如今，幾乎每個行(xing)業都有一個強勁的趨勢：首(shou)席執行(xing)官、首(shou)席技術官和其他高管都希望(wang)獲得(de)更(geng)多數據。工業企業正在考慮(lv)數據運(yun)營、數據流的開發，以及在整(zheng)個組(zu)織中持續使用數據。人們希望(wang)利用這(zhe)些數據，更(geng)好、更(geng)快(kuai)地(di)做出決策。
大規模捕獲、共享和使用數據的關鍵，是工業物聯網(IIoT)。IIoT可以(yi)帶來(lai)諸多優勢，但(dan)許多公(gong)司(si)仍在努力(li)選(xuan)擇合適的(de)技術，以(yi)從這些(xie)優勢中(zhong)獲益。大多數使用專有(you)技術網絡來(lai)實施IIoT 項目的(de)公(gong)司(si)，最終(zhong)都會發現(xian)這個(ge)過(guo)程(cheng)很困難(nan)、昂貴且是(shi)勞動密集型(xing)的(de)，其結(jie)果往往是(shi)失(shi)敗。
然而，通過采用開放標準的(de)(de)工(gong)具(ju)(ju)，將有(you)(you)助(zhu)于IIoT更(geng)快速且更(geng)易(yi)于大規模實施。包括消息隊列遙測傳輸(MQTT)和(he)SparkplugB 在內的(de)(de)開放標準和(he)可互操(cao)作的(de)(de)IIoT工(gong)具(ju)(ju)，可以在整個企業(ye)中(從邊緣(yuan)到云)提供非專有(you)(you)的(de)(de)、單一可信(xin)數(shu)據源(yuan)(SSOT)。
完整的數據也為機器學習(ML) 和人工智能(AI)應(ying)用(yong)奠定了基礎。一旦正確實現了IIoT，就可以將運營技術(shu)(OT)數據應(ying)用(yong)到更多的場景。本文(wen)將深入探討如何實施IIoT 來滿足(zu)這(zhe)些需求，并幫助企業(ye)在這(zhe)個快(kuai)速數字(zi)化轉型的時代，跟(gen)上競(jing)爭對手的步(bu)伐。
實施IIoT不一定很難
工業(ye)企業(ye)由許多(duo)資產、工業(ye)自動化系(xi)統(tong)(tong)、云計算和(he)企業(ye)系(xi)統(tong)(tong)組(zu)成。有(you)一些工廠(chang)實現了很(hen)好的(de)(de)相(xiang)互連接，而還有(you)很(hen)多(duo)工廠(chang)依(yi)舊沒有(you)大的(de)(de)改變。不同制造(zao)商之間往往有(you)數百種復雜的(de)(de)工業(ye)協議，每種協議都有(you)自己的(de)(de)語言，阻礙了從OT 到信息(xi)技術(IT)或云系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)數據共(gong)享。
完成這(zhe)種數據交換，通(tong)常(chang)被稱(cheng)為彌合IT/OT的差距，但大多(duo)(duo)數制造商(shang)做得并不好。雖然市場上有(you)數百種工(gong)具可以(yi)解決(jue)這(zhe)些復(fu)雜問題，但很多(duo)(duo)企業經常(chang)會不知(zhi)所措， 不知(zhi)道用哪個好。從操(cao)作系統解決(jue)方案上的專有(you)工(gong)具和編碼，轉(zhuan)(zhuan)向開放標準技(ji)術并不困難(nan)，但確(que)實需要轉(zhuan)(zhuan)變思維(wei)。
合適的 SCADA 系統或 IIoT 平臺，可(ke)以(yi)連接任(ren)意數量的站點資產，以(yi)從邊緣側發(fa)布數據
