NO.1應用背景

　　說到大數據分析
、人工智能、機器學習這些名詞，大家應該都不陌生，日常生活中，每天都可能接觸到這些技術，比如實名認證用的人臉識別，手機APP的定製內容推送等等。這些應用都是通過大量收集數據
，利用機器學習來訓練算法
、尋找規律，為決策提供支持。

　　大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)已(yi)經(jing)在(zai)改(gai)善(shan)人(ren)們(men)的(de)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)，它(ta)在(zai)工(gong)業(ye)界(jie)也(ye)逐(zhu)漸(jian)成(cheng)為(wei)熱(re)門(men)話(hua)題(ti)
，業(ye)界(jie)都(dou)很(hen)關(guan)注(zhu)大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)在(zai)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)。工(gong)業(ye)大(da)數(shu)據(ju)和(he)通(tong)用(yong)的(de)大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)並(bing)不(bu)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)，它(ta)的(de)特(te)點(dian)是(shi)實(shi)時(shi)性(xing)高(gao)、數據量大、數據異構性強，工業大數據要求分析模型的精度高、可靠性高
、因(yin)果(guo)關(guan)係(xi)強(qiang)，這(zhe)樣(yang)才(cai)能(neng)滿(man)足(zu)工(gong)業(ye)場(chang)景(jing)的(de)需(xu)要(yao)。純(chun)數(shu)據(ju)挖(wa)掘(jue)的(de)建(jian)模(mo)方(fang)式(shi)無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)的(de)需(xu)求(qiu)
，因(yin)此(ci)，工(gong)業(ye)大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)的(de)特(te)征(zheng)是(shi)強(qiang)調(tiao)專(zhuan)業(ye)領(ling)域(yu)工(gong)藝(yi)知(zhi)識(shi)和(he)數(shu)據(ju)挖(wa)掘(jue)的(de)深(shen)度(du)融(rong)合(he)。

　　一方麵，運行中的流程工廠每天會生成海量的數據
，數據的來源包括DCS、PLC、實驗室管理係統
、設備管理係統
、能源管理係統等。但是據統計
，流程工廠中八成的數據都沒得到利用，這就造成了對數據資源的浪費。

　　另一方麵，工廠的運營管理人員也麵臨著很多挑戰

，如何得到最佳的設備效率、異常現象的根本原因分析
、如何減少故障、縮短維修時間、如何提前識別出運營的隱患
，如何根據不同的工況設定KPI的動態目標。這些問題很難從純機理角度去分析，因此我們可以以“數據驅動+機理驅動”的雙驅動模式來進行工業大數據的分析，從而建立高精度、高可靠性的模型
，來真正解決實際的工業問題。

　　gongyedashujufenxizuoweishuzihuazhuanxingbukehuoquedezuchengbufen，weilaidefazhanqianjingguangkuo。erliyongdashujufenxideruanjian，fajuekehuxianchangshujudejiazhi，tishengyunyingbiaoxian，shiaimoshengyizhiyilaizhiliyufazhandefangxiang。

　　NO.2平台功能特點

　　2019年

，艾默生收購工業數據分析軟件KNet
，yiciruanjianweijichubingjieheaimoshengzaigongyelingyuzhishihejingyanjinxinggongnengshangdezhenghekuochongertuichuleaimoshenggongyedashujujiejuefangan
，qikeduiyunyingheshengchanshujujinxingtiqu、清理
、zhuanhuanhefenxi，tashiyongxianjindetongjihejiqixuexisuanfaku，jianggongyedashujuzhuanhuaweishiyongzhishi，tuidongshishijuece，congeryouhuaguochenghezichanxingneng，houxujinyibuzhenghedaoaimoshengdePlantweb數字生態係統中，成為工業大數據應用的重要一環。2021年，艾默生工業大數據解決方案榮獲了物聯網突破獎之年度分析平台獎。

