一種新的智能自動(dòng)化框架

李 勍， 朱 政， 張 林， 王萌萌

（中國(guó)機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司， 北京 100044）

0 引言

Taiichi Ohno 在1988 年提出了自主或 “人機(jī)交互自動(dòng)化”的概念，描述了豐田生產(chǎn)系統(tǒng)中智能機(jī)器的自主運(yùn)行模式[1]。 隨著工業(yè)4.0 的發(fā)展，智能自動(dòng)化作為人工智能和自動(dòng)化的結(jié)合也逐漸發(fā)展壯大[2-3]。 工業(yè)4.0、智能制造、智能工廠或第四次工業(yè)革命，這些概念中都提出了技術(shù)和設(shè)備能夠自主地，智能地與和人互動(dòng)的要求[4-5]。

自動(dòng)化行業(yè)升級(jí)的目標(biāo)并沒(méi)有改變， 即減少停機(jī)時(shí)間并優(yōu)化資源的使用。 在市場(chǎng)壓力下， 企業(yè)為了降低大規(guī)模生產(chǎn)的成本同時(shí)保證定制生產(chǎn)靈活性， 大規(guī)模定制化的生產(chǎn)需求也隨之出現(xiàn)[6]。 企業(yè)為了生產(chǎn)小批量，多樣化的產(chǎn)品，其組織和集成更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)性和決策能力也會(huì)變差[7]。 新的智能自動(dòng)化系統(tǒng)在利用全球標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，也可以與以前的系統(tǒng)進(jìn)行連接和工作。

數(shù)據(jù)是一項(xiàng)寶貴的商業(yè)資產(chǎn)。 通過(guò)基于數(shù)據(jù)的決策支持系統(tǒng)， 工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的連續(xù)數(shù)據(jù)流可以通過(guò)集成分析來(lái)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。 數(shù)據(jù)的獲取、操作和使用已成為該行業(yè)投資新技術(shù)的核心價(jià)值。 這一轉(zhuǎn)變背后的領(lǐng)域包括：①智能自動(dòng)化，例如網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)、協(xié)作機(jī)器人和預(yù)測(cè)分析[8]；②物聯(lián)網(wǎng)（IoT），被國(guó)際電信聯(lián)盟稱為“信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施”，即所有設(shè)備都應(yīng)相互連接并相互通信；③支持大數(shù)據(jù)平臺(tái)的云解決方案和邊緣計(jì)算， 同時(shí)通過(guò)使用設(shè)備資源確保外圍分散[9]；④數(shù)字孿生，用于模擬模型[6]和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

數(shù)據(jù)不一致是一個(gè)挑戰(zhàn)， 實(shí)際生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)受到污染：形式和格式太多，不完整或完全缺乏，錯(cuò)誤太多，沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)母櫥蚴欠墙Y(jié)構(gòu)化等[10]。 造成這個(gè)問(wèn)題的通常不是應(yīng)用程序和系統(tǒng)， 而是獲取和處理數(shù)據(jù)的體系結(jié)構(gòu)。 數(shù)據(jù)科學(xué)和商業(yè)智能等領(lǐng)域正在不斷增長(zhǎng)，必須妥善處理數(shù)據(jù)管理中的這一缺陷， 否則它可能會(huì)成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

為了應(yīng)對(duì)以上數(shù)據(jù)采集和管理的挑戰(zhàn)， 本文提出了一個(gè)框架，支持智能自動(dòng)化中間件（MIA）的開發(fā)，MIA 將傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)與云服務(wù)、 大數(shù)據(jù)和軟件開發(fā)集成到?jīng)Q策支持系統(tǒng)中，將傳統(tǒng)的自動(dòng)化金字塔轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活。并介紹了基于此框架下的兩個(gè)應(yīng)用案例。

1 自動(dòng)化金字塔

通過(guò)開發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工業(yè)體系結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程、業(yè)務(wù)規(guī)劃和物流之間的信息交換。 ISA-95 是國(guó)際自動(dòng)化學(xué)會(huì)的一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)化金字塔是由ISA-95 提供的框架，用于在5 層中提供此接口，如圖1 所示。