大多(duo)數(shu)制(zhi)造企業認為數(shu)字化改(gai)造成本高昂，需(xu)要翻(fan)修和更換硬件、軟件、控制(zhi)系(xi)統(tong)等。事(shi)實上，MQTT 消(xiao)息傳(chuan)遞協議(yi)可以在現有技術的基(ji)礎上實現解耦數(shu)據(ju)，并(bing)允(yun)許數(shu)據(ju)以一對多(duo)的方式傳(chuan)輸給企業應用程序。開源Sparkplug B 規(gui)范增加了一些特性來實現數(shu)據(ju)的情境化，從而可以擴展IIoT用例。
下面介紹企業如何(he)在現(xian)有系統的基礎上，使用這(zhe)(zhe)些開放標準來實(shi)現(xian)IIoT，而(er)無需在這(zhe)(zhe)個(ge)過程中(zhong)大規模翻修和更換，也不需要花(hua)費大量的時間(jian)和金錢。
更高效地實現工業通信集成
建立OT 數據的(de)單(dan)一事實(shi)來源是(shi)一個(ge)重要步驟。一旦完成，從(cong)預測性維護(hu)到人工智能的(de)任何(he)IIoT 用(yong)例都將更容易實(shi)現。MQTT 和Sparkplug B 為此提供了實(shi)現機制(zhi)。首先，IIoT 需要一個(ge)平臺或機制(zhi)來連接車間(jian)系統(tong)。
合適(shi)的(de)(de)監(jian)控(kong)和數據(ju)采集(SCADA)或IIoT 平臺(tai)，可(ke)以連接來自任(ren)(ren)意數量站點、現場、任(ren)(ren)何(he)位置的(de)(de)OT 資產，以從(cong)邊(bian)緣側發布數據(ju)。MQTT是一種(zhong)數據(ju)傳輸協(xie)議，旨在將數據(ju)從(cong)數千個(ge)設備，跨多個(ge)站點推送到(dao)工(gong)業和商業應用(yong)程序(xu)。Sparkplug B 向數據(ju)添(tian)加(jia)情(qing)境信息以擴展用(yong)例(li)。
控制(zhi)室(shi)內(nei)始(shi)終需要更好、一致的數據流(liu)，以便工程師能夠(gou)做出更明(ming)智的決策
“你(ni)需要一個基(ji)于(yu)開放標準(zhun)的(de)IIoT 平(ping)臺(tai)，具有(you)無限的(de)許可，并提供數(shu)據運營(ying)管道，以實現(xian)大規模的(de)真正的(de)數(shu)字(zi)化轉型，” Inductive Automation 公(gong)司銷售(shou)工程(cheng)總監Travis Cox 說，“利用MQTT，您可以輕松地將設備與(yu)應用程(cheng)序解耦，將數(shu)據傳輸到(dao)更多(duo)地方，并避免將SCADA變(bian)成中間件。”
MQTT 是一種輕量級發(fa)布/ 訂閱消(xiao)息傳遞(di)協議，旨在服務(wu)于受限制的(de)(de)設備和低帶寬、高延(yan)遲或不可靠的(de)(de)網絡(luo)。
MQTT 提供了一(yi)種連接到現(xian)有基礎(chu)設施的方法，創建(jian)一(yi)個標準的數(shu)據層(ceng)，并將(jiang)數(shu)據向上推送，使其可(ke)用于任(ren)何(he)云或(huo)企(qi)業系統。企(qi)業可(ke)以創建(jian)一(yi)個可(ke)管理的、低(di)成本的IIoT 概念驗證并擴展它，而不需要大量的編程或(huo)專(zhuan)業知識。
MQTT 在(zai)實現IIoT 方面的(de)價值在(zai)于，它將設備和應(ying)用程序(xu)解耦，并(bing)為多(duo)個數(shu)(shu)據消費者建立(li)了(le)單(dan)一事實來源(yuan)。企業(ye)可以簡化其數(shu)(shu)據管(guan)道，以獲得對更多(duo)數(shu)(shu)據的(de)訪(fang)問，然后在(zai)整(zheng)個組織中(zhong)共(gong)享(xiang)這些數(shu)(shu)據。
通過三種方式實現數據的互操作性
雖然MQTT 為交付IIoT 數據提(ti)供了(le)一(yi)個(ge)優秀且(qie)可(ke)信的引擎，但它(ta)并(bing)不能使數據在(zai)整個(ge)企業中(zhong)實現互操作。這就是Sparkplug B 發揮作用的地方。
