维护系统和生产系统到规划和排序——它们的作用仍旧强大。如果信息集成概念在想对独立的区域内运作良好，那么就可以进行下一步改进。渐渐地，企业就会发现信息集成能够对可靠性、能耗等方面带来很多积极的影响，随后信息集成就会被越来越多的企业采纳。在合理的区间内实现了信息集成和协作的信息系统将会对工厂和企业带来极大的改善，甚至超出想象。不过很少有企业做到这一点，大多数企业正在朝着这个方向努力。”
        与工厂到企业的信息集成携手并进
        那些正准备开始进行工厂到企业信息集成进程，以及那些正在提升其信息集成程度的企业，如果在开展工作之前，能够对企业自身信息集成文化和信息集成技术的当前状态进行评估，那么将会大有裨益。关注信息集成文化必须切中要害，找到在现有技术条件下最有利的应用并对未来进行规划能够给结果带来更加积极的意义。
        制定具体策略
        Invensys公司的副总裁Peter A. Martin建议企业从如下五个方面着手实践信息集成进程：
        ■ 明确策略。你是否明确定义了加工和生产策略？是基于成本控制的策略？还是基于产量的策略？它的变化频率是多久？每一个个体都必须明确信息集成策略如何影响企业运营的每一个方面。
        ■ 进行量化评估。确保工厂工作人员知道如何对推进结果进行报告。明确每一个人对工厂有何种贡献。“当我们向企业咨询其信息集成项目的运行情况时，”Martin说道：“我们试图帮助他们开发贡献算法，便于其评估策略的效果。这包括对工厂车间进行量化评估，然后我们试图在控制系统中对这些措施进行建模。”
        ■ 对人力资源进行评估。工厂雇员的受教育程度和专业等级是什么？这种评估可以将工厂的资源进行梳理，力求人尽其用。
        ■ 评估IT领域和工厂车间中正在使用的技术。通常这样的分析都会最终导致产生对现有系统的新的使用方法，并对基础架构进行扩展。
        ■ 制定改进计划。考虑还有哪些措施能够进一步改进，是否需要高级控制？新的维护程序是否有效？进行强制的分析，明确哪些限制条件阻止了改进的推进。
        这些步骤对明确信息集成策略非常有用，Martin说道，强调这种分析并非聚焦于产品。相反的是，它聚焦于措施以及如何授权和使用现有的资产实施改进，最后是如何实现信息集成。“一开始，你需要明确希望信息集成达到什么效果，而不是关注信息集成本身。”他说：“信息集成只是一个开始，只有当你明确你要使用信息集成实现什么之后，这种技术才能够被有效地应用。”
        采用先进技术
        从信息集成推进的技术角度来讲，Siemens Industry公司的工业网络产品经理Ming Ng强调企业所需要的信息集成方案并非需要对现有架构推倒重建，很多现有的基础设施可以重新被利用，他同意道，从他的经验来看，时下的工厂到企业通常聚焦于三个领域：
        ■ 从传统的现场总线技术变更为以太网技术。这些工厂已经具备了一定的设备基础，希望能将设备搭载在以太网或将独立的自动化区域连接到网络上。以太网能够提供很多现场总线不具备的好处。它能够为工厂提供更好的数据、响应的速率更快、决策也更好。以太网产品提供的工具集也更加好用，大多数当今的基于以太网的产品具有内置的网络服务器。使用标准的笔记本电脑和以太网电缆，工程师就能够连接网络进行诊断并查看这些设备的信息。过去，他们必须使用专门的软件，使用软件狗并具备大量的网络知识才行。
        ■ 应用无线技术，明确应用区域以及使用无线有什么好处。大多数情况下，企业认为手机和无线技术是一种比较特殊的应用，以前很少采用。应用无线技术最为关键的一环在于规划。企业需要知晓如何配置网络。
        ■ 设计网络并与IT高效协作。很多生产、工厂和控制工程师仍旧在考虑是否要涉足工作，Ng补充道：“他们可能会认为自己不具有足够的专业背景或者知识技能， 但是大多数控制工程师能够安装、配置并使用工业以太网络设备。各种工具的设计非常直观，所以工程师们可以在工程车间使用网络，而IT人员留在办公室即可。明确的职责划分非常重要，在这一领域内具有专业技能的多方都必须承担起职责。最为重要的是，他们必须一起工作，找到实现信息集成的着手点。每一个项目情况都不同，只有付出努力才会有所收获。”