互联工厂:IT与OT融合让企业迎接工业4.0

互联工厂:IT与OT融合让企业迎接工业4.0
摘要
物联网(IoT)和数字业务转型为制造企业创造了机会,但这些机会也带来了风险。为了降低潜在风险,IT与操作人员之间的融合至关重要,后者负责监控或控制企业中的物理设备和流程。将IT和OT融合在一起有极大的好处,因而不容忽视。虽然融合转型的过程比较缓慢,但转型是大势所趋。这就是为什么最具前瞻性思维的公司不仅是想在变革中生存下去;而且他们努力引领变革——借此获得竞争优势,提高运营效率,并最大限度地提高盈利能力。在本文中,我们将探讨CIO(首席信息官)和COO(首席运营官)如何适应新的合作模式,管理曾经各自为政的企业运作。

 

过去的200年将被历史铭记为机器时代
世界工业产出的快速增长刺激了技术的不断进步。“数据采集与监视控制系统”(SCADA)被用于管理工业系统,让工业体系实现了产量、速度、效率方面前所未有的高速增长。

SCADA系统的架构包含一系列独立技术和工程组件。这些包括定制传感器、自动开关、外围机制,如远程遥测单元(RTU),可编程逻辑控制器(PLC),监控设备和主计算机。通过从工厂输出的大量实时信息,可以通过PLC或SCADA系统计算和导出更多变量。在控制方面,已有的许多变量可用于改进ERP系统的功能。

这种运营技术(OT)集成并控制各类机械、设备、厂房、生产线、以及现代化工厂的各类流程,实现系统化。

2019年,35%的启动智能制造计划的全球制造商将整合IT和OT系统,以实现效率和响应时间的优势

但是未来工厂也许根本就不是工厂
工业4.0代表了另一波革命性的变革。变革的背景是信息技术(IT)不断增长的能力和规模。自从计算机出现以来,IT已经沿着与OT(运营技术)并行(通常完全独立)的路径发展。

摩尔定律是指,计算机芯片处理能力每18个月翻一番——这个定律是以计算机芯片的创造者和英特尔公司创始人命名。50多年来,摩尔定律一直应验,推动了计算机产业不断发展,进而对全球经济和社会产生巨大影响。摩尔定律真正渗透到IT中,使得物理世界与其虚拟数字镜像之间的界限变得模糊。智能设备无处不在,包括在工厂运营中——尤其是在工厂车间。

随着数字化技术的各类应用不断塑造着新的技术前景,运营技术(OT)和信息技术(IT)不可避免地发生融合。据预测,2019年,35%的启动智能制造计划的全球制造商将整合IT和OT系统,以实现效率和响应时间的优势。人与机器之间,数据和信息之间,这种互通互联将给工业4.0带来沧桑巨变。

分离的焦虑
一直以来,OT和IT职能一直以不同的方式驱动。OT通常高度专业化,在多个供应商提供的专有系统中运行。在许多企业中,随着生产需求的增加或改变,自下而上对OT进行修补。OT组件需要连续远程运行,实现极高的可靠性和弹性,并能在极端环境中运行。通常而言,管理大型工厂的OT可能运行了20年或更长时间,技术可能早就过时。这些因素不利于标准化和可扩展性,因此OT很少能跨行业适用,甚至在同一企业内的不同工厂内也不通用。

相比之下,IT源于共享发现的哲学。IT创新旨在释放信息,扩展知识并赋予用户权力。这使得协议和编程设计更加一致,甚至在竞争对手公司和服务提供商之间也是如此。IT是促进工具;它在企业环境中的定位是作为一种管理工具,通常从上到下构建。

80%的供应链专业人士认为,五年后,数字价值网络将无处不在。

OT与IT融合的远景如何?能带来什么?
物联网(IoT)在过去5到10年间爆炸式增长。据商业智能门户网站Statista称,截至2017年底,已有超过200亿台联网设备。到2020年,预计安装基数将超过300亿,而机器对机器接口将超过30亿。

