“智能边缘+设备孪生”，微软与台达电子共圆中小企业智能制造梦想

工业4.0驱动下的数字化转型正在改变全球制造业的格局。台达电子(Delta Electronics)的使命,就是不让任何一家中小企业在这场变革中“掉队”。作为微软认证的金牌合作伙伴(Microsoft Gold Certified Partner)、云解决方案服务商(CSP)和“2021年度合作伙伴奖”获得者,台达电子与微软合作开发了一款用于MES系统的SaaS解决方案——edgeMES机械设备制造营运管理系统(edgeMES for Machine Making),以满足工业机械制造商的独特需求。edgeMES专为工厂设计,可运行于工厂现有的IPC上,将微软智能云Azure的灵活性引入边缘。edgeMES 整合了Azure SQL Edge 和 Azure IoT Hub,同时具备本地的数据收集速度和效率,以及智能云强大的AI和分析功能,是首个面向中小型机械和设备制造商的工业物联网(IIoT)解决方案。在edgeMES的支持下,中小型制造企业可以快速部署数字化绿色工厂,并从端到端的可视化和管理中获益。

专为中小型制造商设计增强型MES

作为高效电力电子和热管理解决方案的领导者,台达电子历经五十年发展,始终处于创新工业管理解决方案的最前沿。今天的台达电子,已成为一家全球性的电力和能效解决方案供应商,业务涵盖电力电子、自动化和基础设施等。其中,自动化成为了这家市值数十亿美元的企业引领制造业智能转型的关键。在生产工厂自动化控制组件的过程中,MES被台达电子用于监控从原材料到成品的全生产流程。大型工厂则利用MES管理物流和生产里程,以确保生产流程并控制预算。

然而,机械制造是一个高度定制的流程,需要按订单要求设计。在这样一个动态环境中,订单变更成为常态,物流也极具挑战,现成的制造和运营解决方案表现并不理想。因此,在采用MES解决方案的速度上,机械和设备制造商总是慢于其他类型企业,解决方案的实施需要花费三到六个月,之后也要安排一位专职人员进行相关操作。

与半导体制造等其他高科技行业相比,机械制造业客户的需求截然不同。此外,一些规模较小的客户仍在使用纸张流程和Microsoft Excel进行项目管理,这都让台达电子看到了商机。台达电子产品经理Victoria Lai指出:“这类客户需要的不仅仅是MES,还有端到端可见性。但受限于自身规模,他们并不具备维护或实施大型系统的资源。”Victoria Lai所在团队的职责,就是为这类客户提供数字化转型支持。在没有市场先例的情况下,他们决定专门为中小型机械和设备制造商构建一个增强型MES。

微软混合云技术解锁边缘创新

在微软混合云服务的支持下,弥合本地、边缘和云端数据之间鸿沟的edgeMES诞生了。作为一项SaaS订阅服务,edgeMES旨在提升制造商的数据分析效率。edgeMES使用Azure SQL Edge作为IIoT应用的高性能数据处理层,可在配备了英特尔第9代酷睿i7-9700E技术的IPC上轻松设置。利用与SQL Server相同的关系数据库引擎,Azure SQL Edge为实时分析提供了内置流媒体功能。凭借低延迟和弹性,以及对带宽的高效利用,Azure SQL Edge满足了空间占用小的要求。

此外,Azure SQL Edge即使在断网时也能正常工作——对于工作环境中缺乏稳定网络连接的制造商来说,这一关键优势有助于节省因频繁数据交换而产生的传输成本。Azure SQL Edge作为Azure IoT Edge的一个模块部署在edgeMES当中,Azure IoT Edge能够将云分析和自定义业务逻辑迁移到设备上。在edgeMES 设备上,Azure IoT Hub负责连接、监控并管理物联网资产。

