自动化金字塔:掌握工业 4.0

自动化金字塔是工业自动化领域的一个基本概念,它为生产流程中的技术集成提供了一个结构层次。 

从与传感器直接交互的现场层面到用于战略决策的公司层面,它构成了现代生产系统的支柱。 

在这篇博客文章中,您将详细了解自动化金字塔的不同层级是什么样子的,利用这种结构可以实现哪些目标和效益,以及有哪些实际应用可能性。

自动化金字塔的定义

自动化金字塔 - 定义

自动化金字塔是一个 分层模型在工业自动化领域,它用于构建生产流程中不同级别的控制和监控。 

这个金字塔通常由四个主要层次组成:

  1. 实地水平: 这是传感器和执行器与物理过程直接交互的地方。这一层与机器和系统直接相连。
  2. 控制级别: 在这一级,对来自现场的数据进行处理,并做出控制流程的决定。可编程逻辑控制器 (PLC) 和其他控制单元都位于这一级。
  3. 控制级别: 这一级对生产流程进行监控和优化。这里使用 SCADA(监控和数据采集)系统对生产过程进行全面监控。
  4. 公司级别: 战略性业务决策是在最高层做出的。这就是对生产数据进行分析,以提高效率、控制成本和改善公司整体业绩的地方。

自动化金字塔能够实现自动化技术的系统集成,从而对生产流程进行高效、协调的控制。这一模式为有组织、有条理的工业自动化奠定了基础。

自动化金字塔的不同层次

自动化金字塔由几个层次组成,每个层次在工业自动化中都有特定的功能。 自动化 履行。 

自动化金字塔的主要层次如下:

  1. 实地一级

职能: 与物理过程的直接交互就发生在这个层面。传感器和执行器被安置在这里,直接从机器和系统中收集数据。

任务: 记录过程变量,如温度、压力、位置等,并由执行器执行命令。

  1. 控制级别

职能: 这一级处理来自现场的数据,并做出控制流程的决策。

任务: 可编程逻辑控制器 (PLC) 和其他控制单元都安装在这里。它们对流程进行实时监控。

  1. 控制级别

职能: 控制层监控和优化生产流程。它提供了一个全面的流程视图。

任务: SCADA 系统(监控和数据采集)可实现流程的可视化和控制。全面的数据将被记录和分析。

  1. 公司层面

职能: 自动化金字塔的最高层,是制定战略性业务决策的地方。

任务: 在这一层面,对生产数据进行分析,以实现业务目标。有关资源分配、产能规划和长期战略目标的决策都是在这里做出的。

这些层级相互配合,数据从现场层级向上流动,同时控制指令也从上向下传递。自动化金字塔为工业自动化技术的实施创造了一个结构化的环境。

自动化金字塔目标

自动化金字塔的目标和优势

自动化金字塔为在工业生产中实施自动化技术提供了一个结构层次。 

这个金字塔的目标和好处是多方面的:

自动化金字塔的目标自动化金字塔的优势
提高效率: 通过明确自动化功能的结构,可以更有效地组织和控制流程。结构化实施: 允许从现场开始逐步向上实施自动化技术。
提高质量: 精确控制生产流程可提高产品质量。易于维护: 清晰的层次结构便于在各个层面发现问题并进行维护。
降低成本: 通过自动化,尤其是通过提高效率和减少错误,可以降低运营成本。综合数据采集: 从实地一级到公司一级,该金字塔可实现用于分析和决策的综合数据收集。
灵活性。 金字塔结构可以灵活地适应不断变化的生产要求和技术。可扩展性。 企业可以根据自身需求,通过在现场增加新的传感器或在更高层次采用更先进的技术来扩展自动化规模。
安全: 清晰的层次结构有利于在各个层面实施安全措施和协议。简单的扩展性: 新技术和创新可以很容易地集成到现有结构中,使金字塔面向未来。

自动化金字塔追求的目标包括 效率提高, 提高质量, 降低成本, 灵活性安全问题

这些目标是通过各种优势实现的,包括结构化实施、简单维护、集成数据采集、可扩展性和易扩展性。

个人层面的技术

自动化金字塔的不同层次使用不同的技术来满足每个层次的特定要求。以下是每个层次的典型技术:

