數(shù)字化是應用軟件解決方案通過數(shù)據(jù)來改善或改變業(yè)務流程；而數(shù)字化轉(zhuǎn)型則可以包括許多數(shù)字化工程，通過使用數(shù)字技術來改變商業(yè)模式并提供新的收入和價值創(chuàng)造機會。
在最容易被人誤解的技術術語中，數(shù)字化（Digitalization）排名靠前。它經(jīng)常被誤用并與類似的術語混淆，例如數(shù)位化（Digitization）和數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)4.0。如果您深受失眠之苦，建議您在互聯(lián)網(wǎng)上搜索關于這些術語之間細微差別的學術討論，絕對可以治好您的失眠。
“數(shù)位化”通常是指將許多復雜多變的信息（例如過程測量和信號）轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。“數(shù)據(jù)采集”通常使用過程歷史數(shù)據(jù)庫來收集、組織和存儲大量數(shù)字化信息，并且更頻繁地將這些數(shù)據(jù)存儲在云中。“數(shù)字化”是應用軟件解決方案，通過數(shù)據(jù)來改進業(yè)務流程。“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”是包括許多數(shù)字化項目的一種戰(zhàn)略性業(yè)務轉(zhuǎn)型。
對于尚未參與過數(shù)字化工作的人，可能很難想象如何在您或您客戶的設施中實施數(shù)字化。本文將概述軟件工具如何通過將開發(fā)和維護復雜計算的職責，將數(shù)據(jù)傳遞到最終用戶手中，利用工廠車間的數(shù)據(jù)來提高效率、減少能耗、防止代價高昂的設備故障，減輕控制系統(tǒng)工程師的負擔。
控制回路性能監(jiān)控
通過應用高級分析，Control Station公司的PlantESP簡化了對比例-積分-微分（PID）控制器性能問題的識別，以及針對特定問題的糾正措施的實施。它是一種工廠范圍的監(jiān)控解決方案，使用現(xiàn)有的過程數(shù)據(jù)來主動識別和表征對生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)能力產(chǎn)生負面影響的問題。該控制回路性能監(jiān)控（CLPM）工具可以確定的常見問題包括機械的、重復發(fā)生的回路相互作用和PID控制器整定。它使工廠員工可以識別人眼無法察覺的細微趨勢和性能下降。
舉個例子來說明如何利用CLPM工具來識別復雜性能問題。在加拿大的一家石油開采設施中，工程師無法識別出關鍵生產(chǎn)裝置中的波動來源。這些波動嚴重影響裝置的蒸汽質(zhì)量，從而導致產(chǎn)量降低。通過采用控制回路性能監(jiān)控工具后，該系統(tǒng)立即確認了波動現(xiàn)象，并量化了多個控制回路之間增加的振蕩。使用功率譜分析，工程師可以快速識別出具有相同頻率特性的回路，從而可以縮小搜索范圍。借助該技術的互相關工具，建立每個回路之間的超前-滯后關系，并查明了根本原因：閥門遲滯，靜摩擦力過大（“靜摩擦力”是指當物體與另一物體沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨勢時，在兩物體的接觸面之間有阻礙它們相對運動的作用力）。僅用了數(shù)個小時，該軟件就解決了工廠人員數(shù)周以來都無法解決的問題。
資產(chǎn)績效管理
Atonix Digital公司的監(jiān)控和診斷產(chǎn)品ASSET360，可以從整個基礎架構收集現(xiàn)有數(shù)據(jù)，應用機器學習來向運行人員報告異常行為并簡化問題診斷。它將行業(yè)領域的專業(yè)知識與機器學習和高級模式識別相結合，以識別過程設備的早期性能下降，從而在代價高昂的故障發(fā)生之前，進行設備維護。分析可以在云端進行，遠程系統(tǒng)監(jiān)視服務通常與該軟件結合使用（請參見圖1）。
