本文内容来源自西信信息MOM事业群方案总监肖志强受邀担任由上海市工业互联网协会工赋学院主办的《工业数据治理与运维》专业研修班嘉宾讲师分享的干货。
目录
一、工业网关
1、工业网关的基本原理和构成
2、工业网关在智能制造转型升级中扮演的角色
3、工业智能网关的作用
二、运用工业网关的数据治理
1、数字孪生中的应用
2、生产过程中的应用
3、能源管理中的应用
4、预防性设备维护中的应用
工业网关
1、工业网关的基本原理和构成
网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，相当于一个翻译器。
工业网关的定义：
是在本地部署的工业计算机，用于收集、存储、处理和分析网络边缘的数据，减轻对云和数据中心的压力。本质上，工业物联网网关充当计算机，允许设备和传感器彼此通信，以及将信息传递给云或者IT服务器。
2、工业网关在智能制造转型升级中扮演的角色
国际标准IEC62264-1中的工业控制系统经典层级模型，将典型工控系统按照功能从上到下划分为五个层次，依次为：企业资源层（决策管理层）、生产管理层（运营管理层）、过程监控层、现场控制层和现场设备层（物理设备层）。
工业网关扮演的角色
工业智能网关的实现可分为硬件版和软件版
硬件版：
软件版：
3、工业智能网关的作用
①数据解析和协议转换：能够主动采集数据，对数据进行解析转换。在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间移动数据。
②过滤和汇聚：对主动采集的无效数据数据进行过滤，对有效数据进行初步加工运算。
③转发和传输：将有效的数据上行转发，指令下发，起到承上启下的作用。
运用工业网关的数据治理
通过工业网关采集、处理了很多数据，数据有了，要如何来利用这些数据呢？
在以下四方面可以发挥作用：
在数字孪生中的应用
在生产过程中的应用
在能源管理中的应用
在预防性设备维护中的应用
1、数字孪生中的应用
数字孪生，是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。（相当于是生产车间、产线的一个数字版的“克隆体”）
数字孪生可以给工业制造带来显而易见的效率提升和成本下降。
在产品研发的过程中，数字孪生可以虚拟构建产品数字化模型，对其进行仿真测试和验证；在生产制造时，可以模拟设备的运转，还有参数调整带来的变化。数字孪生能够有效提升产品的可靠性和可用性，同时降低产品研发和制造风险。
采用数字孪生技术，通过对运行数据进行连续采集和智能分析，可以预测维护工作的最佳时间点，也可以提供维护周期的参考依据。数字孪生体还可以提供故障点和故障概率的参考。
数字孪生可视化管理，可以对车间实现实时监控，对包括产线、设备状态（生产情况、效率情况、异常情况、质量情况）等进行监控，让设备状态透明化。同时，设备采集的参数、状态、点检、维修的历史数据均可查询并支持导出。
某工厂数字孪生控制面板
2、生产过程中的应用
①柔性生产工艺控制
应对柔性生产工艺控制的要求，运用工业网关实现在软件系统和硬件设备之间的协作，采集、下发参数数据，以达到整体自动化的效果。
对每一道工序来说，决定其是否要入栈，都要向上依靠MES系统做出判断，MES系统根据配置的工艺路径来判断是否要入栈。
对同一道工序来说，当检测不同的产品的标准不同时，则可以根据工艺的要求，运用工业网关给设备下发不同的工艺测试参数。
以阀体组件测试为例
②产品追溯数据收集
通常在生产过程中，需要构建一个产品完整的追溯体系，其中包含人机料法环测的所有数据，这些数据大部分是需要我们在设备上抓取。运用工业网关，可收集的产品追溯数据包含加工站点/设备、关键物料、加工参数/程序、质量检测记录、维修记录等。
3、能源管理中的应用
运用网关实时监控用能情况，根据收集的能源数据进行进一步分析、预测预警等，及时有效的发现能源管网中的跑冒滴漏、不合理耗能等问题。
①用能实时监测
电力计量及监测网络
分级展示计量的用能情况；
建立能耗、能效与运行参数指标，分析设备运行、能量损失；
数据列表、曲线图、组态图多种形式展示，精细化管理；
②能源消耗分析
案例：某公司生产保障项目
主要生产设备能耗指标（设备效率、设备耗能、设备能源成本）进行统计展示；
生产设备能源介质单耗指标（设备电耗、设备水耗、设备气耗等）的统计展示。
能源管理案例：电能采集-电网改造
4、预防性设备维护中的应用
工业物联网网关能够帮助进行预测性维护。也就是说，设备和传感器收集的数据可用于通过使用预测模型在故障或失效发生之前执行维护，来预测某些组件或设备通常何时失效。
运用工业智能网关对设备运行状态监控，实现状态及时报警，并对设备运行趋势进行大数据分析，对设备保养行为、设备维修行为等进行全方位过程管控，实现“设备管理过程透明化”。同时也可对健康状态进行运行状态监控、健康趋势诊断。
应用：故障信息分级报警
进行故障信息分级报警，能够提高现场问题处理的及时率。
稳定 · 兼容 · 高效
西信龙云魔盒——比传统工业网关更强大
为快速解决企业工厂底层数据采集、存储、治理的问题，西信信息自主研发出数据采集设备——西信龙云魔盒，可助力企业实现安全生产、生产过程可视化、7*24小时生产能力监控、生产能力分析等，兼容性强、支持多设备联动以达到工业自动化生产目的。
西信龙云魔盒示意图
西信龙云魔盒比传统工业网关的性能更为强大，主要体现在以下方面：
1、更稳定
传统工业网关：难以在如电磁波、尘土干扰较大的环境中稳定工作；
西信龙云魔盒：在相对恶劣的工业环境下依然能保持良好的运行情况。
2、兼容性更强
支持100台设备同时接入；
支持I/O、工业USB、串口等不同连接方式进行数据采集与传输；
且不同设备可以通过不同协议与魔盒plc交互，转为统一的交互协议。
3、更高效
传统工业网关：需要500毫秒及以上的时间；
西信龙云魔盒：可将传输速度控制在10毫秒以内。
4、使用性能更好
传统工业网关：需定期关机重启；
西信龙云魔盒：在实施部署后无定期关机的需要；
传统工业网关：脆弱性；
西信龙云魔盒：近20年的超长寿命中，可7*24小时监控工业生产并将数据传输到服务器中。
5、可视化支持
西信龙云魔盒可完成数据采集、数据分析等承上启下工作，展现可视化报表、3D化产线，强化工作量化，提高设备复产率，提高设备利用率。
