無縫整合遠端資產監控

May 24, 2018 Patrick Mannion

從發電廠、石油鑽井平台到製造業的設備管理員都意識到需要部署線上資產維護策略來加速分析、改善資產健全狀況,以及簡化作業流程。但他們全都面臨了開發可靠的全方位線上監控和維護解決方案的難題。這些難題包括擷取優質的高品質資料、其安全管理,以及將該解決方案順暢地整合至已安裝的基礎架構中,而不會影響系統效能。即使某個解決方案經過證實可在一種應用中發揮作用,許多設備管理員仍抱持懷疑態度。根據 National Instruments 監控解決方案首席行銷經理 Brett Burger 的看法,部分原因是已發佈的個案研究中展現出商業價值的太少了。Burger 指出:「即使有像 [case studies] 這樣的案例,但大家總是認為每個企業都有其獨特之處。」

雖然有著各種疑慮,維護管理員也瞭解由於設備故障造成計劃外的停機可能帶來數百萬美元損失的風險。面對資源變少、設備老化,以及勞動力和技能的落差,這種風險只會越來越多。此外,隨著資產數目的擴增,效率不彰的情形也越發嚴重,尤其是當技術人員必須為數目越來越多且分散得越來越遠的資產進行手動測量時,更是如此。根據 NI 的研究指出,技術人員有 80% 的時間都是花在收集資料上,而只有 20% 的時間可用於進行分析。而隨著資產數目的增加,這些數字也變得越來越糟。因此,許多工廠管理者認識到他們需要考慮採用目前可用的技術來進行線上狀態監控和維護。Burger 說:「最好這樣做,避免發生故障,搞得眾所皆知,而且要是發生了 5000 萬美元的災難,最終還是得這樣做。」

Burger 指出,能夠使用即時線上資產狀態監控結合先進的資料分析來視需要規劃和排定維護時程也比較好。如此一來,企業便可以根據其工業營運資料採取行動來改善其生產資產的健全狀況。

正確的資料加上開放存取是監控的關鍵

解決資產健全狀況即時監控的問題是 National Instruments 選擇將其經驗集中在電腦輔助測量之處。其解決方案是 NI InsightCM Enterprise,這是一套軟硬體的組合,可供開放存取經預先篩選、具有診斷品質且以波形為中心的資料(圖 1)。

圖 1. InsightCM Enterprise 使用可靈活地管理 OT 至 IT 資料流的專屬軟硬體和管理方法,在邊緣擷取和提供具有診斷品質且以波形為中心的資料。(資料來源:National Instruments)

NI 的方法很有趣,因為它並未試圖採用「端對端」的方式,而是將感應器的設計留給感應器專家,並將分析和儀表板呈現的開發留給那些領域的專家。它橫跨了 IT 和廠房作業技術 (OT),著重於從多個感應器取得診斷級的波形資料。然後它會使用開放檔案格式儲存資料,以便第三方軟體可以輕鬆進行存取,讓 InsightCM 可以整合至任何已安裝的系統中。由於採用先進的處理功能,因此 InsightCM 讓重要資訊在往上游傳送之前,即先在邊緣經過資料過濾和篩選。Burger 表示:「重點是我們提供完整的原始資料存取。」 「此外,廣泛的感應器連線選項可協助企業將 InsightCM 整合至其現有的工作流程中,而不是將全新的工具引入需要訓練和專業知識的整個組織中。」

InsightCM 的獨到之處來自於執行 LabVIEW 的 CompactRIO cRIO-9037 堅固耐用的邊緣節點資料擷取和智慧型嵌入式處理系統(圖 2)。這是一個搭載執行速度為 1.33 GHz 的 Intel Atom® 處理器 E3825 的模組化 8 插槽可擴充系統。資產感應器連接到 cRIO-9037 感應器輸入模組,然後將感應器輸入轉換為數位資料。

圖 2. cRIO-9037 可對多個波形資料流進行擷取和邊緣分析,以提供診斷級資料讓上游進行進一步分析。(資料來源:National Instruments)