圖1 ISA-95 自動(dòng)化金字塔架構(gòu)

在底層，條碼和射頻識(shí)別（RFID）是最先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)，用于跟蹤和監(jiān)控資源、提供可追溯性并為智能系統(tǒng)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)[12-13]。

SCADA 是一種控制和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)， 用于監(jiān)督員、SCADA 計(jì)算機(jī)、分布式人機(jī)界面（HMI）、PLC（可編程邏輯控制器）等控制器和車間設(shè)備（傳感器和執(zhí)行器）之間的通信和數(shù)據(jù)交換。 SCADA 系統(tǒng)架構(gòu)是工業(yè)數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)[14]，利用較小的PLC 循環(huán)時(shí)間提供高重復(fù)性和高可靠性。這種架構(gòu)將物理系統(tǒng)與更高層次的抽象隔離開來(lái)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）向企業(yè)業(yè)務(wù)層的控制系統(tǒng)添加了一個(gè)抽象層。MES 用于實(shí)時(shí)跟蹤、分析和通知車間從原材料到成品的所有轉(zhuǎn)變[15]。 MES 提供從生產(chǎn)流程到車間和企業(yè)的實(shí)時(shí)商業(yè)智能（BI）。 MES 可用于衡量關(guān)鍵成功指標(biāo)（KPI），例如整體設(shè)備效率（OEE），檢索統(tǒng)計(jì)過(guò)程數(shù)據(jù)并與智能決策支持系統(tǒng)協(xié)作。 決策支持系統(tǒng)的去中心化已經(jīng)影響了MES 與其他系統(tǒng)通信的方式[16]。

企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）是一套模塊化、集成化的應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)管理公司的核心業(yè)務(wù)流程。通常在同一數(shù)據(jù)庫(kù)上實(shí)時(shí)（或接近實(shí)時(shí)）運(yùn)行。如今，許多新的應(yīng)用正在被添加到工業(yè)運(yùn)營(yíng)中，它們可以來(lái)自數(shù)字化工作、數(shù)據(jù)采集解決方案，如SCADA 和MES，或者基于使用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘工具從原始數(shù)據(jù)中提取有用的知識(shí)[17]。 由于復(fù)雜性不斷增加，當(dāng)單個(gè)ERP 不能唯一地滿足公司的特定需求時(shí)，許多商業(yè)模式往往需要尋求最佳的解決方案[18]。

隨著顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)和數(shù)據(jù)管理變得更加復(fù)雜，大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)（BDW）似乎是一種最先進(jìn)的技術(shù)，可以實(shí)時(shí)收集和處理生成的大數(shù)據(jù)[19]。 BDW 中的集成元數(shù)據(jù)是通過(guò)來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的提取轉(zhuǎn)換加載（ETL）操作獲取的。BI可以通過(guò)在線分析處理（OLAP）立方體實(shí)時(shí)分析BDW 的不同維度。 BDW 可用于現(xiàn)代車間，以支持決策支持系統(tǒng)和饋送智能自動(dòng)化解決方案。

基于云的解決方案也在影響自動(dòng)化金字塔， 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)為行業(yè)提供服務(wù)、應(yīng)用程序和資源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的可擴(kuò)展性、靈活性、安全性，并降低維護(hù)成本。 云連接通過(guò)即插即用的多個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)向數(shù)字世界提供數(shù)據(jù)分析[20]。 基于云的解決方案正在不斷發(fā)展，并成為Siemens Mindsphere 等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)廠商的推動(dòng)者。 通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理數(shù)據(jù)， 邊緣計(jì)算確保了外圍和分散的決策能力[9]。

Arduino 或Raspberry PI 等微控制器是在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中跟蹤和獲取數(shù)據(jù)的廉價(jià)選擇， 但仍缺乏工業(yè)平臺(tái)的可靠性或穩(wěn)健性，無(wú)需維護(hù)合同或認(rèn)證。 SIMATIC IoT2040是2016 年西門子外殼內(nèi)的Arduino，提供IP20 保護(hù)，但與標(biāo)準(zhǔn)PLC 提供的IP65/67 相去甚遠(yuǎn)[20]。

