前言
現今，有關工業4.0和智能工廠的討論通常集中在下一代機器，當代商業模型和工業物聯網（IIoT）上。這些討論通常在進行時就沒有過多考慮該行業的來歷和棕地整合。這表明我們將重點放在前進的方向上，而沒有考慮攜帶舊有的設施和設備。
在2017年智能行業峯會上，雀巢的工程經理總結了這種對未來的癡迷和對過去的忽視。勞夫·哈根（Rauf Hagen）表示：“每年新增一到兩個工廠……還有430個棕地工廠需要處理。” 他接着說，雀巢棕地工廠的某些機器已經運行了50多年。這就是爲什麼仍然使用手動過程從這些工廠中提取數據的原因，而提高棕地工廠生產力的任務仍然是一個挑戰。雀巢的例子只是衆多需要克服實施工業4.0概念所帶來挑戰的棕色地帶設施中的一個。主要挑戰包括：
- 收集數據–重點在於實時收集評估整體設備效率（OEE）所需的數據
- 預處理和存儲數據–挑戰涉及使機器在與中央數據庫通信之前組織和收集數據的臨時存儲
- 處理靜態佈局
- 將收集的數據集成到工業雲平臺平臺中
本文將討論：
在棕地設施中實施工業4.0的挑戰
工業邊緣設備和開放平臺通信統一架構（OPC UA）在緩解這些挑戰中的作用
如何在棕地工廠中使用邊緣硬件和工業軟件來實現工業4.0
理解棕地設施帶來的實施挑戰
儘管雀巢的例子突出了一些挑戰，但並未詳細描述它們。就將數據驅動的工廠績效優化方法集成到棕地設施中而言，要監視的最佳指標是設備的整體效率。儘管此數據很容易用於智能設備，但從舊設備收集的數據通常集中在機器容量及其最終輸出上。這些數據是手動收集的，並且難以收集其他信息，例如每件產品的生產時間，單個設備單位的速度或材料供應與生產時間線之間的關係。
實時收集數據並計劃設備停機的能力有助於減少資源浪費並增強時間管理。在棕地設施中，很難從裝配線收集實時數據並將其發送到中央數據庫生態系統。這是因爲相互連接的過程通常使用不同年代的控制系統和過程。因此，由於舊設備上的XP，NT系統過時，智能工廠中使用的普通協議無法彌合通信缺口。
在計劃實施工業 4.0概念時，棕地工廠中工作站的靜態佈局也是一個挑戰。這是因爲，在這些設施中，移動舊設備和生產線最終弊大於利，且成本高昂。其他挑戰包括保護從這些設施收集的數據，以及由於缺乏網絡端口而將傳統設備集成到數字生態系統中的問題。
通過工業邊緣計算技術和定製軟件克服這些挑戰
通過使用工業邊緣計算設備和人機界面（HMI）技術，可以解決從棕地設施及其中的舊設備收集數據的挑戰。這些設備可以連接到該設備，而無需修改設備中的舊式控制系統。工業邊緣計算技術的一個示例是EXOR的HMI現場設備JSmart系列。
這些設備是工業級設備，能夠收集外部機器數據以及機器控制系統中更重要的數據。證明其在棕地設施中具有彈性的其他功能包括集成的IP67防護等級，可防塵、防水和防潮。
智能邊緣HMI解決方案還可以成功緩解在實施工業4.0概念時棕地設施的靜態特性帶來的挑戰。藉助運動和環境傳感器等功能，邊緣解決方案可用於規劃設施的佈局，並將其集成到各種應用程序中。例如，當嘗試創建一個棕地工廠的數字孿生時。邊緣設備可幫助提供設計由工廠內所有資產組成的數字表示形式所需的數據。一旦完成，就可以模擬生產過程並進行預測分析。
通過數字化轉型或使用數字孿生實施工業4.0，也凸顯了智能邊緣設備和軟件解決方案在從棕地工廠獲得業務見解方面的作用。如果執行得當，在開始物理實施流程之前，數字環境可用於測試在這些環境中實施IIoT和智能設備的效果。
TSN上的OPC UA Pub / Sub如何在棕地設施中統一數據流和通信
OPC UA Pub / Sub提供了一個框架，用於將工業4.0集成到棕地設施中，以及跨多個具有不同技術能力的生產站點的連接和通訊。OPC UA和時間敏感網絡（TSN）的集成還使得可以安全地收集和發送數據，並保證使用新建級技術和棕地（陳舊或過時）設備或技術的生產設施之間的延遲。例如，使用符合OPC的技術來連接，管理和安全地交換LNG工廠，精煉廠和公用設施之間的數據。
在這種情況下，工業4.0可以在棕地設施中實現，而OPC UA Pub/Sub上的TSN使通過其控制系統與其他設施或服務站進行通信和共享數據成爲可能。此過程可確保安全共享數據，同時遵守所有利益相關者的安全策略，並以其他方式大幅度減少用於此操作的資源。集成OPC UA的其他優點包括消除停機時發生數據丟失的可能性，以及使用加密來保護傳輸的數據免受網絡安全威脅。
在您的工廠中實施工業4.0概念
如前所述，在棕地設施中實施工業 4.0概念的挑戰包括數據收集，通信和安全性。爲了成功克服這些困難，徹底研究集成工業4.0商業模型及其相關技術的好處是成功實施的方法。在這裏，工業邊緣計算技術及其相應的軟件以及集成的OPC UA標準將發揮作用。儘管選擇遵循並執行的實現途徑是系統集成商的責任，但HMI設備可以幫助簡化過程。
附錄：JSmart：定義了新的Smart Edge設備細分
儘管工業界專注於雲功能，但對功能強大且易於使用的邊緣設備的需求卻在悄然增長。JSmart系列以Wifi，內部溫度傳感器和3軸加速度計以及功能強大的Web瀏覽器和圖形加速器開始其生命，隨着基於TSN技術的OPC UA的出現改變了OT格局，新一代的應用得以開發。
（公衆號：IIOT-Hongke）
