工業(yè)4.0的一個主要方面是獲取和分析大數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息,，并使系統(tǒng)能夠自行做出決策,。盡管存在新技術，但大多數(shù)制造企業(yè)仍使用剪貼板和紙張來收集數(shù)據(jù)和信息,。在很多情況下，多達90％的數(shù)據(jù)最終孤立的滯留在現(xiàn)場,。若希望從工業(yè)4.0中獲益,，這將帶來一定的挑戰(zhàn)。
好消息是新技術可以在這方面提供幫助,，用戶只需采取幾個簡單的步驟,，就可以為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換做好準備，包括訪問更多數(shù)據(jù),、進行邊緣計算,、清理數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行情境化處理以及標準化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。
獲取更多數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0的重要組成部分,。工業(yè)的運營環(huán)境非常復雜，涉及數(shù)百種不同的協(xié)議,、通信介質(zhì)和傳統(tǒng)設備的知識,。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實現(xiàn)必須是自下而上的實施，首先要優(yōu)化運營技術（OT）,。這需要以新的態(tài)度來保持系統(tǒng)的開放性,、互操作性和安全性。第一步是以有效的方式獲取所有的數(shù)據(jù)——能夠在需要時從任何地方輕松訪問數(shù)據(jù),。
MQTT的發(fā)布/訂閱功能可簡化通信,，并有助于將輪詢轉(zhuǎn)移至網(wǎng)絡邊緣。圖片來源：InducTIveAutomaTIon
數(shù)據(jù)訪問的主要障礙之一是傳統(tǒng)軟件許可模式,，它對每個標簽或用戶收費,。這些模式無法擴展，阻礙了增長,。此外,，工業(yè)應用一直是封閉的,、專有的，并且功能和連接性也有限制,。今天,，我們需要從根本上無限制的、開放的新模式,。這些新模式可以釋放新的擴展機會和更大的可擴展性,。
另一個挑戰(zhàn)是新智能傳感器和設備與現(xiàn)有舊設備融合之間的平衡。擁有同時支持兩者的基礎設施非常重要,。它歸結(jié)為一個關鍵概念：架構(gòu)的變更,。不再通過通訊協(xié)議將舊設備連接到應用，而是將設備與基礎設施連接起來,。需要提供一種即插即用,、可靠且可擴展的OT解決方案，以滿足運營人員的需求,。
開放和可互操作的架構(gòu)
這是一種基于消息隊列遙測傳輸（MQTT）的新架構(gòu)。MQTT是一種發(fā)布/訂閱協(xié)議,，啟用了面向消息的中間件體系結(jié)構(gòu),。在信息技術（IT）領域，這不是一個新概念,；長期以來,，企業(yè)服務總線（ESB）一直通過類似的總線的基礎架構(gòu)來集成應用程序。MQTT在異常事件發(fā)生時,，設備數(shù)據(jù)會發(fā)布到本地或云端的MQTT服務器,。應用程序訂閱MQTT服務器以獲取數(shù)據(jù)，這意味著無需連接到終端設備本身,。MQTT具有以下優(yōu)點：
●開放標準/可互操作（OASIS標準和Eclipse開放標準（TAHU））,；
●設備與應用分離；
●事件觸發(fā)報告,；
●需要的帶寬很少,；
●傳輸層安全；
●遠程發(fā)起連接（僅出站,；無入站防火墻規(guī)則）,；
●狀態(tài)感知；
●數(shù)據(jù)單一來源,；
●自動識別標簽,；
●數(shù)據(jù)緩沖（存儲和轉(zhuǎn)發(fā)）；
●即插即用功能,。
如何獲得新的架構(gòu),？答案是邊緣計算和協(xié)議轉(zhuǎn)換,。假設有10個Modbus設備要連接到監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)。用戶可以部署一個支持Modbus和MQTT的邊緣網(wǎng)關,，以使輪詢更接近可編程邏輯控制器（PLC）,。這樣，用戶就能夠以更快的速度輪詢更多信息,，并在數(shù)值發(fā)生變化時將數(shù)值發(fā)布到中央MQTT服務器,。還可以將SCADA連接并訂閱MQTT服務器以獲取數(shù)據(jù)，而不是直接連接到終端設備,。這是確保SCADA系統(tǒng)面向未來的重要一步,。當用戶購買支持MQTT的傳感器或升級設備時，SCADA無需了解終端設備即可獲得數(shù)據(jù)訪問權(quán)限,。
