1、BU 43G01A05-01ZH白皮書 2020年9月流程工業智能制造指南 流程工業智能制造指南目錄1Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司概述.21. 背景.32. 從工業自動化到工業自主化 (IA2IA).53. 流程工業中的智能制造.84. 整個供應鏈和工廠資產生命周期的信息集成.10-4.1. 智能制造信息集成的問題和解決方案 .10-4.2. 智能制造需要通過數字化轉型平臺實現安全無縫的系統集成 .11-4.3. 工廠資產信息和工程自動化的集成與管理的未來方向 .135. 結局.13概述2在復雜多變的商業環境中，流程工業制造商在提升盈利能力、提高資本效率以及實

2、現可持續發展方面面臨著持續的壓力。 作為實現持續增長和改進的可持續途徑，企業、合作伙伴和政府機構都在不斷利用最新的數字技術，例如智能制造、工業 4.0 和工業物聯網 (IIoT) 等新概念。這需要制造商、合作伙伴和組織之間進行協作。 很多先進的數字技術在成本和價值方面已經可以實現，如人工智能 (AI)、自主機器人、云計算、智能傳感器技術和增強現實 (AR) 等。關鍵在于如何在技術日新月異、競爭日益激烈的時代更好地利用這些技術。這些新技術旨在全面提高效率、靈活性和敏捷性、安全性以及實現其他運營改進。橫河電機作為數字技術和解決方案的全球供應商，在協助流程工業制造商實現數字化轉型方面擁有豐富的經驗。

3、這些實施方案包括供應鏈、運營、維護和生產的整個價值鏈優化，最終目標是實現工業自主化。本白皮書主要介紹橫河電機如何實現高效智能的工廠運行。橫河電機在為流程工業制造商提供解決方案方面擁有可靠的經驗，可以幫助其實現智能制造目標，從而改善性能并創造新的商機。流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖1：顛覆性的市場和行業變化1. 背景3數字技術的快速發展和廣泛應用有助于提高制造業的效率和競爭力。雖然很多制造商還不太了解數字化，但是數字化已經成為支撐許多組織生存發展的戰略要務。所有企業都需要實現數字化，以應對快速變化的市場狀況，成為可持續發展社會的一員。例如，

4、自數碼相機問世以來，相機膠卷市場已經大幅萎縮，甚至已經被數碼相機取代。由于供應鏈改革和一對一互聯網營銷，一些主流 IT 制造商已經在 PC 制造業的激烈競爭中脫穎而出。因此，制造商必須意識到這一趨勢。變革的發生速度意味著制造商必須通過應用數字技術和提高數據利用率來不斷變革業務，提高競爭力。觀望轉型并不是一個明智的選擇。市場和行業必須改變其審視自己和運營的方式 ( 圖 1)。我們不能維持現狀。要想在不斷變化的世界中生存發展，需要廣泛采用數字技術，實現與各傳統組織相比更高的靈活性和敏捷性?？v向和橫向整合以及其他協作方式是進行這些嘗試的重要推動力。 臨時優化避免醫藥的間歇式生產連續生產流程工業智能制

5、造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖2：流程工業的數字化轉型成熟度模型4我們將數字化轉型 (DX) 定義為：使用數字技術加速公司業務戰略的新方式。數字化轉型通過應用數字技術，賦予人員權力、優化過程并實現組織系統的自動化，從而從根本上調整其業務績效。然而，我們還需要考慮領導力、新技能和變更管理等問題，確保成功實現數字化轉型。 通過整合數據和業務流程并互聯工作人員和管理人員，數字化轉型可以創造價值 ( 圖 2)。流程工業數字化轉型成熟度模型目標成果風險最小化脆弱穩定且可重復的操作可操作行業領先的效率優化可持續且自主化可持續業務策略和流程員工和文化IT/OT聯合數

6、據狀態技術狀態缺失或者臨時性的獨立存在信息孤島過時技術脫節或遺失重要知識個別的動機和孤立的愿景積極傳遞知識兼容整合的工廠數據現有技術投入并整合協作學習和發展的文化價值鏈整合領導者是數字化創新者企業數據池先進技術創新技術整合的共同愿景活躍的生態系統整合流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司工業自主化在很多方面不同于工業自動化。工業自動化執行一系列高度結構化的預定義任務，每項任務都需要人為監督和干預，以防出現錯誤 ( 圖 3)。另外，人員必須在預定義任務之間執行其他臨時任務，最終安全且可盈利地完成整個過程。有些流程需要大量人為監督和干預，如啟動、關閉、