開放平臺(tái)通信統(tǒng)一架構(gòu)（OPC-UA）與平臺(tái)無(wú)關(guān)，是標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)自動(dòng)化通信平臺(tái)， 用于在軟件和設(shè)備之間實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，允許機(jī)器對(duì)機(jī)器通信[8，14]。 OPC 服務(wù)器用于將從PLC、HMI、PC 或軟件應(yīng)用程序接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為OPC協(xié)議。 然后可以使用OPC 客戶端來(lái)請(qǐng)求和解釋來(lái)自O(shè)PC服務(wù)器的數(shù)據(jù)。 OPC 服務(wù)器/客戶端配置可用于在TCP/IP協(xié)議下通過(guò)PROFINET（工業(yè)以太網(wǎng)）在PLC 和數(shù)據(jù)庫(kù)之間交換數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)備中使用的OPCUA 是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的推動(dòng)者[21]。

2 智能自動(dòng)化框架

2.1 智能自動(dòng)化功能

智能自動(dòng)化框架的成功開發(fā)取決于如何有效地考慮數(shù)據(jù)采集和管理問(wèn)題的所有特征。功能可以從體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序到組織結(jié)構(gòu)幾個(gè)方面進(jìn)行考慮[5]。本文提出了以下功能的指導(dǎo)原則：

互操作性：一個(gè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)集成的能力。接口應(yīng)該利用標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議來(lái)連接信息并將信息轉(zhuǎn)換為有意義的結(jié)果。 網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)需要這些交互的系統(tǒng)[8]。

虛擬化：創(chuàng)建物理環(huán)境的數(shù)字雙胞胎或副本[6]。 仿真模型可用于分析復(fù)雜系統(tǒng)（例如制造工廠）在不同場(chǎng)景和環(huán)境下的行為。 將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的過(guò)程也可以稱為數(shù)字化。

可視化：系統(tǒng)與用戶之間的界面。 HMI、應(yīng)用程序前端和商業(yè)智能儀表板的布局和設(shè)計(jì)應(yīng)清晰、靈活、易于訪問(wèn)、快速且響應(yīng)迅速。

可追溯性： 在資源的整個(gè)生命周期內(nèi)實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控資源的能力。這是由識(shí)別系統(tǒng)發(fā)揮作用的架構(gòu)提供的。

去中心化：決策支持系統(tǒng)自行做出決策的能力。這樣的系統(tǒng)可以是本地或遠(yuǎn)程的基于云的方式。 軟件實(shí)施可能包括反應(yīng)性和預(yù)測(cè)性分析，例如預(yù)測(cè)性維護(hù)、合規(guī)性檢查或動(dòng)態(tài)調(diào)度[22]。

實(shí)時(shí)性：立即獲取信息、分析和提供結(jié)果的能力。 基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)應(yīng)該準(zhǔn)備好處理實(shí)時(shí)信息交換流。 繞過(guò)自動(dòng)化金字塔的層級(jí)可以培養(yǎng)更敏捷的方法。

模塊化： 新模塊的靈活集成或通過(guò)需求變化對(duì)現(xiàn)有模塊的適應(yīng)；系統(tǒng)應(yīng)該被分解成更小的和獨(dú)立的子系統(tǒng)，降低整體復(fù)雜性。

訪問(wèn)級(jí)別：數(shù)據(jù)訪問(wèn)政策的管理機(jī)構(gòu)。 定期將必要的數(shù)據(jù)移動(dòng)到應(yīng)用程序數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，通過(guò)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。 將系統(tǒng)遷移到云端也可以減少安全問(wèn)題。

知識(shí)管理：內(nèi)部知識(shí)不應(yīng)該只存在于關(guān)鍵人物身上。信息應(yīng)該流動(dòng)，使文檔保持最新非常重要。

2.2 數(shù)據(jù)特征

智能自動(dòng)化架構(gòu)必須反映其數(shù)據(jù)需求。 數(shù)據(jù)通?？梢酝ㄟ^(guò)其容量（Volume）、速度（Velocity）和多樣性（Variety）來(lái)定義，被稱為大數(shù)據(jù)的3Vs[11]，其他作者提出的包括準(zhǔn)確性（Veracity）甚至價(jià)值（Value），使其成為5Vs。 還有其他分類，例如10Vs 或10Bigs[23]。 本文針對(duì)以下特征提出了指導(dǎo)方針：