在这种非比寻常的互联状态下,行业规模可以进一步扩大。有意思的是,这种扩张的基础是越来越小且越来越智能的设备。任何复杂的全球供应链现在都依赖于过程自动化和数字通信。

源于不同渠道的数据越来越多,例如从RTU(远程遥测单元)获得的数据、从监控生产线批次的扫描仪、从社交媒体挖掘的消费者信息。百分之八十的供应链专业人士认为,五年后,数字价值网络将无处不在。

智能的颠覆性技术——如云计算、预测数据分析、机器人、无人机、可穿戴设备和3D打印——正在迅速发挥作用。这些数字创新产生了新的业务模式和模型,无缝地结合了实时连接、改进了预测精度和预测技术,增强了供应链敏捷性。将OT与IT链接是实现跨越式业务绩效提升的必经之路。

融合的快赢机会

  • 更高级的自动化
    更智能的机器可以做到更多,同时绝对精确。现在可以将劳动力转向利润更高和产出更多的任务——或者可以削减劳动力成本。例如,无人驾驶车辆和无人驾驶飞机,以及智能传感器跟踪功能,已经改变了物流的面貌,尤其是通过密集城区最后一公里的导航能力。

  • 更高的生产率
    物联网技术可以促进员工内部的协作,无论是培训、维护、还是技术含量很高的实时操作。波音公司使用增强现实(AR)应用程序的谷歌眼镜来测试复杂布线组件的生产率和准确性,节省了25%的时间。项目故障率也降低了一半。

  • 改进分散地点的访问和控制
    无线通信和移动设备实现了快速数据传输和信息共享。现在,组织不仅可以即时访问其最远程的工厂或一线办事处,而且可以实现无阻碍和全面透明度,从而实现实时操作。例如,公用事业公司现在可以使用仪表板报告实时消费数据,并根据不同监控要求进行分层,例如郊区与工业耗用、或按地区区分。系统还可以使用预测算法来提示过载、不平衡或中断的情况——并自动对网络进行必要的调整。

  • 更深的洞察
    通过集成,我们可以对具体业务领域的改进活动进行建模。使用分析工具,可以对历史数据和实时数据进行建模,以促进改进。OT与IT的协同效应可以快速改进生产流程,催生客户合作机会,或为研发提供消费者研究数据。关键是要优先考虑应用范围,并了解如何减少数据,如何获得能够改变业务的洞察。想找到关注点,就必须制定战略和计划(参见《克服挑战》和《有效融合的关键行动》部分)。

OT与IT的融合将成为下一代供应链的必要条件,因为它将在整个研发、营销、制造和分销过程中实现数据和信息的同步。拥有智能或智慧制造和集成技术的组织,可以获得全面的灵活性和竞争力。

克服挑战
但是,根据行业的不同,OT和IT转型可能很棘手,甚至很难。过去OT和IT各自横向(而非共生)的发展模式,意味着企业在完全迁移到OT与IT整合的系统架构时将面临挑战。

  • 打破组织壁垒
    一般而言,尽管存在一些协同效应,但OT和IT都分属不同的部门,有时还存在重复。将两者融合,需要一种结构化方法,其中包括运营成熟度评估、数字化转型计划的优先排序、以及建立数字化运营流程模型。制造商还应该考虑从先前的技术部署过程中吸取教训,避免采用各自为政的方式。(参见下文“巧妙地实现集中技术管理转型”一节。)
  • 面向未来,整合员工技能
    IT人员和OT工作人员技能不同,动机不同。OT员工具有工程或制造背景,并且在保持机器运行方面倾向于实用性。IT专业人员对软件创新、编程的力量和过程充满热情——但对如何将这些应用到工厂车间热情不足。在工业4.0之前,工程技术人员和软件或网络程序员之间几乎没有共同语言,但现在它是关键。从两个独立的专业领域,21世纪的公司需要一个新的混合OT与IT部门,其人员应具备以下技能:
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  • 建立技术互通性
    许多公司都经历过简单IT应用程序故障导致机器或操作系统崩溃的情况。OT系统本身就存在互通性缺陷;操作硬件与大量具体部件之间的连接通常不友好,后者通常只执行单一特殊的功能。工业物联网(IIoT)系统的设计者应当追求更高的互通性,融合传统的运营技术和新型的IT技术。

如何引领变革获取优势
真正拥抱IIoT需要大胆的想象力。使用新的智能设备、接口、设备和机械意味着什么? 如果这些都在新一代生产工厂中集成并连接,那会是什么样子?如果这些智能工厂能与重新活化的组织通信网络中相互关联,继而又与供应商、客户和消费者相连,那么这个永远在线的价值链,能否代表产业的未来?