7、牌號切換、質量控制調整和異常情況管理。2. 從工業自動化到工業自主化(IA2IA)圖3：工業自主化可以增強工業自動化5工業自動化為流程工業帶來了巨大的收益。橫河電機通過利用其流程工業的知識，幫助多個此類操作實現了自動化和無人操作。流程行業將通過重點發展創新領域進一步推進工業自主化，如預測性維護、智能能源消耗、路徑靈活性、遠程監控、人機協作、數字化績效管理、實時供應鏈優化、先進過程控制、數字化質量管理和數據驅動式需求預測。橫河電機將工業自主化定義為具有學習和適應能力的工廠資產和運營。在這種狀態下，可以在最少的人為干預下做出響應，從而使操作員負責更高級別的優化工作。數字技術是實現制造流程自我優化和

8、工業自主化的核心。? 出錯? 知識流機知和智能應測量動作? 靈活性? 高安全性? 更高的可性優? 高效? 成自動化工自主化工流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖4：工業自主化成熟度水平6與工業自動化相比，工業自主化通過增加智能傳感和人工智能 (AI) 層級，預測并適應已知和不可預見的情況。這樣便無需持續的人為干預。在完全自主的運行中，工業自主系統負責從啟動到關閉的所有操作。 在工廠內， 任何過程或操作都可以實現自主運營， 包括操縱和控制過程以及執行其他活動， 如制造操作步驟、計劃和調度、供應鏈活動、利潤優化和合規性措施。還可以實現裝置、設備、單

9、元和業務系統 ( 理想情況下是整個工廠 ) 的自主運營。這樣每個設備都具有自主意識，并且能夠理解和適應其操作環境 ( 圖 4)。自主運營之旅客戶需求優化跨行業的生態系統企業生態系統集成不同業務和功能的集成利用數據提高效率提高安全性、 效率和可用性階段客戶的收益自主編排自動化半自主半自動化自主運營公司之間無障礙價值鏈優化創造新業務機會實現更好的協作和產品優化提高生產率實現安全和更高效的操作共生自主共生自主打破孤立， 共享信息， 提高盈利能力流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司7一些具有前瞻性的公司已經開始考慮自主運營，也有一些公司正在推進無人值守的

10、遠程操作。實現自主化還需要實現遠程操作所需的多個步驟。 對于現場操作而言，這意味著從缺乏自主性 ( 人工執行所有任務 ) 過渡到中級自主性 ( 系統識別任務并指導操作員操作，提供完成各項任務的方法指導 )。在實現自主化的過程中，必須將手動任務轉換為全自動任務，只需在特殊情況下進行人工操作。完全自主的操作無需人為干預。在這一層面上，通過執行日常操作員巡視和收集樣本以及執行監視、檢查和監測，機器人技術可以發揮關鍵作用。因此，機器人將執行所有必要的現場操作和維護任務。流程工業制造商應盡快實施工業自主化， 提高生產率、 靈活性和盈利能力。 工業自主化還可以減少人為失誤，使人員遠離危險環境，有助于彌補因

11、 “ 大量人員變動 ” 而造成有經驗工人流失的情況。 在某些行業，短時間內很難實現完全自主運行的工廠。但是，預計可以根據應用、需求和成本 / 收益比實現某些功能的自主化。在這些情況下，隨著工廠人員在工作時掌握了自主系統的使用方法，人為干預和決策將繼續發揮重要作用。橫河電機幫助流程工業制造商連接其價值鏈的重要組成部分，從而在工業自主化的過程中實現更高效、更智能的制造。流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖5：橫河電機提供涵蓋整個價值鏈的端到端解決方案 3. 流程工業中的智能制造ISO和IEC定義的智能制造如下：(*1) 注釋1：績效方面包括敏捷性、