  1. 实地一级

传感器和执行器: 检测温度、压力、位置等物理参数并执行操作。

  • 温度传感器
  • 压力传感器
  • 步进电机

工业物联网(IIoT): 实时监控和数据采集设备联网。

  • RFID 标签
  • 智能摄像机

实地巴士: 用于传感器、执行器和控制单元之间数据交换的通信协议。

  • Profibus
  • Modbus
  • DeviceNet
  1. 控制级别

可编程逻辑控制器 (PLC): 用于处理现场数据和决策的控制单元。

  • 西门子 S7
  • 艾伦-布拉德利
  • ControlLogix

分布式控制系统(DCS): 用于协调控制多个进程的分布式控制系统。

  • 横河 CENTUM
  • ABB 系统 800xA

现场总线: 不同控制组件之间的通信。

  • CANopen
  • EtherCAT
  • AS 接口
  1. 控制级别

监控与数据采集 (SCADA): 可视化和实时监控流程。

  • Wonderware
  • 点火
  • WinCC

人机界面(HMI): 与流程交互的用户界面。

  • 西门子 SIMATIC 人机界面
  • 施耐德电气 Vijeo Citect

历史学家 保存和分析历史生产数据。

  • OSIsoft PI 系统
  • 通用电气数字历史学家
  1. 公司层面

企业资源规划(ERP): 公司级资源规划软件。

  • SAP 企业资源规划系统
  • Oracle 电子商务套件

制造执行系统(MES): 协调和监控生产流程。

  • Apriso FlexNet
  • Werum PAS-X

商业智能 (BI): 战略决策分析工具。

每种技术都在各自的层面上实现特定的功能,并实现各层面之间的无缝通信。这些技术的集成可确保工业流程实现高效、协调的自动化。

自动化金字塔在工业 4.0 中的作用

自动化金字塔在落实工业 4.0 原则方面发挥着关键作用。 

工业 4.0 指的是第四次工业革命,其特点是将数字化、网络化和智能化技术融入工业生产。 

自动化金字塔作为 组织和概念模式这是实施工业 4.0 原则的基础。 

以上是自动化金字塔与工业 4.0 相关的几个方面:

  • 整合信息技术(IT)和操作技术(OT): 工业 4.0 的目标是无缝集成 IT 和 OT。自动化金字塔提供了一个连接不同层次生产自动化的结构,实现了集成数据通信和信息交换。
  • 横向和纵向联网: 自动化金字塔可实现横向和纵向联网。横向网络是指在特定层次上的技术集成(例如,在同一层次上的机器集成),而纵向网络则实现了不同层次之间的通信(例如,从现场层次到企业层次的数据交换)。
  • 灵活性和适应性: 工业 4.0 致力于生产系统的灵活性和适应性。自动化金字塔提供了一个结构化的基础,使企业能够灵活应对变化,无论是在现场增加新的传感器,还是在更高层次采用先进技术。
  • 实时数据和分析: 工业 4.0 强调实时数据和分析对于数据驱动型生产的重要性。自动化金字塔能够在现场收集实时数据,并在更高层次进行分析,从而快速做出明智决策。

总之,自动化金字塔为实现工业 4.0 的目标提供了一个结构化基础,包括提高工业生产的效率、灵活性、透明度和适应性。

挑战

自动化金字塔面临着可能影响其实施和利用的各种挑战。 

您应该牢记的挑战有

  1. 互操作性: 自动化金字塔的不同层次通常使用不同的技术和标准。确保这些系统之间的无缝互操作性是一项复杂的任务。
  2. 安全: 随着各级网络化程度的不断提高,出现以下情况的风险也随之增加 网络攻击.为了防止未经授权的访问和数据篡改,自动化系统的安全至关重要,尤其是在现场一级。
  3. 可扩展性。 自动化金字塔必须具有可扩展性,以应对不断增长的需求和数据量。应能不费吹灰之力地添加新设备、传感器或应用程序。
  4. 遗留系统: 许多公司使用的自动化系统较为陈旧,从一开始就不是为工业 4.0 而设计的。将这些旧系统集成到现代自动化解决方案中是一项挑战。
  5. 数据安全和数据保护: 随着自动化金字塔各个层面的数据收集量不断增加,保护这些数据免遭未经授权的访问并遵守数据保护法规至关重要。
  6. 实施的复杂性: 在各个层面引入自动化解决方案往往需要大量的培训和实施工作。这些流程的复杂性可能会给企业带来挑战。
  7. 费用: 自动化系统的现代化和集成投资可能相当可观。企业面临的挑战是如何权衡这些投资的收益和成本。
  8. 市场动态: 新技术和行业标准的快速发展可能会使企业难以跟上最新发展并相应地更新系统。

要应对这些挑战,就必须进行精心规划,制定明确的战略,并经常与专家合作,以确保成功实施和利用自动化金字塔。

自动化金字塔使用案例

使用案例

以下是自动化金字塔在各行各业的三个使用案例:

