钢铁智能制造：构建从底层到云端的完整解决方案

近十几年来，国内钢铁行业在迅猛发展，企业投入巨资购买世界上最先进的设备改建扩建产线，中国粗钢产量已稳居世界第一。然而高速发展带来了整个行业产能过剩，价格下跌，利润微薄，有些钢铁企业连续巨额亏损以致生存都成了问题，严峻的市场环境已迫使钢企从以往追求规模化和营业收入转化成对产品市场占有率和利润最大化的追求。这样就要求企业必须充分利用现有资源，最大限度的发挥人、财、物的效能。

以设备故障诊断为例，钢企的连续生产特性要求生产流程必须稳定运行，分散在工厂各处的众多设备一旦出现问题，就必须停产等待维修人员处理，日常维护也只能靠经验丰富的设备管理人员来发现问题。而钢品生产需要经过原料处理、炼铁、炼钢及轧钢等十多道步骤才能完成，设备管理人员需要维护占地数百公顷厂区内的各式各样机器与设备，繁重的工作导致维修人力始终存在欠缺且工作人员疲于奔命。

某国际知名的钢铁企业是一家勇于创新的公司，该公司希望利用云端平台与大数据分析等技术来补强人力的不足，因此启动了设备监诊云端化项目，并决定将方案率先导入有数百台设备的冷轧工场。

钢铁市场环境恶劣，而实现云平台和大数据又需要较大的费用，如何能够做到充分利用资源的同时又减少硬件设备的采购费用，减轻企业在信息化投资、运维和能耗等方面的成本压力，是摆在钢铁企业和解决方案提供商研华科技眼前的一大难题。

构建从底层到云端的完整解决方案

部署一套从最底层的软硬件建置到最上层的云端服务的私有云解决方案，是最经济快速的做法。这套软硬兼具的端到云完整解决方案，由研华边缘智能装置Smart Box、远程装置监控及管理软件WISE-PaaS/RMM、物联网云平台WISE-PaaS/EnSaaS、数据可视化工具WISE-PaaS/Dashboard与远程软件更新管理服务WISE-PaaS/OTA整合而成。

由这套方案建置的设备诊断云端平台系统，能够远程监控设备状况，采集数据后传输到云端平台的机器学习软件进行大数据分析，以建立瑕疵检测和预防诊断的预测模型。同时，解决方案还能够满足数据一致性、个别机台训练、边缘端异常事件处理、数据可视化、数据撷取/边缘装置监控等需求。另外，该私有云解决方案具有可扩充性，方便日后将更多设备纳入系统管理，并确保系统持续运行的稳定性。

在地端，研华提供的边缘智能装置可连接振动传感器来采集冷轧工场的设备数据并上传至云端数据库；在云端，物联网云平台向下可整合数百台的边缘智能装置，向上能提供数据给用户自行设计的APP。而安装于该平台内的软件系统则负责监控与管理私有云内的所有设备与装置。另外，研华WISE-PaaS还提供数据可视化工具和远程软件更新管理服务，帮助系统的维护与管理。

从硬件方面来说，研华提供的边缘智能装置，可以实现边缘端数据采集与地端运算处理的双重功能。除了以PCI Express数据采集卡取得设备振动数据外，同时采用高效能的MIC-7500来执行预测模型。具体来说，预先将模型安装于边缘智能装置Smart Box内，通过执行边缘端推理来加速异常事件的反应；还可以利用其  对个别机台进行模型训练，借此找出设备需要改善之处。

WISE-PaaS/EnSaaS作为物联网云平台，支持各种时间序列数据库、机器学习分析工具、以及RESTful API与Node-RED，让该钢铁公司的工程师更轻松地设计出所需的监控管理APP及建立大数据分析的预测模型，从而实现设备实时监控与预防监诊。

通过研华提供的系统，客户可集中管理地端与边缘端的设备与装置。此项目中冷轧工场设备的振动情况、数据采集/边缘装置的运作状况都能如实地呈现在监控计算机上，设备发生异常时，管理人员会通过Email或是获得预警信息。

在数据可视化方面，数据可视化工具使用者可利用WISE-PaaS/Dashboard易于设计的操作接口来创建自己的仪表板，并将WISE-PaaS平台数据库的数据以可视化方式来呈现，例如这家钢铁公司的管理者，就能透过易读性高的各种图表来清楚掌握边缘装置健康状态、异常警报、预测模型、信号串流波形等等。另外，WISE-PaaS/OTA的远程更新机制，则让该公司可以很方便地将预测模型部署至指定的边缘端，并使预测模型随时保持在最新版本，管理者不需要亲自到现场就能完成更新作业。

对每一台设备状态了如指掌

如今透过设备诊断云端平台系统，管理人员可以对每一台机器设备的运作状态了如指掌，在发生故障之前就能进行处理以排除问题；还能透过分析历史数据来对设备进行瑕疵检测，从而提升设备使用寿命并减少因设备故障造成产线停摆。

而相较于由企业耗费大量的人力与时间来自行建置私有云，研华的WISE-PaaS云平台系统是更省时省力的解决方案。WISE-PaaS提供备选配置与故障机制，例如系统设置的主数据库与辅助数据库会随时处于同步状态；当节点出现损坏时，则会启动新的节点并重新进行数据库同步化动作，藉此确保数据的一致性，同时也提供了系统稳定运作的保障。

另外，WISE-PaaS提供了丰富的功能与服务让用户能在未来的系统功能开发上拥有一定的弹性空间，此项目的钢铁公司受惠于WISE-PaaS私有云平台系统所提供的灵活弹性，既节省了初期的建置成本，又保有日后随需求增加的扩充弹性，从而助其逐步实现工业4.0的智慧工厂。