12、效率、工廠安全、網絡安全、可持續性或企業確定的任何其他績效指標。(*2) 注釋2：除了制造，其他企業領域還可以包括工程、物流、市場、采購、銷售或企業確定的任何其他領域。 8通過在網絡、物理和人員領域中綜合、智能地使用流程和資源來創造和交付產品和服務，并與企業價值鏈中的其他領域(*2)進行協作，從而提高其績效方面(*1)的制造。智能制造包含制造運營的數字化轉型，適用于流程工業。橫河電機提供端到端的解決方案，涵蓋從原料采購到產品交付的整個供應鏈價值鏈，以及從計劃、設計、建造、試運行、啟動到生產/制造和維護的設施和過程資產生命周期。通過將一流的領域知識與100多年的行業專業知識和生產自動化解決方案相

13、結合，橫河電機在優化資產生命周期、生產和完整的供應鏈方面擁有經過驗證的成功案例(圖5)。產品試運行流程設計流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖6：云和IIoT級別的工廠和企業外的連接 9智能制造的范圍廣泛，它是一段發展歷程。IIoT 和云級別的工廠和企業外的連接可以提供包括供應鏈信息在內的數據無縫集成，從而實現智能制造 ( 圖 6)。為了實現智能制造，不僅需要在新技術可用時引進新技術，還需要根據對未來的一致愿景以及對現狀和問題及其預期結果的分析，確定采用各解決方案的優先順序。通過根據各流程工業制造商的業務環境使用各種方法來實施智能制造計劃，橫河

14、電機可以與流程工業制造商進行合作。 橫河電機認為，對于許多最終用戶而言，自主運營是實現其智能制造的最終目標。6業務伙伴(各處)客戶(亞洲)客戶C(美國)客戶(歐洲)原料物流(全球)分公司分公司分公司C供應商供應商總部云計算流程工業智能制造指南 流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司圖7：智能制造的關鍵要素：信息集成和數字孿生可以使組織從最新的技術中受益 4. 整個供應鏈和工廠資產生命周期的信息集成 4.1 智能制造信息集成的問題和解決方案 10實現智能制造會面臨很多問題。 例如， 由于網絡安全要求、 授權員工的相關組織問題、 信息不一致、需求預測的

15、準確性和其他問題，很難實現系統之間的集成。從更廣泛的角度來看，有很多其他無法內部解決的問題，如經濟和市場的急劇變化。雖然有很多現有的智能制造技術，但是尚未建立簡單通用的方法來確定實現智能制造所應用的技術。橫河電機通過將流程、技術和人員相關聯，可以為流程工業制造商提供支持，從而實現智能制造。橫河電機相信，通過將系統和數據、預測性和快速行動進行集成并采用數字孿生等最新技術，可以實現智能制造 ( 圖 7)。17網絡物理系統數據和信息的整合技術數字孿生10流程工業智能制造指南 流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司4.2 智能制造需要通過數字化轉型平臺實現

16、安全無縫的系統集成11為了將數據轉換為信息，組織需要獲取準確可靠的數據，并通過將其轉換為可用且有價值的信息來更快地進行利用。該目標很難在分級的系統、通信和組織中實現。通過建立縱向和橫向集成并對信息進行分析，流程工業制造商實現目標的能力將大大提高。為了實現智能制造，無論組織將其數據存儲在內部還是在云端，橫河電機提供的解決方案都可以測量工廠數據并將其轉換為有價值的信息和情報。為了有效地利用這些解決方案和應用程序，系統的無縫集成非常重要。IIoT和云級別的工廠和企業外的連接可以實現業務、生產和供應鏈數據的無縫集成。通常，過程制造操作的構建和設計包含各種關鍵任務設備、控制系統和人機界面。大部分項目都包

17、含軟件，并要求某種形式的系統集成。常見項目包括集散型控制系統、安全儀表系統、儲罐計量系統、可編程邏輯控制器和其他自動化組件。這些組件從儀表、分析儀和其他現場設備接收輸入信號。通過將軟件邏輯應用到這些輸入信號， 可以將輸出驅動到閥門、 電機和其他設備。對于基建項目，大多數設計工作都是一次性提前完成的，在整個過程工廠運營生命周期中有很少或沒有正式的更改計劃。 為了支持長期的靈活性以及持續的資產和技術更新，OT 架構正朝著開放、模塊化和可互操作且具有強大網絡安全性的框架發展，如開放流程自動化論壇 (OPAF) 框架。 這樣可以將用于控制的硬件與執行控制功能的軟件進行解耦。這樣，除了軟件構建件，使用少

