提高可见性并解锁工厂车间数据以提高效率
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。
它拥有超过8,000名员工，在多个国家设有生产设施，包括在加拿大的大型1960s工厂。为了满足需求，该工厂混合使用新旧设备，在多个制造单元中创建超过 50 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性能。在当今世界，这些指标不仅必须进行测量，而且还必须近乎实时地进行跟踪。
这家加拿大工厂仍然像30 +年前一样运营。许多流程和数据点都记录在纸上，缺少的信息存在很大差距，尤其是在周末夜班方面。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。
由于工厂工作人员缺乏对正常运行时间或报废等关键指标的可见性，他们无法判断工厂的运行情况或应该在哪些方面进行改进。员工必须单独挖掘每台机器，以识别和提取适当的性能数据点。由于不同的机器运行不同的产品，每种机器都有自己的设置和速度要求，因此需要整理大量信息。如果没有上下文化，这些数字中的大多数都是无用的噪音。
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，以支持他们的OT系统并实施基本监控。这使工厂的支持和管理团队能够识别关键差距，并确定更广泛集成方法的好处。然而，由于支持很少，这个自主开发的解决方案对Belden所能实现的效果却是有限的。
首先，该网络缺乏冗余，并且已知不可靠。OT系统在其通信网络中驱动不同的优先级，这可能会使它们变得更加复杂。过去，相对简单的设备安装导致整个网络瘫痪。
该网络缺乏标准化也使其难以支持。当出现问题时，有时更容易重新开始并构建新的东西，而不是对多个版本的组件进行故障排除。缺乏可用的端口使得密度增加和扩展变得困难，如果不是不可能的话。
由于Belden的IT政策和OT系统需求之间存在分歧，OT网络无法与公司的企业网络集成。来自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
工厂的工程团队意识到他们的局限性和能力。他们对自己想要实现的目标有强烈的意识，以及将梦想变为现实的概念和想法的证明。
因为他们已经有了坚实的基础，所以他们不需要从头开始。他们需要帮助设计和实施一个解决方案，该解决方案是根据他们的工作方式、IT 需求、迄今为止取得的成就以及他们希望在未来实现的目标量身定制的。
Belden的工厂决定利用其客户创新中心（CICs）的内部资源和能力。这些中心是共同创新的场所，Belden CIC专家与客户密切合作，开发、测试和验证解决方案，以应对独特的数字化转型挑战。这一次，CIC团队将努力解决自己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。在此基础上，创建、测试和部署解决方案设计，然后进行定制培训，以帮助公司管理其新网络。
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，以提高冗余和速度;他们还充当OT和IT之间的调解人，以确保满足双方对IT-OT融合的需求。
“满足IT合规性是一项真正的挑战，”Cobourg工厂的OT网络专家Thomas Coupland说。“我们知道我们需要让 IT 部门成为合作伙伴，但我们不知道如何实现这一目标。这就是CIC专家帮助我们弥合OT和IT团队之间差距的地方。
解决方案
全面的网络重新设计和硬件转型，包括升级到管理型交换机、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，消除公司数字化转型之旅中的一个主要绊脚石，并提高网络的弹性。
CIC的技术培训师在整个项目规划阶段都在现场。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窗口期间上线的数百个网络基础设施节点和终端设备。
该工厂的CIC设计的解决方案涉及许多组件，并结合了不同的数据源，使信息更易于访问和操作。
消除单点故障的网络
最初，工厂的隔离OT网络由每个生产区域或“流量”的一个中央交换机以及服务器机房中的一个交换机组成。由于没有集成任何内容，因此需要安装许多额外的以太网运行，这浪费了宝贵的维护时间。
新的网络设计是一种环形拓扑，支持在三个独立的子环内隔离，以创建网络冗余。通过这种布局，可以在不中断生产的情况下断开多个连接，以确保正常运行时间。
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
网络升级支持450+设备的连接，未来能够支持100+更多设备。仅在明年，该工厂就计划再增加六条生产线。
工程团队现在有能力推进工业 4.0 计划，例如部署温度和湿度传感器以实现预测性维护。这种维护策略可优化设备并在潜在问题发生之前检测到它们。
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，以便工厂的设备和操作员能够更好地响应不断变化的条件。
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架构。为了符合要求，工程师们正在重新处理每条生产线上的每个设备，包括安全设备。这需要工程团队进行大量的手动工作，因为他们审查了数千行逻辑，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，以避免与重新寻址安全设备相关的风险：在OT网络的主干交换机和机器级网络之间放置了一个NAT网关。此网关允许在网段之间进行 IP 地址映射，即使原始地址在网络中的其他地方使用也是如此。
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，及早发现和解决问题，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解决问题的需要。
教育确保未来成功
为了帮助工厂的工程团队成功管理其网络，CIC创建了量身定制的培训，重点是布局以及使用的设备和软件。这为团队提供了一个缩小技能差距并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。
Belden解决方案架构经理Mike Fisher说：“这些解决方案确保我们的客户不仅在今天获得性能改进，而且随着技术的进步和开启新的可能性，也为未来的成功做好了准备。
安全的网络
以前，工厂的IT和OT环境是分开的，但它们被运行在同一张办公桌上 - 一台计算机坐在一台计算机旁边。如果移动了网络插孔，则并不总是保持分离。
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，该工厂将OEE提高了5%，预计每年可节省735.000加元（或接近550.000美元）。每台机器部署和调试新机器所花费的时间预计也会减少四到八个小时。构建新资产时，会使用正确的 IP 地址对其进行预调试，以实现即插即用方法。
更快的故障排除和诊断
以前需要数周才能查明和诊断的问题现在只需要几个小时。使用Hirschmann的Industrial HiVision网络管理软件和Belden Horizon™平台，现在可以对整个工厂的生产进行24/7全天候监控。如果断开连接，工程师会立即收到有关正在发生的事情以及哪些线路受到影响的通知。
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票证，同时向主管发出问题警报。
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工单、产品规格、材料要求和配方的信息。
当销售人员输入订单时，它会立即显示在系统中，无需手动合并订单以进行批处理。系统在没有人工干预的情况下对订单进行批处理，并将其推送到正确的机器上。运行时信息可以根据配方进行调整。这种连接性还促进了自动化材料订购等创新，以加快生产速度。
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了解他们所需的数据。操作员可以实时查看他们的性能，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以查看工厂的运行情况。
如果操作员希望看到新的或不同的 KPI 来衡量绩效或评估变更的效率，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，KPI 仪表板显示在大型触摸屏上，供每个人在走过时进行交互。
这种新发现的可见性水平使公司能够进行自上而下的改进。例如，发现单个操作员以预期速率的 60% 到 70% 运行。然而，经过指导，这个数字飙升至平均95%。 这意味着单条生产线每班额外增加 7,000 美元。有了这些变化，Belden将继续看到性能的改进，从而优化时间和成本。