圖1 艾默生榮獲年度分析平台獎

　　艾默生工業大數據解決方案分為兩個部分：離線數據挖掘軟件和在線專家係統軟件。離線數據挖掘的作用是分析曆史數據
，尋找規律，建立預測性模型

；而在線專家係統的作用是，部署預測性模型，用前麵發掘出的規律，來輔助決策。整體的工作原理如下所示：

圖2 艾默生工業大數據解決方案的工作原理

　　■離線數據挖掘模塊

　　離線數據挖掘模塊用來分析原始數據，發現隱藏的規律，並將其轉化為預測模型。它具有數據分析、優化、機器學習、統計過程控製

、報警分析等功能。本質上，它是一個可以獨立運行的數據挖掘軟件。

　　它有以下特點：

• 圖形化環境
  ，提供高度直觀和用戶友好的使用環境，具有Microsoft軟件的外觀和體驗，具有下拉菜單
  、拖放圖形圖標的功能，無需編寫腳本或編程。
• 工作流Workflow，允許您構建和自動執行由數據分析
  
  、學習
  
  、聚類和建模組成的順序流程。構建工作流後
  ，它們會被自動存儲，以後可以部署應用於多個數據集，無需人工幹預。
• 數據可視化，內嵌了各種工具，可提供有效的數據可視化，例如散點圖、折線圖、餅圖、麵積圖、箱形圖
  、雷達圖和極坐標圖。
• 支持第三方腳本語言，如Matlab，Python和R。

　　離線數據挖掘模塊中有龐大的算法庫，所有這些算法都是內置的，隻需點擊、tuozhuaidengcaozuo
，jiukeyiyingyongdaonindeshujufenxizhong。aimoshengyizhizaibuduandijiaqiangsuanfaku，yiquebaowomendekehubuyonghuajinglizaibianxiesuanfashang，bashijianliugeijiejuezuijishoude OT業務問題。

圖片 3機器學習算法庫

　　■在線專家係統

　　進入到在線專家係統，它有三個主要功能模塊：規則及複雜事件模塊、根本原因分析模塊（Root Cause Analysis，簡稱RCA）和工作流模塊（Workflow）。

　　規則及複雜事件模塊使用圖形語言，可以輕鬆構建用於不同事物的規則，例如檢測複雜事件
、能夠檢測操作模式和生成性能報告。該模塊提供了廣泛的功能塊，包括算術、統計過程控製
、信號發生器
、數據篩選器、邏輯門
、時態數據功能塊等
，還可以使用C#.NET語言添加自定義塊。

　　它ta無wu須xu編bian寫xie腳jiao本ben或huo代dai碼ma，通tong過guo拖tuo放fang不bu同tong的de功gong能neng塊kuai，從cong輸shu入ru或huo數shu據ju
，到dao計ji算suan和he邏luo輯ji，再zai到dao輸shu出chu，組zu成cheng一yi個ge計ji算suan的de規gui則ze或huo者zhe複fu雜za事shi件jian，如ru業ye務wu規gui則ze，計ji算suanKPI的性能管理應用程序
，在不同係統之間執行數據傳輸的應用程序，預測性維護應用程序
，原型、建模和仿真應用程序。

圖4 規則及複雜事件模塊範例

　　用戶可利用根本原因分析模塊（RCA）實現決策支持係統、圖形診斷應用程序和異常情況管理係統。使用故障傳播模型，RCA可(ke)實(shi)時(shi)診(zhen)斷(duan)故(gu)障(zhang)
，找(zhao)出(chu)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)，建(jian)議(yi)響(xiang)應(ying)計(ji)劃(hua)，並(bing)執(zhi)行(xing)糾(jiu)正(zheng)程(cheng)序(xu)。以(yi)圖(tu)形(xing)方(fang)式(shi)構(gou)建(jian)的(de)故(gu)障(zhang)樹(shu)，應(ying)用(yong)了(le)因(yin)果(guo)關(guan)係(xi)專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)。測(ce)試(shi)和(he)糾(jiu)正(zheng)措(cuo)施(shi)可(ke)以(yi)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)消(xiao)息(xi)、複雜的規則或整個工作流程。

　　可以檢測到的故障可能包含與效率
、設備故障、環境法規

、不安全條件以及關鍵績效指標偏差相關的問題。這種異常情況可能會產生許多嚴重後果，包括：意外停機、計劃中斷、安全隱患、質量不佳
、運行效率低等。任何檢測到的故障都會觸發自動的根本原因分析（RCA）
，RCA模塊運行檢測以確定根本原因，並通知操作員是否必須采取任何糾正措施和/或啟動工作流程以執行解決程序。

