Improving Visibility and Unlocking Plant-Floor Data to Cultivate Efficiency

 

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客户

作为一家支持全球数据和数字化计划的领先制造商，Belden与各个市场的客户合作，帮助他们实现关键任务基础设施的现代化和转型。

 

该公司拥有 8,000 多名员工，在多个国家设有生产基地—其中包括 20 世纪 60 年代在加拿大建造的一座大型工厂。为了满足需求，该工厂使用新旧设备混合在多个制造单元中创建了 50 多项生产资产。

 

挑战

任何想要提高生产力和效率的工厂都必须首先衡量其当前的绩效。在今天’世界中，这些指标不仅必须测量，而且还必须近乎实时地跟踪。

 

这家加拿大工厂仍像 30 多年前一样运转。许多流程和数据点都记录在纸上，信息缺失严重—尤其是周末夜班。当工程师或机器操作员需要排除故障时，很难识别和解决问题。

 

由于工厂工人缺乏对正常运行时间或废品率等关键指标的了解，他们无法’告诉人们工厂的运行情况如何，或者应该在哪些方面进行改进。员工必须逐一检查每台机器以识别和提取适当的性能数据点。不同的机器运行不同的产品—每个都有自己的设置和速度要求—有大量信息需要整理。如果没有具体背景，这些数字大部分都是无用的噪音。

 

在近四年的时间里，当地工程团队拼凑了一个混合供应商网络来支持他们的 OT 系统并实施基本的监控。这使得工厂’支持和管理团队来识别关键差距并确定更广泛的综合方法的好处。然而，由于支持力度有限，这种自主研发的解决方案对于 Belden 所能实现的效果有限。

 

首先，该网络缺乏冗余，并且不可靠。OT 系统在其通信网络中推动不同的优先级，这会使它们变得更加复杂。过去，一个相对简单的设备安装就会导致整个网络瘫痪。

 

网络’缺乏标准化也使得支持变得困难。当出现问题时，有时重新开始并构建新的东西比对多个版本的组件进行故障排除更容易。可用端口的缺乏使得密度增加和扩展变得困难，甚至不可能。

 

由于 Belden’的 IT 政策与 OT 系统’ 需求之间存在差距，OT 网络无法’与公司’的企业网络集成。工厂车间机器的关键数据无法’与办公室共享—，反之亦然。

 

为了改进流程并跟踪整体设备效率（OEE），工程团队委托其一名电气工程师调查SCADA软件选项，并启动试点项目以测试他们可以开始弥合IT和OT之间差距的方法。

 

深入了解

工厂的工程团队了解他们的局限性和能力。’他们对自己想要实现的目标有着强烈的意识，同时也有实现梦想的概念证明和想法。

 

因为他们已经拥有了坚实的基础，所以他们’不需要从头开始。他们需要帮助来设计和实施一个适合他们的工作方式、IT 需求、迄今为止已取得的成就以及他们希望在未来实现的目标的解决方案。

 

Belden’的工厂决定利用公司’的 客户创新中心的内部资源和能力 （CIC）。这些中心作为共同创新的场所，Belden CIC 专家与客户密切合作，开发、测试和验证解决独特数字转型挑战的解决方案。这次，CIC 团队将致力于解决公司内部存在的问题。

 

通常，CIC 专家会进行网络评估或数字成熟度评估，以更好地了解运营工作流程、识别挑战并发现机遇。从那里开始，解决方案设计被创建、测试和部署，然后进行定制培训以帮助公司管理他们的新网络。

 

然而，在这种情况下，工厂的工程团队已经奠定了基础，最大限度地减少了额外评估的需要。’他们需要支持来完成他们自己无法完成的事情。’

 

Belden’的 CIC 经验丰富的专业人员就硬件和网络设计/布局提出了建议，以提高冗余度和速度；他们还充当 OT 和 IT 之间的调解人，以确保双方’ 的需求都得到满足，以实现 IT-OT 融合。

 

“科堡工厂的 OT 网络专家 Thomas Coupland 表示，满足 IT 合规性是一项真正的挑战。” “我们知道我们需要让 IT 部门加入我们的行列，但我们’不知道如何实现这一点。这就是’CIC 专家来帮助我们弥合 OT 和 IT 团队之间的差距的地方。”

 

解决方案

完整的网络重新设计和硬件改造，包括升级托管交换机、下一代防火墙和 NAT（网络地址转换）网关，以及创建冗余链路，为工程团队提供了符合 IT 标准的可靠 OT 网络。最后，Belden’的 OT 网络可以与 Belden’的企业网络集成，从而消除公司’数字化转型之旅中的一个主要障碍，并提高网络弹性。

 

在项目的整个规划阶段，CIC 的技术培训师都在现场。’一名解决方案工程师也在现场支持部署，包括在工厂每年五天的停工期内上线的数百个网络基础设施节点和终端设备。’

 

该工厂’的 CIC 设计解决方案涉及许多组件 并联合不同的数据源，使信息更易于获取和操作。

 

消除单点故障的网络

最初，工厂’的独立 OT 网络由每个生产区域或 “流程” 的一个中央交换机以及服务器机房中的一个交换机组成。由于没有集成任何组件，因此需要安装许多额外的以太网线路，这浪费了宝贵的维护时间。

 