數(shù)量：記錄可能沒(méi)有周期性，如生產(chǎn)訂單或基于事件的觸發(fā)器，但也可以是周期性的，具有高粒度要求，例如在第二個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)。 生成的數(shù)據(jù)量可能需要不斷增長(zhǎng)和變化的基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)據(jù)模型的架構(gòu)必須為擴(kuò)展、將數(shù)據(jù)移動(dòng)到元數(shù)據(jù)替代方案以及包括數(shù)據(jù)庫(kù)索引做好適當(dāng)?shù)臏?zhǔn)備。

頻率：保存、處理和交付數(shù)據(jù)的速度。 較低的頻率通常用于從數(shù)據(jù)庫(kù)和/或數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中獲取信息，而在設(shè)置為實(shí)時(shí)跟蹤、執(zhí)行分析和提供結(jié)果的應(yīng)用程序中，更高的應(yīng)用程序很常見(jiàn)。實(shí)時(shí)正在成為行業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。有必要在每個(gè)頻率的處理能力和可能的情況之間找到折衷方案。什么粒度是必須的，什么不是必須的，這是一個(gè)不斷變化的閾值。 哪些應(yīng)該被視為歷史數(shù)據(jù)，哪些仍然相關(guān)。

多樣性：數(shù)據(jù)類型可以是簡(jiǎn)單且結(jié)構(gòu)良好的表，其中包含數(shù)字、文本和日期時(shí)間，也可能是來(lái)自音頻、圖像、視頻或其他文件的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的復(fù)雜表格。 運(yùn)行應(yīng)用程序所需的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該被提取、 預(yù)處理并整合到一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型中。

復(fù)雜性：指數(shù)據(jù)的維度以及數(shù)據(jù)如何相互關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)模型的體系結(jié)構(gòu)必須是模塊化且靈活的， 這樣以后就不需要對(duì)其進(jìn)行修改。 參數(shù)化是必不可少的， 而不是硬編碼，以允許集成新的需求。

質(zhì)量：數(shù)據(jù)可能有許多錯(cuò)誤，影響其可用性。 它可能是不可預(yù)測(cè)的、可變的，并且有太多的異常值。 可能有間隙和峰值，例如斷電和連接故障。 它可能是不準(zhǔn)確的、多余的或不可信的。架構(gòu)應(yīng)包括日志和保護(hù)機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)采集和管理的質(zhì)量。

2.3 工業(yè)方法

數(shù)據(jù)模型的設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)智能自動(dòng)化系統(tǒng)的所有特性和數(shù)據(jù)特征，并遵守應(yīng)用要求。 需求工程（RE）在對(duì)系統(tǒng)的操作環(huán)境進(jìn)行建模的同時(shí)平衡了技術(shù)、 社會(huì)和組織需求。 通用語(yǔ)言的創(chuàng)建和標(biāo)準(zhǔn)的采用支持面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）。 業(yè)務(wù)流程建模和表示法（BPMN）工具可以支持功能分析和工作流規(guī)范。 BPM 提供了有關(guān)業(yè)務(wù)流程流的圖形表示。當(dāng)業(yè)務(wù)復(fù)雜且文檔很少時(shí)，這對(duì)于確保愿景一致性特別有用。 Petri 網(wǎng)的開發(fā)是驗(yàn)證自動(dòng)化機(jī)制的常用方法。敏捷軟件開發(fā)是公司、客戶和外包人才之間為開發(fā)解決方案而進(jìn)行的合作[11]。

2.4 智能自動(dòng)化中間件（MIA）

通過(guò)分析智能自動(dòng)化的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)特征發(fā)現(xiàn)， 傳統(tǒng)的自動(dòng)化金字塔不符合一些基本要求。 智能自動(dòng)化需要同時(shí)與金字塔的所有層實(shí)時(shí)交換信息。 數(shù)據(jù)采集和管理的挑戰(zhàn)要求采用更加動(dòng)態(tài)和靈活的方法。Faller 支持這一說(shuō)法，稱自動(dòng)化金字塔不會(huì)保持原樣。新的專用系統(tǒng)將出現(xiàn)，但金字塔中各層的內(nèi)容將繼續(xù)存在[8]。