生产行业 - 自动化生产线

问题

  • 生产线上的人工干预导致效率降低
  • 难以快速适应生产变化

解决方案:

  • 在现场集成自动化技术,实现连续高效的生产线
  • 通过集成控制系统,快速适应生产变化

示例:汽车行业的自动化生产线

一家汽车制造商在现场集成了机器人系统,以自动执行各种装配步骤。这包括焊接、喷漆和部件组装。这种自动化提高了生产线的效率和灵活性,以应对不同的车型和要求。

更多信息 建筑业数字化 可参见链接文章。

能源供应 - 电网自动监控

问题

  • 人工监测电网耗费大量人力且不准确
  • 电网故障检测延迟

解决方案:

  • 在控制层面使用 SCADA 系统(监控和数据采集)对电网进行实时监控
  • 通过集成控制系统自动检测故障并快速响应

示例:能源部门的电网自动监控

一家能源供应公司采用 SCADA 系统对电网进行实时监控。这些系统不断收集有关电流、电压和其他相关参数的数据。一旦发生故障,控制系统会自动发出通知,并迅速作出反应,排除故障。

物流 - 自动化仓库管理

问题

  • 人工仓库管理流程导致错误和延误
  • 有效管理库存的困难

解决方案:

  • 在控制和管理层面实施仓库自动化系统
  • 自动管理库存量、分拣和发货,实现高效物流

示例:物流中的自动化仓库管理

电子商务公司使用的仓库自动化系统利用自动存储和检索机器以及传送带。这些系统可实现仓库内产品的自动存储、分拣和检索。通过整合传感器和控制系统,可实现精确高效的仓库管理。

这些例子说明,即使不考虑特定的人工智能技术,自动化金字塔也可用于不同行业,以实现人工流程自动化并提高效率。

印有 konfuzio 徽标的绿色包装盒

使用 Konfuzio 支持自动化

Konfuzio 是一个用于智能文档处理的人工智能平台,可将非结构化数据转化为可操作的见解。 

Konfuzio 采用图像识别和文本提取技术自动处理文件、 优化业务流程 并能为各种应用精确提取数据。 

该平台灵活、可定制,支持各行各业的公司实现文档工作流程自动化。

Konfuzio 和自动化金字塔 = 完美匹配?

自动化金字塔和 Konfuzio 可在工业自动化的多个层面上协同工作,以实现更高效、更智能的流程。 

例如,合作可以是这样的:

  1. 数据采集和现场水平:

    自动化金字塔包括最底层,即传感器和执行器运行的现场层。 
    Konfuzio 可在现场进行图像识别和文本提取,从而提供这方面的支持。 
    这包括从图像和文本文件中实时自动获取信息。

  2. 过程控制水平和控制:

    在自动化金字塔的控制层对流程进行监控。 
    Konfuzio 可从非结构化文件中提取数据,并将其整合到自动决策流程中。 
    例如,对发票、报告或其他文件进行分析,为这一级的决策提供信息。

  3. 监测和诊断:

    在监控层面,Konfuzio 和自动化金字塔相互配合,提高了模式识别和诊断功能。 
    例如,Konfuzio 可提供图像识别功能,用于对系统或设备进行可视化监控。 OCR(光学字符识别)。 用于文本文档的自动分析。

  4. 管理层和公司层面:

    在公司层面,Konfuzio 可帮助将非结构化数据转化为业务信息。 
    这有助于自动化金字塔更高层次的决策,包括规划和战略管理。

  5. 不断优化和学习:

    Konfuzio 支持您根据收集到的数据开发机器学习模型。 
    然后,自动化金字塔会实时使用这些模型来不断优化流程。 
    例如,您可以使用图像识别功能在早期阶段识别异常情况并触发预防措施。

将 Konfuzio 集成到自动化金字塔中,可以在工业自动化的各个层面利用智能数据处理和机器分析的优势。从而实现更高效、更精确和更灵活的生产。

结论 - Konfuzio 和自动化金字塔创造智能协同效应

自动化金字塔在工业中发挥着决定性作用,它协调了自动化水平的层次结构,实现了高效、协调的流程。 

通过智能利用非结构化数据,整合 Konfuzio 等应用程序(用于文档处理的人工智能平台)强化了这一效果。 

对于未来,有迹象表明,不断进步的技术,如 机器学习 和高级分析将进一步优化自动化金字塔,为工业 4.0 开发新的潜力。 

因此,既有的等级制度与创新的人工智能解决方案相结合,有望在工业自动化领域取得开创性的发展。

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