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物联网和ISA-95标准框架

我们都听说过“物联网”(IoTInternet Of Things),或者在制造业/工业部门听说过“工业物联网”(IIOT:Industrial Internet Of Things)其实些概念在现实世界中有着惊人的价值,但通常人们也很难真正看到、听到或触摸,更不用说理解了。本文主要结合ISA-95框架标准分层定义和物联网联系,进行普及一下,希望能够对读者有所帮助。

物联网是指与计算机的工业应用联网的互连传感器、仪器和其他设备,尤其是在制造环境中。这种连接允许数据收集、交换和分析,从而提高生产力和效率,总体目标是提高资产性能、保障生产正常运行时间、延长机器/设备寿命进而最终实现企业盈利。

什么是“ISA-95框架”

ISA-95 是 国际标准来自国际自动化学会ISA: international Society of Automation) 用于开发企业系统/应用程序与工业控制系统之间的自动化接口。本标准适用于所有行业和各种生产工艺(分批、连续和重复)这是一个全球性的标准。

简而言之,ISA-95的目标提供了标准和一致的术语,这使得供应商和制造商的沟通更加容易,并为一致的信息和操作模型奠定了基础。这个框架使各种各样的技术(硬件、软件、网络等)更容易协同工作。

ISA 95框架内有5个层次。较低级别的层次更多地体现在物理/硬件范围,而较高级别的层次主要是基于数字化/系统化管理技术

0-生产过程

这是最低级别,指的是实际的物理环境。这是来自工厂、设施、车队或任何其他来源的最原始数据,传感器和信号可以作为生产制造过程的一部分。这些数据通常粒度很小,体积很大,通常以极快的时间增量(毫秒甚至几微秒)进行测量。

1——传感和操作

制造环境中的资产(机器/设备)可以被“感知”(譬如传感器可检测的温度、压力、循环计数等)或“操作”(譬如关闭阀门或关闭或打开设备等操作行为)。支持传感器检测资产——要么是出厂内置的智能化配件(原本具备感知能力),要么可改造升级为智能化能力的(即感知能力)。通常数据感知的频率在几秒钟内。

第2——监测和控制

在这个级上,您的资产和系统可以被监控,并且通常显示为带有一些可视化的原始数据流。自动化控制硬件与软件(SCADA和HMI)相结合,可用于操作和控制工厂系统、资产——基本上控制物理过程。譬如可能包括打开或关闭HVAC系统、关闭泵或简单地查看资产的运行指标等监测的频率以分钟为单位。

第3——制造运营管理

3通常以小时为单位,是介于物理世界和数字世界之间的一个大的操作区域。调度、工作负载平衡、优化生产和其他流程等操作是这一层的核心,所有这些都有助于实现组织的制造目标。“MOM”(制造操作管理)系统——如MES(制造执行系统)——完全处于这一级别。

第4——业务规划和物流

级通常以数周甚至数月为单位,负责将业务目标与制造运营相一致。这就是进行高级业务和后勤规划的地方。ERP(企业资源管理)、SCM(供应链管理)处于这个层次上。第3级的数据对于第4级的智能决策至关重要。

物联网在哪里?

物联网或者工业互联网的应用渗透ISA-95框架的所有级,但在0-3级别的权重要大得多。物联网是第四次工业革命的主要技术驱动力之一,它致力于连接一切——我们的资产、设备、设施和人员,因此这自然是连接所有ISA-95各层级的“粘合剂”

物联网通常将数字世界和物理世界绑定在一起

示例:

·  对于制造过程,物联网技术包含生产资产的数字监控,以确定生产工作流程,如资产利用率、生产的小部件、生产质量和其他指标,从而实现实时OEE(整体设备有效性)。这将是0-3级的组合。

· 对于维护操作,物联网包括生产资产的维护行为,有预防性或纠正性。例如,如果温度传感器显示超出指南范围,则可以创建警报并最终创建工作指令。如果资产已经运行了X小时/周期等。预防性维护工作流可以自动启动。这些数据从0级开始,但大部分维护操作工作流都位于3级和4级。

· 对于业务活动,增长规划、资产利用率、销售需求等通常处于4级(ERP等)。这些数据从各个层面开始,但通常会进行合并以进行长期分析和规划。

随着物联网应用越来越受广泛、安装使用更容易、成本更低。通过自动化能力监测生产资产何时不健康或需要常规检查这将创造更好的正常运行时间、高质量的生产,并为您的团队留出更多时间继续执行更高效的任务。物联网将有助于创造一种更具预防性的文化,控制成本并提高盈利能力。

结论

ISA 95在生产制造行业许多方面定义一致性的标准,这对生产的各个参与者都有好处技术提供商、制造商及其供应商/合作伙伴。它也为我们数字世界和物理世界之间的建立动态关系提供了帮助,物联网是一个非常通用的概念,可以概括为“连接”——它是连接ISA 95框架的粘合剂的关键部分。

参考文献:

  1. https://www.brightlysoftware.com/blog/introduction-iot-cmms-and-isa-95-framework--Paul Lachance.
  2. Practical Applications Of the ISA 95 Standard ---Dennis Brand.
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