本文的提議是通過(guò)創(chuàng)建中間件軟件來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，以滿足每個(gè)應(yīng)用程序的特定要求，如圖2 所示。

圖2 智能自動(dòng)化框架

該框架將所有自動(dòng)化層， 例如MES、SCADA、PLC 和PC 集成到MIA 中，它還集成了ERP 等企業(yè)技術(shù)。 MIA 包括云功能、大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和集成軟件。 由于其互操作性，客戶端可以通過(guò)MIA 與所有應(yīng)用程序進(jìn)行交互。 該框架支持同一生產(chǎn)站點(diǎn)中的多個(gè)MIA 解決方案，每個(gè)解決方案都有自己的應(yīng)用程序要求。

3 應(yīng)用案例

3.1 MIA 應(yīng)用于分揀行業(yè)

在這個(gè)行業(yè)中， 每臺(tái)機(jī)器每天都在一個(gè)集成視覺(jué)系統(tǒng)的幫助下對(duì)數(shù)千個(gè)單元進(jìn)行分類。 這些單元經(jīng)過(guò)不同的分揀階段，每個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生中間或最終產(chǎn)品的容器。質(zhì)量是一個(gè)重要特征， 因?yàn)檫@些單元在每個(gè)階段都可以根據(jù)缺陷進(jìn)行分類。每個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以有幾百臺(tái)機(jī)器，有幾條生產(chǎn)線。每個(gè)PLC 都連接到一條生產(chǎn)線。該架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)如圖3 所示。

圖3 適用于分揀行業(yè)的MIA

在這種架構(gòu)中， 為了確?？刂坪透櫹到y(tǒng)之間沒(méi)有干擾， 安裝了一個(gè)跟蹤PLC 來(lái)饋送控制器PLC 的相同信號(hào)。遠(yuǎn)程服務(wù)器上安裝了一個(gè)OPC 服務(wù)器，以讀取來(lái)自所有跟蹤PLC 的信號(hào)。 使用MES 安裝創(chuàng)建了第二臺(tái)服務(wù)器，其中包含數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序軟件和連接到OPC 服務(wù)器的OPC 客戶端。生產(chǎn)訂單、事件和商業(yè)智能通過(guò)儀表板和基于Web 的前端傳送到車間。 生產(chǎn)訂單通過(guò)MIA 定期從ERP 提供。N 是數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)量，Z 是在相同MIA 下運(yùn)行MES應(yīng)用程序的站點(diǎn)數(shù)量，M 和K 是每個(gè)MES 實(shí)施中的客戶端計(jì)算機(jī)數(shù)量，P 和Q 是每個(gè)生產(chǎn)站點(diǎn)中的PLC 數(shù)量。

分析生產(chǎn)記錄后可以發(fā)現(xiàn)， 每臺(tái)分揀機(jī)的輸出在預(yù)期比例上經(jīng)常出現(xiàn)偏差。 預(yù)期比例是根據(jù)待分類材料的物理?xiàng)l件和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)計(jì)算的。由于不良分類條件的存在，這些偏差在生產(chǎn)結(jié)束前會(huì)被忽視， 從而造成了巨大的生產(chǎn)損失。 通過(guò)簡(jiǎn)單地實(shí)時(shí)跟蹤最后幾千個(gè)計(jì)數(shù)的輸出比例，可以通過(guò)堆棧燈指導(dǎo)操作員調(diào)整機(jī)器的分類條件，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供反應(yīng)性維護(hù)分析。

3.2 MIA 應(yīng)用于化工行業(yè)

在這個(gè)例子中有許多勞動(dòng)密集型配方， 資源管理對(duì)操作員和機(jī)器來(lái)說(shuō)都是一個(gè)挑戰(zhàn)。配方訂單可以實(shí)時(shí)交付，并且可以彼此之間可能會(huì)有較大的差異。 機(jī)器和操作員的能力決定了誰(shuí)可以在哪里做什么，該架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)如圖4 所示。