圖5 自動根因分析模塊範例

　　工作流（Workflow）模塊是一款靈活的工作流程管理解決方案，可幫助各種用戶輕鬆進行處置
，並與工作流程及後續操作進行交互。

　　典型的工作流可助您實現和執行：

• 糾正措施
• 啟動和關閉程序
• 解決重複出現的問題
• 恢複程序
• 升級事故響應

圖6 工作流模塊範例

　　NO.3艾默生工業大數據解決方案的典型應用案例

　　■幫助全球最大海上鑽井公司

　　提升鑽井設備的可靠性

　　A客戶經營著世界上最大的海上石油鑽井船隊，在2018年的時候，該公司擁有35台自升式鑽機
，12台半潛式潛水器和另外12台高科技鑽探船。2011年，A客戶的鑽井船隊經曆了8%的de計ji劃hua外wai停ting機ji時shi間jian
，由you於yu計ji劃hua外wai停ting機ji往wang往wang會hui需xu要yao暫zan停ting作zuo業ye，並bing將jiang船chuan開kai回hui港gang口kou進jin行xing維wei修xiu

，會hui造zao成cheng很hen大da損sun失shi。該gai公gong司si計ji劃hua通tong過guo數shu據ju驅qu動dong的de預yu測ce性xing維wei護hu實shi踐jian，將jiang計ji劃hua外wai停ting機ji時shi間jian減jian少shao至zhi4%。

　　首先
，A客戶在其總部休斯頓建立預測智能中心（Predictive Intelligence Center），它的職能包含：

1. 實時監控鑽井船隊的資產；
2. 提供資產性能退化的預警；
3. 確定資產的剩餘使用壽命；
4. 通過優化資產選擇和維護活動來降低成本；
5. 通過提高可靠性和正常運行時間，來提升為客戶提供的海上鑽井服務。

　　然後，客戶確定了其鑽井船上最重要的五個關鍵設備——頂部驅動器、絞車、防噴器
、管道處理和推進器，並將重點放在提高這些關鍵設備的可靠性上。

　　disan，kehucongzuanjingchuandekongzhixitongshoujishuju，tongguoweixingtongxinfasongdaoanshang，weiyuxiusidundeyucezhinengzhongxinkaishiyongaimoshenggongyedashujujiejuefanganduishujujinxingfenxi。tongguojisuanshishishuju，bingheshuxuejianmodedaodeyucexingmoxingjinxingbijiao，quedingzichandeyunxingzhuangkuang，ranhoujisuanshengyudeshiyongshouming。ruyoupianchahuozheguzhangdezaoqizhengzhuang，xitonghuifasongjingbaohedianziyoujian，bingjiangqifankuigeizuanjingchuanshangdeweihurenyuan。

　　在艾默生的幫助下
，這家海上鑽井能源公司已經將計劃外停機時間減少到不到1%，這意味著每年數以百萬美元計的利潤。

　　■沙特阿美Abqaiq原油處理廠

　　改善能源管理

　　沙特阿美公司的Abqaiq工廠是其最大的石油加工設施，日處理能力超過700萬桶，每天的能源消耗是一個巨大的數字。Abqaiq工廠擁有一個標準的KPI管guan理li係xi統tong來lai監jian控kong能neng耗hao
，並bing為wei能neng耗hao設she定ding了le固gu定ding的de目mu標biao值zhi，當dang發fa現xian偏pian差cha時shi，需xu要yao操cao作zuo人ren員yuan去qu分fen析xi根gen本ben原yuan因yin，需xu要yao大da量liang專zhuan家jia和he多duo部bu門men之zhi間jian的de冗rong長chang會hui議yi來lai診zhen斷duan問wen題ti。

　　Abqaiq 工廠麵臨以下挑戰：

1. 需要提高準確性和性能洞察力，以做出明智的決策
   ；
2. 由於使用固定目標
   ，而不是動態目標，當運行模式切換後，很容易收到能量消耗過多的錯誤警告；
3. 能耗和目標的差距持續存在時
   