圖1：在Asset360趨勢的模式識別，顯示了煤礦風扇軸承振動的預期值（紅色）與實際值（藍色）。圖片來源：McEnery Automation
在過去的3年中，該系統(tǒng)已在一家煤礦中投入使用?？焖佥p松地監(jiān)控、分析、診斷和解決問題的能力，為實施更具戰(zhàn)略意義的項目和計劃提供了更大的靈活性。早期修復還延長了許多資產(chǎn)的使用壽命。在部署該解決方案后的3年里，該工廠就識別和解決了320多個問題，節(jié)約了成本，提高了可靠性。延長資產(chǎn)壽命，減少停機，再加上其它效率提升，使該工廠節(jié)省了數(shù)十萬美元。
邊緣計算系統(tǒng)
基于云的監(jiān)控對于識別隨時間變化的大型工藝設備可能很適合，但對于高速設備的即時響應則不適用。該技術的一個示例是來自Foghorn公司的Lightning邊緣計算系統(tǒng)。該系統(tǒng)將機器學習和分析應用于高速應用的海量數(shù)據(jù)，以推薦實時的設備配置調(diào)整。通常，將要處理的整體數(shù)據(jù)的關鍵部分，發(fā)送到長期數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，例如歷史數(shù)據(jù)庫。
McEnery Automation公司作為項目團隊的一部分，為一家大型消費產(chǎn)品制造商實施了Lightning邊緣計算系統(tǒng)，通過監(jiān)控包裝重量、識別模式變化，并建議設備調(diào)整來改善高速包裝線的性能。
多站點IT/OT融合
允許傳統(tǒng)上存儲在運營技術（OT）端（控制網(wǎng)絡）的數(shù)據(jù)與信息技術（IT）端（業(yè)務網(wǎng)絡）共享是一項重大轉(zhuǎn)變。
對于一家大型自來水公司而言，歷史過程數(shù)據(jù)通常保存在多個SQL服務器數(shù)據(jù)庫中，遍及不同地區(qū)的各個站點，并且只能在控件網(wǎng)絡上訪問。業(yè)務所需的所有法規(guī)和運營報告均由自動化和控制組管理。McEnery公司協(xié)助將這些數(shù)據(jù)遷移到OSIsoft的PI系統(tǒng)中。本地數(shù)據(jù)庫接口在每個站點將數(shù)據(jù)緩沖后，再發(fā)送到位于公司總部控制網(wǎng)絡上的一個中央存儲庫。位于業(yè)務網(wǎng)絡上的一臺PI資產(chǎn)框架（AF）服務器，充當業(yè)務網(wǎng)絡的接入點，同時可以組織和情境化數(shù)據(jù)。這對服務器在兩個網(wǎng)絡之間創(chuàng)建自己的防火墻。SQL服務器數(shù)據(jù)庫將資產(chǎn)信息提供給PIAF服務器以實現(xiàn)情境化。在將數(shù)據(jù)組織分配到標準化的層次結構中，并添加情境化數(shù)據(jù)后（例如范圍和工程單位的縮放比例、設備大小、型號和序列號），業(yè)務用戶就可以更輕松地訪問和理解數(shù)據(jù)。
這個新模型有很多優(yōu)勢。它為最終用戶提供數(shù)據(jù)訪問權限，從而可以簡化報表生成過程，并提高站點之間的一致性。由于不再負責對報表和報表服務器提供支持，因此控制工程師可以花費更多的時間來確保進入歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準確性。由于能夠比較站點之間的過程和運營數(shù)據(jù)，因此可以發(fā)現(xiàn)提高效率和一致性的機會。工程部門能夠訪問數(shù)據(jù)，以用于全面的計劃研究、瞬態(tài)壓力研究和泵的預測性維護（見圖2）。
圖2：多站點融合應用的系統(tǒng)架構圖。
在上述每個示例中，無論是通過應用高級分析、向最終用戶提供對數(shù)據(jù)的訪問、匯總來自多個數(shù)據(jù)源和站點的數(shù)據(jù)，還是將復雜的計算移出控制級系統(tǒng)，都會以某種方式轉(zhuǎn)換或簡化業(yè)務流程。在大多數(shù)案例中，收集到的數(shù)據(jù)都可以更高效的用于新的應用。數(shù)字化技術的應用，將為最終用戶創(chuàng)造更多價值。
