过程工业的系统设备通常已运行数十年，这就意味着需要不停的翻新、扩展和现代化改造。人们为提高过程效率所做的努力与制造业本身一样历史悠久。经济的数字化转型正在为众多创新方法和处理技术的优化配置创造新的可能性，且人们普遍达成共识，设备间必须实现互相通信才能实现效率的最大化。物联网是一个新的现实——即使它继续以不同的方式被诠释和实施。数据可以在不同层级提供、采集、评估和使用...
以石油和天然气行业为例，这些相关措施在提高效率方面的效果是很显著的。在过去，石油价格高，这样就可以实施高成本的挑战性项目。在石油价格低的时代就要求采用效率更高、价格更低的系统来执行更加灵活的项目。标准化是这个时代的关键词。
这些方案将自动化设备和系统的功能块、接口和协议整合在一起。著名石油公司的编程已符合各类标准的规定。软件开发中的每一步都可以精确存档并编码，这样每次可调用相同的程序模块。原理同样适用于系统和过程的可视化：在这种情况下，可定义页面布局和视觉形式。这就意味着工作人员可快速轻松的使用该系统。NORSOK i-500就是一个例子。它由挪威石油行业建立并且制定基本的安全规范以及适用于不同供应商的标准。不同的系统采用统一的接口。
重新思索石油和天然气生产：独立于制造商和中性接口变得越来越重要。
这样可降低系统设计和运营过程中的错误率，同时，还可提高系统的可用性。尤其是近海石油生产公司更加受益于标准化和独立于制造商带来的诸多优势。
模块化系统设计，每个过程步骤都包含在单个系统模块中，与运营商的相关性较小，因为近海石油生产系统必须在初期就完全做好规划设计。然而系统的模块化设计有助于后期对系统架构进行修改，钻井平台的运输必须考虑这方面的问题，以及后续高额的安装成本。此外，钻机上的空间从一开始就被充分利用，没有扩展的空间。
岸上的应用情况完全不同。采用模块化的设计可以灵活的调整石油和天然气开采的加工系统。不仅适用于二级和初级系统，而是适用于整个流程。医药和化学工业的系统设计主要关注生产的灵活性；其流程必须比石油工业更加快速灵活的调整。在批量为1、生产量波动以及区域市场不断变化的背景下，各公司必须采用通用、灵活、可扩展、模块化且具有兼容性的加工过程。
65%的德国企业已经采用云计算系统
70%的公司相信数字化可提高德国的创新速度
48%的公司相信通过数字化可提升其系统的可用性。
35%的生产成本降低可通过数字化转型实现
40%的公司相信借助于数字化技术可更快、更灵活的满足客户的要求
310亿欧元将在未来五年成为年均数字化投资额
来源：德国信息技术、电信和新媒体协会、弗劳恩霍夫协会、中央合作银行、德国工程师协会、普华永道
这正是模块化系统成为过程工业标准的原因。然而，模块化系统所带来的优势并没有持续展现出来。这主要是因为独立的系统模块需要在中央过程控制系统中通过软件相互连接。移除、添加或更换单个模块需要在控制系统中重新编程，这样就会增加额外的时间和成本。
借助于DIMA(分布式智能模块化解决方案)，WAGO已开发出一套独立于制造商的解决方案，用于自动化模块化系统，该方案可降低配置生产系统所需的时间。DIMA解决方案不仅限于系统硬件的模块化管理，相反，该方案可全面管理整个系统的模块，包括其全部功能。
每个模块都安装智能系统。智能模块可进行相互通信并与整个系统通信。这样，控制层可渗透到系统的每一个参数。所使用的自动化组件必须具有标准化的接口，例如DIMA提供的MTP接口。MTP(模块类型包)是DIMA方案的核心部分：过程技术应用模块的新数字化描述，包含独立于用户将系统模块集成到过程控制系统和系统模块自动化运行的全部信息。只有这样才能将全部的组件联网并集成到整个产品周期中。
持续的模块化系统设计并非是提升效率的唯一方法，数字化与网络化可以达到同样的效果。模块化为通用化奠定基础并降低设计时间，并且毫无疑问，它也是提升效率的重要途径。然而，与模块化系统设计一样，数据采集和云连接对于过程工业也是受益非浅。例如，数据透明性可为预测性系统维护提供契机。