台达电子智能解决方案平台经理Peter Chen表示:“整合了边缘实时数据服务与云数据分析的混合云手段是关键。通过在生产车间网关部署Azure SQL Edge,我们可以保证生产,让MES稳定运行,并利用微软智能云Azure提供远程维护和DevOps服务。这种混合解决方案集合了本地部署和云计算的各自优势,为数据密集型工业应用提供了强有力的支持。”

实时数据洞察让端到端运营可视化

使用电子表格追踪数成百上千个机器组件,绝对是后勤人员的“噩梦”。而现在,这些人员可利用edgeMES的自定义仪表盘和报告功能,轻松跟踪产品、材料和生产计划。该解决方案汇总了工人录入以及工厂监控设备生成的信息。例如,生产现场的机械操作员可以快速记录异常情况。这些数据经过智能分析,生成为报告并反馈给运营人员,最终用于帮助改进流程和优化生产。

台达副总裁兼企业策略业务发展和联盟总经理柯淑芬博士介绍道:“我们利用Azure AI服务来查找或监听异常操作,以及潜在的材料或制造缺陷。例如,通过对风扇进行声音检测,就可以通过振动知道它是否存在缺陷。Azure AI检测缺陷为我们节省了运营时间,也减轻了操作人员的工作量。”edgeMES的自动跟踪和分析功能也进一步解放了操作人员,让他们有精力执行数据收集和报告以外的其他任务。据台达电子的客户估计,在部署了edgeMES后,排除运营故障所需的时间已经从两周缩短至三到四天。

远程维护:成本效益和服务速度“双提升”

edgeMES对于敏捷开发和远程管理的支持,让台达电子的工程师极大地节约了时间。Victoria Lai表示: “过去,每当客户在使用MES时遇到问题,我们的工程师就需要前往客户现场进行维护。采用了Azure IoT Edge之后,我们的工程师可以在线进行问题修复。对客户来说,解决问题的速度提升了;对我们来说,不必要的人力消耗减少了,可以说是‘双赢’。”

借助设备孪生(device twin),台达电子的工程师可以随时更改edgeMES设备。所谓设备孪生,就是存储在Azure IoT Hub中的设备状态、条件和配置的实时副本。工程师使用设备孪生远程监控edgeMES设备,并随时更新软件,为客户省去了管理软件许可和终止支持合同的带来的麻烦。

设备孪生也为台达电子的开发团队带来极大帮助。即便是部署在客户现场的edgeMES设备,工程师也可以通过设备孪生将设置同步到终端用户设备,让开发团队在缩短开发阶段的同时提高可见性。该团队还充分利用Azure的安全性、合规性和业务连续性等特性,满足台达电子全球客户在特定区域的数据位置和隐私要求。此外,通过将备份文件和本地数据库主动镜像到云中,Azure SQL Edge能够持续提供连续性报告,并在检测到数据问题时缩短恢复时间,从而确保信息和数据安全可用。柯淑芬博士补充道:“在客户看来,数据恢复和连续性对于保证产品交付时间来说十分重要。在这方面,微软智能云的灾备功能提供了强有力的支持。”

共同畅想“云+边缘”的未来

轻量级本地硬件与边缘端和云端的Azure IoT相结合,正是台达电子所需的可扩展、成本优化的解决方案。柯淑芬博士表示,随着edgeMES的逐渐普及,Azure优秀可扩展性带来的收益也将更加明显。“能够根据业务需求进行横向、纵向扩展,对于台达电子来说是一个重要的业务优势。”

目前,台达电子的客户才刚刚品尝到数字化的“甜头”。像edgeMES和Azure SQL Edge这样的变革技术,正在帮助中小型机械制造商践行智能制造;实时生产管理和运营可见性带来的效率提升和生产按时交付,也成为高效处理和分析数据带来的显著收益。

Peter Chen最后表示:“做第一个‘吃螃蟹的人’就意味着面临挑战。我们希望客户可以把edgeMES作为将其工厂带入云端的第一步。展望未来,我们也预见到了微软‘云+边缘’的无限潜力。”