18、量的商用現有 IT 硬件也可以創建完全不同的自動化系統架構，從而創建新一代的先進自動化軟件。這種新方法將在工廠車間創建高度的互操作性，公司更為廣泛的 IT 系統也同樣需要具有互操作性。因此，必須在整個企業范圍內全面考慮軟件架構。 我們需要一種新的混合架構將 OT 與 IT 系統進行集成，并研發未來的應用程序。橫河電機將這種架構稱為數字化轉型平臺。該平臺也可以用于連接 IIoT 設備和基于云的系統 ( 圖 8)。 圖 8 中的邊緣系統是 OT 與 IT 融合的重要起點。通過將內部或基于云的工程和解決方案應用程序的邊緣和云數據相結合，可以實現理想的數字化解決方案。流程工業智能制造指南 Copyri

19、ght 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司利用 DX 平臺創造新機遇，例如：- 靈活和可擴展的連接性。傳統的連接需要布線和大量軟件配置，這樣會造成數據可用性成本 較高。DX 需要數據。DX 具有靈活、可擴展且價格合理的特點。- 可訪問性。通過集中部署數據、 信息和應用程序， 用戶能夠輕松安全地訪問 DX 獲取相關信息。- 可用性和可持續性。DX 解決方案經驗證具有可靠性。結合企業內部保留的重要信息，解決方 案具有可持續性。 DX 利用新型數字技術加強傳統制造流程，推動制造業向前發展并解決效率低下的問題。橫河電機通過開發架構和應用程序充分利用數字技術 ( 如 AI、IIoT 和基于云的應

20、用程序 )，從而提高流程工業制造商的績效。此外，橫河電機還幫助流程工業制造商通過 DX 流程變革其績效，從而帶來新的增長機會。內部應用程序的API接口可視化和配置分析和人工智能企業數據管理和編排企業數據池(OT+IT)數據消化數據準備網絡安全身份識別管理API - 外部系統數據分析數據內容管理數據啟用如數據科學和可視化服務如企業數據池、 天氣、 市場數據其他數據源服務供應商云服務橫河電機應用程序能源與可持續發展 應用程序生產優化應用程序價值鏈優化 應用程序資產和維護應用程序安全和人員效率應用程序質量和產量應用程序其他數據源服務供應商EDGE 系統OT數據(安全)(安全)ERPCRMSCMHR其

21、他IT系統操作員站SCADA歷史記錄DCS/PLC/RTUIT數據(安全)IT系統(混合型)控制網絡現場網絡IIoT 網絡PLMOT系統多個現場現場A現場B圖8：DX平臺連接IIoT設備和基于云的系統 12流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司4.3 工廠資產信息和工程自動化的集成與管理的未來方向5. 結語13橫河電機提供的項目服務可以處理從設備到工廠層級的信息。根據前端工程設計、詳細設計、運營和報廢的可行性研究，工廠資產設計可以每天更改。在很多情況下，工廠數據針對各目標單獨設計，但是這些數據應在整個資產生命周期中保持一致。我們正在逐步推進相互利用

22、這些數據的解決方案，并應該加快這些改進進程。橫河電機在不斷擴展工程自動化和資產自動診斷。我們將不同的工廠數據進行整合和管理，并將數據轉換為信息、知識和情報，以便在整個資產生命周期中進行綜合利用。這將通過利用數字數據、建模技術、知識管理、數字孿生和信息集成來實現。智能制造需要應用最新的技術、集成信息系統和數字孿生等應用，將過程、設備、技術和人員有機地聯系起來，以實現穩定、可持續和可盈利的運營。為此，我們需要構建一個未來愿景，了解工廠車間運營的真實情況。橫河電機將與流程工業制造商共同創新， 通過將組織的人員、 系統、 數據、 服務、 資產和供應鏈進行整合，實現敏捷和自適應管理，從而全面優化運營并持續創造價值。我們的解決方案、應用程序和持續創新可以實現更高效、更智能的工廠運營，從而使您的公司業績持續躋身前列。歡迎您成為我們的合作伙伴，充分發揮智能制造的優勢。流程工業智能制造指南 Copyright 2020，橫河電機 ( 中國 ) 有限公司