虽然每一个制糖生产商都面临着自己特定的制造挑战，但是他们同样有一些贯穿于整个行业的共同挑战。在当今，企业最紧迫的问题是优化能源消耗、减少材料使用和库存成本、提高资产利用率和产量。其他需要优先解决的问题还包括改进质量以及减少变化、错误和浪费，同时最大化地满足材料的可追溯性及相关法律法规的履行。这些企业最终渴望去实现一个敏捷制造的环境。伴随着物联网、工业4.0和数字技术的不断发展，企业应对这些挑战的解决方案我们现在可以直接找到。在这里我们将研究如何将技术应用于横向和垂直价值链。我们认为今天大多数的数字系统并不是完全集成的。公司、供应商和客户并没有紧密的联系。工程、生产和服务等部门也不例外。从企业到工厂底层的功能没有完全整合。甚至工程本身（从产品到工厂到自动化）都缺乏完整的集成。但是凭借数字化和工业4.0，公司、部门、职能和能力将变得更具凝聚力，跨公司、通用数据集成网络将不断进化，并实现真正意义上的自动化价值链。
图1数字化有助于建立一个坚实的过程数据采集平台。
那么，我们应该如何利用数字化来确保公司、部门、职能和能力变得更具凝聚力？如何更好地整合横向和垂直价值链？参见图1。如何确保跨公司、通用数据集成网络进化并实现真正的自动化价值链？最重要的是，要如何通过所有这些工作来解决上述的六个行业挑战？
数字化有助于建立一个坚实的过程数据采集平台。这通过确保过程数据被用于整个工厂的管理决策来解决垂直整合。横向集成将工厂连接到数字世界，连接供应商和客户。
我们的出发点是准确理解自动化意味着什么，以及不同的过程控制水平如何影响整个制糖生产设施中发现的横向和垂直价值链。
理解自动化
自动化有助于执行连续和重复的操作，消除原本需要的手动操作。制糖生产过程中的自动化可以实现高产量、单一形式的质量和工厂的高利用率，同时减少能量损耗和对环境的影响。
通常有三种类型的自动化：
-监控和数据采集（SCADA）：涵盖对强大的远程通信有严苛要求，但对高速传输和计算能力需求不高的网络自动化应用。
-可编程逻辑控制器（PLC）：针对工厂自动化应用，具有高速要求和许多离散I/O通信通道。
-分布式控制系统（DCS）：应用于需要高计算能力的过程自动化应用。这里有两种DCS的变体，即核心自动化和扩展自动化。核心自动化可以灵活扩展且易于使用，主要面向中小型规模操作的应用。扩展自动化可以为用户提供超越DCS的经典控制范围，涉及更多丰富的信息，并且可以将电信、视频和/或工厂的供电侧集成到自动化过程中。
此外，自动化还基于以下三类现场设备：
测量产品：就好像是工厂操作的眼睛和耳朵。
执行产品：诸如电机和传动，就像是肌肉一样可以在现场完成某些工作。
控制系统：就如同是工厂的大脑和神经系统。
为了开发企业和控制系统之间的自动化接口，我们引入了ANSI/ISA-95标准，并将其应用于所有行业和各种过程，如批处理、连续和重复。ISA-95标准的目的是提供一致的数据，这是实现供应商与制造商通信的基础。
ISA-95有五个级别（0级-4级），如图2所示。
图2ISA-95模型。
ISA-95自动化级别
0级（现场级）-定义实际物理过程并包含现场设备，如流量和温度传感器及诸如控制阀之类的最终控制元件。
1级（直接控制）-定义感知和操作物理过程所涉及的活动，是PLC系统和控制器以及完整的过程控制器的传统仪器级。它包含了输入/输出（I/O）模块及其相关的分布式电子控制器。
2级（工厂监视）-定义监测和控制物理过程的活动。它包括用于优化产量的子过程工厂控制，通常使用先进的传感器或直接在该过程中的自动分析仪。PLC、SCADA和DCS在这里操作，从1级采集所有的过程数据。
