任何工業(yè)4.0項(xiàng)目的第一步通常都會經(jīng)歷流程自動化和數(shù)字化階段。自動化階段眾所周知，由控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施組成。

當(dāng)使用正確的技術(shù)完成此實(shí)施時，數(shù)字化的步驟就迫在眉睫。這有利于組織內(nèi)任何工業(yè)4.0項(xiàng)目的實(shí)施。然而，這一步驟對于經(jīng)濟(jì)投資以及正確實(shí)施所涉及的所有階段來說變得非常昂貴。

人們普遍認(rèn)為，必須擁有強(qiáng)大的自動化和控制系統(tǒng)才能開展工業(yè)4.0項(xiàng)目。由于整個流程自動化在經(jīng)濟(jì)上不可行，他們認(rèn)為這是開始數(shù)字化轉(zhuǎn)型和實(shí)施階段的障礙。

然而，有幾種策略可以讓制造商將流程數(shù)字化，而無需完全自動化，并且成本更低。這樣可以找到優(yōu)化和改進(jìn)的見解，從而成為實(shí)現(xiàn)組織目標(biāo)的先鋒。

這一系列步驟被稱為“互連策略”。有七種策略允許工程師以非侵入方式提取信息以進(jìn)行存儲和處理。

1.確定您想要回答的問題

第一步是最重要的，它對應(yīng)于實(shí)施這種互連戰(zhàn)略的目的和目標(biāo)的定義。需要提出必要的問題來確定哪些信息與流程和組織的目標(biāo)相關(guān)。其中一些問題包括：

關(guān)于該過程需要了解或理解什么？

是需要整個流程的可追溯性還是只需要流程的某些部分？

最相關(guān)的關(guān)鍵績效指標(biāo)(KPI)是什么？它們是如何計算的？

什么類型的可視化最適合查看信息？

多久需要一次信息摘要？

這些數(shù)據(jù)目前是否存在并且已數(shù)字化？

一旦這些答案可用，就可以識別允許獲取感興趣信息的元素，如果不可用，則有必要創(chuàng)建它。

2.確定信息來源

信息可以來自各種來源，從使用可編程邏輯控制器(PLC)的簡單控制系統(tǒng)，到更復(fù)雜和互連的系統(tǒng)，例如監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)、服務(wù)器、外部應(yīng)用程序、手動信號采集等。

識別來源、數(shù)據(jù)類型和頻率也非常重要。而且在許多情況下，所需的信息并不存在，因此需要安裝傳感器和先前的流程來獲取此類數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)被稱為“信息系統(tǒng)”。

3.確定提取方案

每個系統(tǒng)都有自己的通信協(xié)議，因此稍后考慮“信息系統(tǒng)”和“集中式系統(tǒng)”之間的中間點(diǎn)非常重要。過去，出于不同的技術(shù)和商業(yè)原因，公司通常有自己的通信協(xié)議，因此這些協(xié)議與其他品牌或制造商的設(shè)備不兼容。

這導(dǎo)致需要僅使用同一品牌或制造商的設(shè)備。然而，多年來，各公司已達(dá)成使用通用協(xié)議的協(xié)議，這極大地有利于系統(tǒng)的互連。

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的正確互連，目標(biāo)必須是將所有串行協(xié)議統(tǒng)一為通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以便它們的提取簡單且同構(gòu)。為此，在系統(tǒng)本身無法完成此操作的情況下，必須考慮使用附加設(shè)備，例如協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

還必須考慮用于傳輸信息的物理介質(zhì)，例如光纖銅纜或射頻的使用。目前，在工業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)中，OPCUA輸出協(xié)議允許系統(tǒng)之間正確互連。

4.選擇右邊緣設(shè)備

邊緣設(shè)備是負(fù)責(zé)對從“信息系統(tǒng)”獲取的信息進(jìn)行集中、轉(zhuǎn)換和清洗的設(shè)備。為此，它必須能夠按照先前確定的通信協(xié)議進(jìn)行通信，并具有與網(wǎng)絡(luò)物理互連所需的端口。

一般來說，它必須通過以太網(wǎng)端口連接到運(yùn)營技術(shù)(OT)網(wǎng)絡(luò)，并通過另一個端口連接到信息技術(shù)(IT)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)變量的數(shù)量和通信協(xié)議，必須選擇硬件和操作系統(tǒng)容量。