新的网络设计是环形拓扑，支持三个独立子环内的隔离，以创建网络冗余。通过这种布局，多个连接可以断开而不会中断生产，从而确保正常运行时间。

 

现在，网络可以保持安全可靠的连接，而OT团队不必担心链路中断、网络拓扑结构的变化或不稳定的网络条件（例如使用量激增）。 

 

工业 4.0 计划的基础

此次网络升级支持 450+ 台设备的连接，未来有望支持 100+ 台设备。仅明年一年，该工厂就计划增加六条生产线。

 

工程团队目前致力于推进工业 4.0 计划，例如部署温度和湿度传感器以实现 预测性维护。这种维护策略可以优化设备并在问题发生之前检测到潜在问题。

 

该团队不再依赖操作员写下重要信息以供以后转录，或手动将信息输入HMI（人机界面），而是已经在致力于推出下一代HMI，这些HMI可以自动从员工和生产计划以及订单输入系统中提取必要的信息。

 

OT 团队现在可以自由灵活地在本地安全地处理和存储近乎实时的数据，以便工厂’设备和操作员可以对不断变化的条件做出更快的反应。 

 

更安全的工作环境

作为 IT-OT 网络集成的一部分，生产资产网络地址需要迁移到与 IT 定义的公司范围兼容的新模式。为了满足要求，工程师们重新调整了每条生产线上的每个设备，包括安全设备。这需要工程团队投入大量的人力，因为他们要审查数千行逻辑，以确保操作员和资产的安全。

 

然而，在与工程团队讨论后， CIC 确定了一种解决方法，以避免与重新定位安全设备相关的风险：在 OT 网络之间放置一个 NAT 网关’的骨干交换机和机器级网络。该网关允许网络段之间进行 IP 地址映射，即使原始地址在网络的其他地方使用。

 

远程访问关键系统

Belden工厂首次可以从工厂的任何地方访问工艺用水压缩机和加热系统，以实现全面的可见性和控制。

 

员工可以远程监控这些关键系统以跟踪性能、尽早发现和解决问题并从任何地方调整设置。这提高了运营效率，并减少了仅在工厂车间进行故障排除和问题解决的需要。

 

教育确保未来成功

为了帮助植物’的工程团队成功管理他们的网络，CIC 创建了针对布局和正在使用的设备和软件的定制培训。这为团队提供了弥补技能差距和学习优化新系统的机会。

 

整合到单个供应商和几个特定型号还可以使团队更轻松地以最小的工作量维护网络。

 

“这些解决方案确保我们的客户不会’不仅仅是今天获得性能改进，” Belden 解决方案架构经理 Mike Fisher 表示， “而且随着技术的进步和新可能性的出现，它们也为未来的成功做好了准备。”

 

安全的网络

此前，该工厂’IT 和 OT 环境是分开的，但它们在同一个办公桌上运行—一台计算机旁边放着另一台计算机。如果网络插孔被移动，分离就不会’t 始终保持。

 

借助新的融合IT-OT网络，连接的设备现在可以得到适当的管理和保护。 

 

结果

虽然节省时间和提高效率只会在未来几年内得到改善，但该工厂已经看到了显着的成本节约：近四分之一的项目总支出已经在不到一年的时间内收回。

 

此外，该工厂的 OEE 提高了 5%，预计每年可节省 $735,000 加元（或接近 $550,000 美元）。预计每台新机器的部署和调试时间也将减少四到八个小时。当新资产建成时，它们’重新预先配置正确的 IP 地址以实现即插即用的方法。

 

更快的故障排除和诊断

以前需要数周时间才能查明和诊断的问题现在只需几个小时。使用 赫希曼’Industrial HiVision 网络管理软件 以及 百通地平线™ 平台，现在可以全天候监控整个工厂的生产情况。如果发生断线事件，工程师会立即收到通知，了解发生了什么以及哪些线路受到了影响。’

 

当生产线出现问题时，操作员不再需要致电创建维护单的主管。相反，他们只需按下 HMI 上的按钮即可生成自动维护单，同时向主管发出有关问题的警报。

 

自动化订单批处理

每条生产线都可以访问 ERP 中的所有订单。运营团队可以查看和访问有关车间订单、产品规格、材料需求和配方的信息。

 

当销售人员输入订单时，它会立即显示在系统中，无需手动合并订单进行批处理。系统无需人工干预即可批量处理订单并将其推送到正确的机器。可以根据配方调整运行信息。这种连接还促进了诸如自动订购材料以加快生产速度等创新。

 

运营可视性提升到新水平

新的网络布局和增强的连接性使工程团队—和其他工厂员工—能够查看他们所需的数据。操作员可以实时查看他们的表现，工程师可以监控和优化生产流程，生产副总裁可以远程检查工厂的运行情况。

 

如果运营商希望看到新的或不同的 KPI 来衡量性能或评估变更的效率，那么工程团队可以在几分钟内进行修改。为了鼓励工厂车间的协作和讨论，大型触摸屏上会显示 KPI 仪表板，供每个人在经过时进行交互。

 

这种新发现的可见性水平使公司能够实现自上而下的改进。例如，发现单个操作员的运行速度为预期速度的 60% 到 70%。然而，经过培训后，这一数字飙升至平均 95%。 这意味着一条生产线每班次可额外增加 $7,000。 通过这些变革，Belden 将继续实现性能的提升，从而优化时间和成本。