幫助系統(tǒng)了解數(shù)據(jù)
用戶不僅需要訪問數(shù)據(jù),，還需要確保數(shù)據(jù)有效，具有上下文信息,，并且是通用結(jié)構(gòu)的一部分（如果適用）,。這是使用分析和機器學習之前的重要步驟。系統(tǒng)只有了解數(shù)據(jù),，才能正確使用數(shù)據(jù),。通常，新的傳感器和設備已經(jīng)具有這些功能,。但是,，對于老舊設備并非如此。有數(shù)百種需要映射和擴展的不同輪詢協(xié)議,。大多數(shù)PLC的尋址方案都不容易理解,。這些映射通常存在于SCADA中，但是仍然缺少上下文知識,，或者包含無效數(shù)據(jù),，或者不是標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
完成此步的最佳位置是連接到PLC的邊緣網(wǎng)關,。它需要具有清理數(shù)據(jù),、數(shù)據(jù)情境化和支持數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)功能的軟件。
讓我們從清理數(shù)據(jù)開始,。假設有一個傳感器連接到PLC,，有時信號會丟失。當信號丟失時,，PLC中的數(shù)值將降為0,。但在某些時候，數(shù)值可能確實為0,，但如果最后一個數(shù)值是50,，那現(xiàn)在的數(shù)值就可能不是0,。在這種情況下，需要要查看數(shù)據(jù)變化以確定是否應該忽略當前值,。使用該邏輯設置計算標簽,，可以解決此問題。在與其它系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)之前,，請務必在最接近源頭的位置確認數(shù)據(jù)的有效性,。
另一個關鍵步驟是為數(shù)據(jù)提供上下文。例如,，在用戶的ModbusPLC上,，有一個參考地址為40001的標簽。在SCADA系統(tǒng)中,，會將其映射到某個標簽,，例如“環(huán)境溫度”。如果僅有這個數(shù)據(jù),，那無法知道溫度是攝氏度還是華氏度,，以及高、低限是多少,。如果沒有上下文,，數(shù)據(jù)分析和機器學習模型可能會提供錯誤的數(shù)據(jù)。
使用能夠提供名稱,、比例、工程單位,、工程上下限,、文檔和工具提示等信息的邊緣網(wǎng)關，將為其它系統(tǒng)提供關鍵信息,，以便于更好地理解基礎數(shù)據(jù),。
標準化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
最后一步是在整個企業(yè)范圍內(nèi)，標準化通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。由于每個站點的數(shù)據(jù)可能不同,，并且很難找到通用的數(shù)據(jù)模型，因此通常會忽略此步驟,。分析包和機器學習模型要求對于通用對象采用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。用戶不希望為每個站點創(chuàng)建不同的分析或機器學習模型。這超出了單個數(shù)據(jù)點的范疇,，是已知對象的數(shù)據(jù)點的集合,。
重要的是調(diào)查每個站點以找到一個通用的模型，并使用支持用戶定義類型（UDT）的邊緣網(wǎng)關,。這意味著調(diào)整每個站點的數(shù)據(jù)以適應模型,，這可能包括縮放,、計算標簽、轉(zhuǎn)換等,。這樣數(shù)據(jù)在表面上看起來是相同的結(jié)構(gòu),，同時隱藏了背后的復雜性。
通過設置新的運營架構(gòu),，解決將大數(shù)據(jù)導入基礎架構(gòu)的問題,。在訪問數(shù)據(jù)之前，用戶無法進行分析和機器學習,，因此數(shù)據(jù)必須有效并且具有上下文以便于理解,。利用這種新的思維方式和基礎架構(gòu)，用戶可以通過一些小的步驟和調(diào)整來實現(xiàn)先進技術帶來的潛在好處,。