预测性维护包含系统和设备的主动维护和维修。如果一套生产系统出现故障、瓶颈或其他故障可能导致高额支出。效率分析，例如，评估相关测量数据，如输出、压力、温度、振动以及生产能力，可用于提前识别维护需求。这样可以有针对性的替换或维护单个模块，以免影响系统的可用性。然而，读取并分析从上级系统采集的机器数据是非常必要的。可通过本地分析工具或者云来监测系统。另外，诸如自学习算法的可持续技术将成为另一种可能性。通过历史和当前设备数据，专门编程的软件工具可自主计算维护需求以及潜在故障，并且可预测设备状态而无需人工监测数据。
尽管人们正在为工业4.0奋力前行，但是对于完全的数据透明性仍持有很高的怀疑论调。过程行业中仅有少数公司认为“云战略规划”是可行的。对于过程相关数据可能遭到第三方的攻击或控制的恐惧是极大的。
然而，云技术的应用和解决方案所带来的优势越来越多的被人们所熟知：他们独立于单个服务器，因为云技术的运营商通过将数据存储在多个服务器上保证数据恒定的可用性。同时，巨大的存储能力及其维护成本，以及建立服务器群的成本可大大降低，云的收费原则是使用时才需付款。可通过接口、协议或网络浏览器交付和使用云服务，而不必在本地电脑安装软件。因此，原则上可以从世界上的任何地点访问相关过程数据。
无论在任何地点，都可以访问相关数据。可实时改进过程，并且可轻松监控调整措施。例如，美名软件(M&M)公司就响应了分布式数据采集的趋势。在这种情况下，可以采集来自不同机器、整条生产线的数据、建筑以及单台生产设备的能源数据并传输至中央云服务系统，并在云服务系统中进行评估。所有生产过程都可在云端进行控制与协调。无论在任何地点，都可以访问当前和历史数据。这样就可以对比公司的各种设备之间的关键数据，并且提出必要的优化措施。定期的监控可自动确定机器和系统的操作状态以及维护需求。
特别是在过程工业，每种方案和方法的专业知识都是最大的财富，必须不惜一切代价加以保护。因此，安全是关于数字化和网络讨论的主要话题。安全性可以在工厂和IT系统的各个层级中实施。从工厂门禁检查开始，至不同职位的人的不同授权文件，包括防火墙和密码保护，直到控制器本身的数据加密。“安全性在我们所有的解决方案中都扮演着至关重要的角色，”美名软件的系统解决方案事业部经理Frank Schmid解释道，“选择发送至云端的数据、与云端的连接、数据传输至云端的方式同等重要。”
通过采用云系统，企业无需再依靠其自己的服务器机柜。
为全面保护数据安全，可选用WAGO PFC系列控制器，该系列控制器具有全面的内置安全机制。控制器采用SSL/TLS-1.2加密，且通过VPN和IPsec连接直接将数据传输至控制器，这样可以保证数据安全。此外，控制器还配有可配置防火墙。因此，它们可保证第三方访问的最大安全性且保证数据集成。WAGO PFC系列产品满足网络安全的所有相关规定。
一般来讲，公司可单独评估其数据的关键性。他们自己决定哪些数据可放在云端，哪些数据留在工厂内，工厂内的数据仅传输至控制层。只有经授权的人员可以查看具体的过程描述。
伴随着资产管理云的发展，美名软件(M&M)公司简化了云端的数据评估，提供中心数据服务，奠定了用户定制解决方案的基础。除生产外，诸如供应链管理和物流等过程也可接入系统，不但可以提升系统效率，还可以优化运输能力与路线以及仓库使用率。
算法能力的不断提升促进了云系统的不断发展。人工智能已应用于多个领域，例如，医学图像识别或语音控制各类系统。采用专用软件，云端也可以配备人工智能。通过这种方式，从理论上讲可以根据存档数据通过算法计算出潜在故障。因此，预测性维护可以在一个全新的维度上运行，反过来这将重新定义持续的系统可用性。
文：BENJAMIN BÖHM, JULIA GROBE | WAGO
图：iStock.com, WAGO