   ，需要很長時間去確定真正的根本原因
   ；
4. 由於某些儀器故障，KPI計算不準確。

　　為wei了le克ke服fu這zhe些xie挑tiao戰zhan
，需xu要yao利li用yong先xian進jin的de技ji術shu

，因yin為wei即ji使shi是shi非fei常chang短duan的de操cao作zuo停ting機ji時shi間jian
，也ye可ke能neng會hui導dao致zhi數shu百bai萬wan美mei元yuan的de損sun失shi。為wei了le克ke服fu這zhe些xie挑tiao戰zhan並bing消xiao除chu能neng耗hao方fang麵mian的de性xing能neng差cha距ju，沙sha特te阿e美mei的deAbqaiq工廠選擇了艾默生工業大數據解決方案，包括：

1. 監控整個工廠的能耗
   ，並可細化至設備級別
   ；
2. 自動監測工廠狀態和運行模式，並相應地實時調整能耗目標；
3. 盡早發現能源績效差距；
4. 使用自動根本原因（RCA）分析和識別，來找出差距背後的根本原因；
5. 在執行最佳實踐的同時
   
   ，采取糾正措施。

　　在艾默生的平台上
，可以計算和監視24個生產單元
、57個非生產單元和237台關鍵設備的能耗，這些設備代表了該工廠主要的耗能設備。

　　該係統從曆史數據庫收集工廠數據，然後使用計算、規則、故障傳播和Workflow引擎來分析數據，以找出造成性能差異的原因
，同時為最終用戶提供建議的糾正措施。係統將所有計算的KPI、根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)識(shi)別(bie)和(he)建(jian)議(yi)的(de)糾(jiu)正(zheng)措(cuo)施(shi)的(de)曆(li)史(shi)記(ji)錄(lu)保(bao)存(cun)在(zai)數(shu)據(ju)庫(ku)中(zhong)。然(ran)後(hou)將(jiang)結(jie)果(guo)通(tong)過(guo)網(wang)頁(ye)發(fa)布(bu)在(zai)數(shu)據(ju)儀(yi)表(biao)板(ban)中(zhong)
，以(yi)供(gong)工(gong)廠(chang)不(bu)同(tong)角(jiao)色(se)的(de)用(yong)戶(hu)訪(fang)問(wen)。

　　基於艾默生工業大數據解決方案的Abqaiq智能能源KPIs係統已大大降低了能耗，節能帶來的效益估計為每年數千萬美元，除此之外，其他可量化的好處還包括：

• 無論是操作員
  、工程師，還是管理人員都發現，通過更好地管理關鍵資產及其KPI影響，可以輕鬆使用基於Web的界麵來提高工廠績效。
• 顯著減少了檢測和診斷能源消耗性能差距的周期時間和精力。
• 更好地保留並在線部署了運營知識。

　　■Celanese（美國）尋找故障根本原因實現設備預測性維護

　　在預測性維護用例中，艾默生工業大數據解決方案的分析見解為Celanese帶來了回報。當Celanese在兩周、lianggeyuedeshijianfanweineijianzhayitaishebeishi，wendushuipingjihumeiyoubianhua，bianhuafuduyuandiyujingbaoshuiping。danshi，dangxitongjianzhahefenxileliangniandelishishujuhou，jiutishi“正常”溫度水平明顯高於以前的水平。

　　通過分析曆史數據，建立故障樹模型，Celanese的維護人員利用根本原因分析模塊發現：溫度緩慢升高的原因是潤滑油加熱器上的閥門卡住了。Celanese的工作人員說，“當dang查zha看kan每mei日ri或huo每mei周zhou的de數shu據ju時shi，溫wen度du的de升sheng高gao並bing不bu明ming顯xian。但dan這zhe種zhong溫wen度du升sheng高gao持chi續xu不bu被bei注zhu意yi可ke能neng會hui導dao致zhi軸zhou承cheng或huo軸zhou的de長chang期qi損sun壞huai，甚shen至zhi導dao致zhi設she備bei停ting機ji。”