如果邊緣設(shè)備具有必要的資源，則可以是“集中式系統(tǒng)”或“存儲系統(tǒng)”。但建議“集中式或存儲系統(tǒng)”是用于信息存儲和處理的專用服務(wù)器。因此，邊緣設(shè)備充當(dāng)“集中式系統(tǒng)”的提取轉(zhuǎn)換負(fù)載（ETL）。

5.創(chuàng)建互連拓?fù)?/p>

一旦識別出包含信息的元素，下一步就是開發(fā)允許所有系統(tǒng)與集中式系統(tǒng)通信的拓?fù)?。允許提取信息以進(jìn)行進(jìn)一步處理。

重要的是要記住，如有必要，安裝額外的設(shè)備來更改網(wǎng)絡(luò)的串行通信協(xié)議，安裝交換機(jī)來分配網(wǎng)絡(luò)，以及光纖轉(zhuǎn)換器來長距離互連系統(tǒng)，以及其他基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，應(yīng)予以考慮。

不要忘記詳細(xì)檢查設(shè)備的配置，以避免IP、MAC地址重復(fù)、不兼容問題和網(wǎng)絡(luò)安全問題。這套工具和設(shè)備被稱為分發(fā)系統(tǒng)。

6.集中信息

拓?fù)渚途w后，就可以從“信息系統(tǒng)”中提取信息開始，并將數(shù)據(jù)集中在一個或多個“存儲系統(tǒng)”中。例如，每個區(qū)域可以有自己的集中式系統(tǒng)或存儲，同時在更高級別上有另一個系統(tǒng)或存儲來集中每個區(qū)域的匯總信息。目的是讓本地層面的信息重點(diǎn)關(guān)注工廠，全球?qū)用娴男畔⒅攸c(diǎn)關(guān)注組織的管理。

一旦所有基礎(chǔ)設(shè)施都到位以提取信息，下一步就是以有利于后續(xù)分析的方式組織它。

7.信息處理

一旦所有信息可用并集中，該過程最富有成果的階段就開始了。這是可以定量回答第一步提出的問題的時刻，而且這些問題不僅得到一次回答，而且貫穿整個過程的其余部分?？梢垣@得近乎實(shí)時的分析，從而能夠根據(jù)數(shù)據(jù)做出重要決策。

一旦工程師獲得了可用信息以及這些信息與組織的關(guān)系，就可以尋找改進(jìn)和優(yōu)化機(jī)會。很多時候，這些改進(jìn)是通過創(chuàng)建實(shí)時反映流程狀態(tài)的儀表板來識別的，其中需要糾正的異常情況會被直觀地記錄下來。

在其他情況下，可以使用數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能技術(shù)等技術(shù)工具來發(fā)現(xiàn)流程中隱藏的模式，并提出糾正或改進(jìn)它們的解決方案。

提供不同類型的開源或免費(fèi)訪問工具

有幾種開源或免費(fèi)訪問工具可以幫助工程師實(shí)現(xiàn)他們的目標(biāo)。然而，開源并不意味著它們不安全，或者它們沒有高性能來解決工業(yè)問題，但在許多情況下，它們達(dá)到了目的。同樣，它們可用于有效地執(zhí)行概念驗(yàn)證(PoC)。如果需要更嚴(yán)格的工具，可以購買付費(fèi)版本或開發(fā)新工具，但目標(biāo)已經(jīng)經(jīng)過測試和驗(yàn)證。這節(jié)省了許多工作時間和工程時間。

在這些工具中，值得一提的是著名的流程和事件編程程序，它經(jīng)常被用作各種物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0項(xiàng)目的ETL。對于存儲主題，用戶可以利用專門研究時間序列的數(shù)據(jù)庫，因此它們廣泛用于此類過程。

有多種可視化程序可以利用有限的資源實(shí)施完整且卓越的項(xiàng)目，因此無需擁有強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施即可涉足工業(yè)4.0。

問題沒有單一的解決方案，但有多種方法可以解決。然而，最佳解決方案取決于每個客戶的需求和目標(biāo)。