Sparkplug 是一(yi)種開源軟件規范，它為(wei)MQTT 客戶機提供(gong)了一(yi)個(ge)集(ji)成數(shu)據的(de)框架(jia)。該規范闡明了三個(ge)目標：
定義MQTT 主題命名空間，實現IIoT 的(de)優化(hua);
定義MQTT 狀態管理，以利用連續會話感(gan)知;
定義MQTT 有效負載。
Sparkplug 使互操作性更快速、更安(an)全，并且(qie)是開放(fang)的標準，因此任何人都可以使用(yong)該框架(jia)。設備(bei)制造(zao)商開始支持Sparkplug，這意味著它內置(zhi)于(yu)OT 層的設備(bei)上(shang)。
基(ji)于(yu)以下(xia)幾個原因，具有MQTT 和的(de)SCADA平臺，可以節省(sheng)時間和金錢。首先，這(zhe)些工具是(shi)(shi)自由且(qie)開(kai)放的(de)標準。其次，資(zi)產(chan)是(shi)(shi)自動(dong)發現(xian)的(de)，標簽是(shi)(shi)自動(dong)學(xue)習的(de)，這(zhe)使得擴展(zhan)變得更容(rong)易。利用MQTT 和Sparkplug B 實施IIoT 項目，無需全(quan)新的(de)基(ji)礎設施就可實現(xian)從OT 到IT 的(de)恒定數據流(liu)。
MQTT 和 Sparkplug B 可(ke)以(yi)幫(bang)助工程師獲得更好的(de)數據流(liu)，并使其可(ke)以(yi)從手機(ji)上操作 SCADA 系統
MQTT和Sparkplug B在油氣行業的應用
NGLEnergy Partners是一(yi)家中游石油(you)和(he)(he)天然氣公司，為生(sheng)產商和(he)(he)最終用戶提供多種服務，包(bao)(bao)括原油(you)運(yun)輸、儲存、混合和(he)(he)營(ying)銷(xiao)。為了提高運(yun)營(ying)效率和(he)(he)創(chuang)收(shou)能力，NGL公司啟(qi)動了一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)項(xiang)目，為其鹽(yan)水(shui)處理設施(shi)創(chuang)建(jian)一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)新的SCADA系統。他們使(shi)用MQTT和(he)(he)Sparkplug B 在8 個(ge)(ge)(ge)(ge)月(yue)內創(chuang)建(jian)了一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)智能油(you)田，包(bao)(bao)括114 個(ge)(ge)(ge)(ge)水(shui)處理和(he)(he)處置(zhi)設施(shi)、178 個(ge)(ge)(ge)(ge)管道(dao)接頭、31 個(ge)(ge)(ge)(ge)推進器和(he)(he)大約(yue)125 萬(wan)個(ge)(ge)(ge)(ge)標簽(qian)。
MQTT 有助(zhu)于解(jie)決該(gai)公(gong)司面臨的(de)兩個(ge)關鍵問題：遠程位(wei)置和有限的(de)帶寬。“MQTT是該(gai)項目(mu)的(de)關鍵部分(fen)，” 負責NGL 公(gong)司SCADA 系統項目(mu)的(de)Cox 說，“MQTT 在邊緣進行發布(bu)/ 訂閱的(de)能力對(dui)NGL 公(gong)司極為重要。MQTT 需要較少的(de)帶寬，使我們能夠(gou)在邊緣的(de)大多數通(tong)信中，使用蜂(feng)窩調制解(jie)調器，而在傳統輪詢中，這是很難實現(xian)的(de)。”