在工业4.0之前,工程技术人员和软件或网络程序员之间几乎没有共同语言。但现在它是关键。

这就是工业4.0的愿景和承诺,其中,OT与IT的结合力是关键部分。数据和信息必须协同作用,并在整个企业内传播,以便应用新的分析能力来产生洞察,增强可视性,并提高生产力。无论数据来自工业机器——生产线仪表、管道设备、泵监控器或远程终端(RTU)——还是超级计算机,这都将成为推动IIoT价值主张的燃料。

有效融合的关键行动

  1. 重建企业架构
    OT与IT协同是企业工业4.0愿景的一部分,应该包含下一代数字价值网络的转型计划。企业架构(EA)部门应当发挥核心作用,降低与数字转换相关的复杂性。大多数公司都在IT部门中建立了企业架构部。这个部门通常负责监督整个系统架构,包括业务流程和IT基础架构。它有助于为技术应用建立规则和流程,以确保业务单元和功能之间的一致性。
  2. 重新评估企业风险计划
    总体而言,工业4.0价值链需要增强网络安全,因为之前未联网的许多OT资产现在更加脆弱。但是,融合规划还应该考虑OT和IT不同的业务性质。服务器不可用或数据丢失等IT故障通常可以很快纠正;企业声誉可能暂时受损,但财务和业务流程风险较低。但OT是动脉系统围绕工业企业的心脏,管理几乎无法替代的基础设施。当停产事故发生时,将对经营利润产生不可避免的即时影响。此外,在一些行业中,异常事件(可怕的“黑天鹅”)有可能造成数十亿美元的损失并危及生命。
  3. 巧妙地实现集中技术管理转型
    除技术更新外,组织文化还需要转型。领导层要指引员工追求一个共同的OT与IT新愿景。这种转变对于真正打破障碍,消除信息孤岛和孤立系统至关重要。只有这样,企业才能协同技术与业务目标,提升响应速度和效率。
  4. 慎重规划技术投资
    这可能需要分阶段确定优先级,但应包括配置未来工厂所需的智能硬件,跨网络合作伙伴协作所需的系统技术,虚拟生态系统功能,以及人工智能(AI)等高级分析应用程序。
  5. 力求简化
    融合战略的实施不应该被海量信息和数据复杂性所吓倒。OT-IT融合必须始终关注其目标:优化企业核心的工业系统,并与未来追求工业4.0的公司实现协同效应。
数据是新时代的石油。它很有价值,但如果不经过提炼,就无法真正被利用。

– Clive Humby,
董事长兼联合创始人
英国某客户科学公司

 

着眼下个路口
接下来的四分之一世纪将再次重塑人与机器之间的联系。我们正接近拥有新一代超级计算机。人工智能将借助大量传感器,提高价值链的应变能力——除此之外我们对于人工智能的未来应用范畴也不完全明白。即使是专注于物联网技术和面向未来的服务公司,也将对不断加快的变化步伐表示惊讶。“我认为没有人能够自信地告诉你,他们已经制定了计划应对未来15年的摩尔定律。”ARM研究咨询的未来硅技术总监Greg Yeric表示。

然而显而易见的是,在商业和工业中,运营和信息技术越来越受物联网的支配,为物理和网络系统扩展分享资讯的范围——制造机械、数据中心、零售商软件系统、客户的家用电器。

挑战在于,如何利用数字技术的力量来适应和竞争。能否将内向和外向的技术模型融合到一个新的路线中,将决定企业是疲于应对技术升级的干扰,还是主动利用工业4.0的机遇。

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