感應器輸入模組有很高的穩定性和耐用性,因此能夠擷取具有診斷品質的波形資料。雖然這是重要的第一步,但並非所有資料都有用。為了避免傳輸和儲存不必要的資料,Atom 處理器用於在邊緣應用智慧和分析功能。利用 InsightCM 軟體,該處理器可以全天候分析資料,以查找預設的觸發因素。如果符合其中一項觸發因素,便會將資料記錄傳送至伺服器,並在需要進行後續追蹤時加上標記。使用單一 Intel Atom 處理器 E3825 便可以為所有感應器輸入模組完成這項工作。雖然許多單點解決方案都可以擷取、處理和儲存資料,但它們通常會使用專有的檔案格式來進行那些工作,因此很難與其他軟體(例如分析和資料呈現工具)搭配使用。NI 透過使用其開放存取技術資料管理解決方案 (TDMS) 檔案格式在 InsightCM 中解決了這個問題。採用 TDMS,資料就不一定需要仰賴 NI 的技術。必要時,可將其以原始形式匯出至 Excel、預先存在的直方圖,或上游的新的分析或模式識別軟體。這是可讓 InsightCM 與現有和未來工作流程輕鬆整合的關鍵因素。然後 InsightCM 擷取和篩選的資料便可以輕鬆地上傳至上游,以供資料分析和先進的模式識別軟體進行處理。

安全性可確保監控作業符合 IT 的需求

對於企業中允許傳送至上游以進行分析的任何資料,IT 部門都必須確保資料和連線均安全無虞。因此,InsightCM 的一般安裝程序位於較以企業/業務為中心的 IT 網路上,而不是控制網路上。在某些情況下,將會針對廠房地點的維護資料建立獨立的網路。Burger 補充說道:「這種資料隔離雖然仍處於 IT 的安全控制之下,但為維護用網路資產和控制用網路資產之間提供了一個分隔層。與 NI InsightCM 搭配使用的 NI 監控裝置無法輸出至或控制它們所連接的資產,進一步將其與重要的控制或保護型網路資產區隔開來。」NI 採用安全的遠端密碼 (SRP) 進行資產監控系統和 InsightCM 之間的驗證。從使用者的觀點來看,用戶端瀏覽器和 InsightCM 之間的活動可以使用 SSL 加密來進一步保護。此外,存取也是以角色為基礎,因此 IT 可以限制資格不符的使用者存取某些功能。可靠的安全性,以及整合的簡易性和診斷級資料的可用性,大幅簡化了移轉至線上監控的工作。未來 I/O 功能的可擴充性和新增等挑戰也已克服,因此利用高品質資料進行監控以實現預測性維護可能很快就能實現。Burger 指出:「從技術的觀點來看,我認為我們將會在預測性維護方面看到許多的創新,其中來自軟體智慧的深入分析將會增加,而訓練軟體/模型所需的歷史資料和領域經驗則會減少。」

雖然新的方法仍會受到懷疑,但 NI 有一個有趣的個案研究:美國最大的電力公司 Duke Energy 曾試圖藉由日常的遠端資料收集和監控來取代其每個月的手動資料收集工作。透過導入 InsightCM Enterprise,Duke 將 10,000 個資產與超過 30,000 個感應器連接在一起,因此能夠大規模收集、分析和管理感應器資料,從而實現更強大的分析,並節省了 3100 萬美元的成本。

作者簡介

Patrick Mannion

Patrick Mannion is a independent content developer and consultant who has been analyzing developments in technology for more than 25 years. Formerly Brand Director for EETimes, EDN, Embedded, Planet Analog, and Embedded.com, now part of AspenCore, he has also been developing and executing community-oriented online- and events-based engineer-to-engineer learning platforms. His focus is on connecting engineers to find novel design solutions and focused skills acquisition in the areas of Embedded, IoT, Test and Measurement, RF/Wireless, and Analog & Mixed-Signal Design.

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