Sparkplug B 還(huan)節省了很多(duo)時(shi)間。由于(yu)有114 個站(zhan)點(dian)和超過一(yi)百萬(wan)個標(biao)(biao)(biao)簽(qian)，系統集(ji)成商(shang)無法(fa)花費(fei)大(da)量時(shi)間，在遠程站(zhan)點(dian)和前端配置(zhi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)。通過Sparkplug，他們(men)可(ke)以在現場定義標(biao)(biao)(biao)簽(qian)，并在網(wang)關上自動(dong)發(fa)布(bu)和發(fa)現這些(xie)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)，為客戶提供單一(yi)可(ke)信的數據(ju)來源。
ARB Midstream 總(zong)部位于丹佛，為原油(you)、精煉(lian)產(chan)品和液化石油(you)氣提(ti)供中游和營銷解決方案(an)。ARB公司需要(yao)為一條有37 個(ge)(ge)站點(dian)的(de)輸油(you)管道建(jian)立一個(ge)(ge)SCADA系統，同時進行硬(ying)件系統升級，創建(jian)一個(ge)(ge)新的(de)網絡，并從(cong)頭開始(shi)建(jian)立一個(ge)(ge)控制室，所有這些都需要(yao)在6個(ge)(ge)月內完成。
作為該項目的一部分，ARB公司在(zai)其一些遠程(cheng)位置更換了一些較舊(jiu)的VSAT 設(she)備(bei)(bei)和蜂(feng)窩設(she)備(bei)(bei)，從而可以使用MQTT。MQTT 幫助該公司快速實(shi)現(xian)了安全、經(jing)濟(ji)高效和可擴展的基礎設(she)施(shi)。
MQTT 使用(yong)(yong)很少的(de)帶寬并(bing)根(gen)據(ju)異常進(jin)行報告(gao)，這是對傳統輪詢(xun)的(de)一(yi)大改(gai)進(jin)。Cox 說：“一(yi)開始ARB 就發(fa)現(xian)數(shu)據(ju)利用(yong)(yong)率有(you)(you)35% 的(de)差(cha)異，因為他們(men)沒有(you)(you)發(fa)送(song)不(bu)需(xu)要發(fa)送(song)的(de)標簽。”在這個項(xiang)目中，薄弱的(de)蜂(feng)窩網絡意味(wei)著即使是基本的(de)通信(xin)， 也(ye)難以保證(zheng)。使用(yong)(yong)輕(qing)量級MQTT 協議，數(shu)據(ju)很快就能送(song)達云端。
具備數據洞察力的IIoT策略
企業(ye)未(wei)來的策略(lve)應當包括IIoT 和開放標準。如果不這樣，企業(ye)很可能面臨(lin)落(luo)后的風(feng)險。一(yi)個(ge)(ge)完(wan)整的IIoT 戰(zhan)略(lve)，必須通過數據(ju)標準化(hua)和與各(ge)種(zhong)數據(ju)消費端(從云(yun)服務(wu)到(dao)AI 和ML應用程(cheng)序(xu))的輕(qing)松(song)集成，在整個(ge)(ge)企業(ye)中實現數據(ju)洞察。失敗的項(xiang)目通常基(ji)于(yu)特定(ding)于(yu)一(yi)個(ge)(ge)用例(li)的專有(you)協議，結果是(shi)不具備可擴展性。
MQTT 和Sparkplug B 等開源工具允許(xu)組織以一種經濟高(gao)效(xiao)、可(ke)重復、可(ke)互(hu)操作、快(kuai)速(su)安全的方式，在現場或工廠中實施IIoT。MQTT 允許(xu)使(shi)用OT 數據來彌合IT/OT 差距，Sparkplug B 提供情(qing)境化信息，使(shi)數據運營團隊能夠獲得提高(gao)生產(chan)力(li)(li)和洞察力(li)(li)的見解。