　　圖7 這張圖展示了設備溫度在很短的時間範圍內變化很少（見藍色框內右側的曲線），但是在兩年的時間段內
，很明顯可以看出最近的溫度顯著地高於之前的溫度水平。

　　■幫助某日化產品工廠實現批量在線分析

　　客戶位於美國，是一個日化品牌的混合單元(mixer skid unit)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)典(dian)型(xing)的(de)批(pi)量(liang)過(guo)程(cheng)
，並(bing)且(qie)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)時(shi)間(jian)相(xiang)對(dui)較(jiao)長(chang)。客(ke)戶(hu)希(xi)望(wang)去(qu)理(li)解(jie)長(chang)批(pi)量(liang)周(zhou)期(qi)中(zhong)
，哪(na)些(xie)因(yin)素(su)對(dui)最(zui)終(zhong)質(zhi)量(liang)產(chan)生(sheng)影(ying)響(xiang)
，同(tong)時(shi)要(yao)對(dui)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)和(he)過(guo)程(cheng)問(wen)題(ti)有(you)提(ti)前(qian)預(yu)測(ce)，以(yi)便(bian)他(ta)們(men)及(ji)時(shi)幹(gan)預(yu)，實(shi)現(xian)質(zhi)量(liang)的(de)管(guan)理(li)。

　　艾(ai)默(mo)生(sheng)對(dui)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)定(ding)義(yi)黃(huang)金(jin)批(pi)次(ci)的(de)特(te)征(zheng)，然(ran)後(hou)建(jian)立(li)不(bu)同(tong)運(yun)行(xing)模(mo)式(shi)下(xia)的(de)質(zhi)量(liang)預(yu)測(ce)模(mo)型(xing)。驗(yan)證(zheng)了(le)預(yu)測(ce)模(mo)型(xing)後(hou)，我(wo)們(men)將(jiang)它(ta)部(bu)署(shu)到(dao)在(zai)線(xian)的(de)狀(zhuang)態(tai)，並(bing)且(qie)幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)建(jian)立(li)故(gu)障(zhang)樹(shu)。

　　有you了le這zhe樣yang的de模mo型xing，客ke戶hu就jiu可ke以yi檢jian查zha現xian有you的de批pi次ci，並bing且qie基ji於yu數shu據ju挖wa掘jue階jie段duan確que定ding的de質zhi量liang預yu測ce模mo型xing，預yu測ce該gai批pi次ci的de最zui終zhong質zhi量liang。如ru果guo發fa生sheng了le質zhi量liang下xia降jiang的de趨qu勢shi
，係xi統tong會hui根gen據ju故gu障zhang樹shu，反fan饋kui給gei操cao作zuo員yuan導dao致zhi質zhi量liang下xia降jiang的de原yuan因yin，以yi及ji如ru何he去qu操cao作zuo的de建jian議yi。

　　從這個案例來看，艾默生工業大數據解決方案可以在這以下方麵提升批量生產的性能：

　　預(yu)測(ce)異(yi)常(chang)情(qing)況(kuang)
，由(you)於(yu)結(jie)合(he)了(le)對(dui)曆(li)史(shi)數(shu)據(ju)的(de)分(fen)析(xi)，係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)早(zao)期(qi)識(shi)別(bie)出(chu)設(she)備(bei)和(he)過(guo)程(cheng)的(de)異(yi)常(chang)狀(zhuang)況(kuang)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)預(yu)防(fang)不(bu)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)批(pi)次(ci)
，減(jian)少(shao)廢(fei)料(liao)，提(ti)升(sheng)了(le)設(she)備(bei)可(ke)靠(kao)性(xing)。

　　解jie決jue客ke戶hu最zui關guan心xin的de質zhi量liang預yu測ce功gong能neng，因yin為wei之zhi前qian對dui質zhi量liang的de管guan理li都dou是shi事shi後hou的de，有you了le在zai線xian質zhi量liang預yu測ce模mo型xing
，客ke戶hu就jiu可ke以yi預yu判pan該gai批pi次ci的de最zui終zhong質zhi量liang，在zai需xu要yao的de時shi候hou提ti前qian介jie入ru
，改gai變bian質zhi量liang劣lie化hua的de趨qu勢shi。

　　NO.4總結

　　艾默生工業大數據解決方案是一種非常靈活
、開kai放fang的de工gong業ye大da數shu據ju分fen析xi平ping台tai，為wei客ke戶hu提ti供gong了le一yi種zhong可ke以yi完wan全quan定ding製zhi的de解jie決jue方fang案an，它ta結jie合he了le機ji器qi學xue習xi的de能neng力li，以yi及ji艾ai默mo生sheng在zai對dui流liu程cheng和he設she備bei可ke靠kao性xing的de專zhuan業ye知zhi識shi，可ke以yi幫bang助zhu客ke戶hu利li用yong數shu據ju資zi源yuan，提ti升sheng工gong廠chang性xing能neng。