圖4 MIA 應(yīng)用于化工行業(yè)

在這種架構(gòu)中， 資源的實(shí)時(shí)信息是通過(guò)RFID 和Barcode 從生產(chǎn)環(huán)境中獲取的。 這些信息與SCADA 和從ERP 中的計(jì)劃生產(chǎn)一起編譯到MIA 中。 該解決方案通過(guò)優(yōu)化算法提供資源調(diào)度，動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)時(shí)輸入。預(yù)先知道配方的SCADA 可以通過(guò)其I/O 機(jī)器人自動(dòng)化模塊幫助操作員執(zhí)行耗時(shí)的任務(wù)。N 是數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)量，M 是實(shí)現(xiàn)中的客戶端計(jì)算機(jī)的數(shù)量，RI/O 代表遠(yuǎn)程輸入/輸出。

通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤資源，該架構(gòu)為動(dòng)態(tài)調(diào)度算法提供了可靠的信息來(lái)源[18]。 實(shí)時(shí)跟蹤和交付的時(shí)間戳是此實(shí)施成功的關(guān)鍵。

4 結(jié)束語(yǔ)

在本文中，提出了一種新的智能自動(dòng)化框架。 傳統(tǒng)的自動(dòng)化金字塔無(wú)法滿足當(dāng)今實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和管理的要求。 引入包含云功能、大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和集成軟件的智能自動(dòng)化中間件（MIA）似乎是滿足此類要求的替代方案。與SCADA和MES 一樣，一個(gè)站點(diǎn)可以有多個(gè)MIA，每個(gè)MIA 都有自己的應(yīng)用要求。 本文介紹了智能自動(dòng)化框架的兩個(gè)真實(shí)工業(yè)實(shí)施示例，以使用MIA 獲取和管理數(shù)據(jù)。

在應(yīng)用于分揀行業(yè)的MIA 中，MES 提供的跟蹤系統(tǒng)允許記錄計(jì)數(shù)器和機(jī)器事件等生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 通過(guò)基于云的方法提供KPI 和智能。 在此實(shí)施過(guò)程中， 信息通過(guò)OPC在PLC 和MES 之間直接交換，確保設(shè)備和軟件之間的互操作性。 決策支持系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析提供反應(yīng)性維護(hù)， 并通過(guò)OPC 回寫命令對(duì)車間中的堆棧燈進(jìn)行管理。MES 的采用有助于實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化流程， 因?yàn)闊o(wú)需在每輪結(jié)束時(shí)填寫生產(chǎn)記錄。 未來(lái)的工作可以通過(guò)當(dāng)前記錄的數(shù)據(jù)（例如機(jī)器事件）來(lái)完成預(yù)測(cè)性維護(hù)。 該架構(gòu)還確保了控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)之間的安全物理分離。 可視化通過(guò)瀏覽器傳送到移動(dòng)設(shè)備、固定站和車載設(shè)備，所有這些都連接到MES 應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。 儀表板中的信息刷新率，包括與PLC、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)和決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，周期為1s。 計(jì)劃完成后，SCADA 能夠在不到1s 的時(shí)間內(nèi)開始制作配方。該實(shí)施還得到了模擬工具的開發(fā)支持，在該工具中，可以通過(guò)更改可用資源來(lái)測(cè)試不同的場(chǎng)景。

MIA 架構(gòu)通過(guò)軟件集成解決了關(guān)鍵的智能自動(dòng)化功能，如互操作性、集成軟件、實(shí)時(shí)能力、繞過(guò)金字塔中的層、通過(guò)決策支持系統(tǒng)的分散化、可追溯性、使用識(shí)別系統(tǒng)和虛擬化，以及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化。MIA 還通過(guò)基于云的大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)體系結(jié)構(gòu)解決了關(guān)鍵數(shù)據(jù)特征，如數(shù)量、頻率、多樣性和復(fù)雜性。 總而言之，MIA 框架并不意味著所有工作都由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成， 中間件可以擴(kuò)展到多個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)行DBW，而其他節(jié)點(diǎn)可以運(yùn)行集成軟件或支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，MES 服務(wù)器還可以提供決策支持系統(tǒng)。