3级（生产控制）-定义工作流程的活动以及生产所需的最终产品。它不直接控制过程，而是监控生产和目标。它包括整个工厂的生产协调系统，最大限度地降低成本和最大化产量和质量控制。通常，这些是通过制造执行系统（MES）来管理的，MES实时分析和控制生产过程中的各种元素（例如：人员、输入、设备）。这有助于决策者了解如何优化每个工厂的现有条件来提高产量。这就是制造运营管理（MOM）解决方案发挥作用的地方。制造运营管理（MOM）是一个综合的、可扩展的、模块化的套件，包括过程智能、制造执行、生产智能和生产优化。使用来自2级的数据，MOM进行历史趋势分析和关键性能指标的分析。
4级（生产调度）-定义了管理一个制造企业所需的与业务相关的活动。它涵盖了企业资源计划（ERP）系统，并通过允许公司在多个地理分散的生产现场管理类似的变量，同时也实现了许多后台功能的自动化，将其纳入下一个层次。ERP将数据传递到3级，然后将其转化为2级的动作。
数据传输
图3制糖工业中产品与解决方案的数据交换。
图3展示了如何将上述ISA-95模型应用于制糖工业的实际例子。在0级和1级之间交换实时数据。过程数据被传送到2级的监视和控制（表现为材料接收到发送出货）。同时，第3级（由MES和MOM表示）组织和分析数据，并以更容易做出业务决策的形式呈现。这里已经集成了操作技术（OT）和信息技术（IT）数据。3级和4级之间的数据共享（ERP所代表的）通常是资源（人员、设备和材料）、生产能力（可供使用的）、产品定义（如何制造产品）、生产计划（生产和使用什么）和生产性能（什么被制造和使用了）。第4级共享这个OT/IT用于横向集成。
图4建议逐步实施MOM项目。
MOM是一个模块化系统，这样客户就可以选择要执行的模块。MOM包含许多功能，但不是所有功能都是用户在一开始时就全部需要的。图4显示了ABB的建议，基于经验和客户反馈，逐步构建MOM各阶段。在第一阶段，建议使用OEE和停机时间管理模块。这意味着首先在MOM功能模块内实现最基本的数据采集类型，并随着需求的增长而扩展MOM。例如，KPI仪表盘、OEE和停机时间管理相对容易实现，并通常在投资回报方面更容易证明。同时他们还为以后添加其他功能模块提供了坚实的基础。
MOM对制糖生产过程的影响是巨大的。下面的表1给出了一些挑战、特点和受益的样本。
表1MOM对制糖生产的影响。
制糖应用库
在ISA-95模型中的2级是DCS，其中许多都是制糖工业的专用软件。例如，ABB的制糖应用库。通过它解锁了应用制糖工业每个工作职能的数据：从关注利润的管理人员到关键高峰季节连续生产的维修团队。
制糖应用是一个完整的、一致和全面的软件数据库，针对所有的制糖工艺应用，从甜菜和甘蔗延伸到精制糖。它满足所有工艺区域的要求，包括原料处理、净化、蒸发、结晶、糖化等工序。同时还包括生物质发电厂、乙醇和水处理在内的所有公用设施。
它是建立在与主要工艺设备供应商和制糖生产商的合作所获得的知识基础上的。这确保了最新的过程控制理念被纳入到应用库中。一个典型的例子就是具有高性能人机界面（HMI）的真空批处理罐的应用库。如图-5所示。左侧的图形显示了模型识别，以便更好的视觉监控。这一最新的最佳实践方法允许操作员可以直观地监视系统中的控制对象。模式识别相比数字显示、偏差条和趋势更加有效，可以使操作员能够在使用大量数据的同时更加轻松地验证稳定状态。
图-5：真空批处理罐的应用库的图形界面使操作员能够提高操作效率，同时减少操作错误
下面的图显示了制糖应用库的高性能HMI，专注于推进操作员的状态感知和他们对异常情况的正确有效的响应。应用库包含了用于控制和监视的各种组件。每个组件都是完整的功能单元，随时可以使用，并且可以适应特定的用户需求或工艺要求。
特别重要的是，DCS和MOM以及制糖应用库的结合可以帮助用户有效解决本文开头描述的六个挑战。它通过汇集信息技术（IT）和操作技术（OT）来实现这一目标。
这种数字化组合为用户提供了最先进的自动化平台，这是第一次实现同时优化制糖厂设备的工艺和电气控制。与自动化供应商合作，制糖生产商可以设计出一个定义良好的自动化策略，确保工艺控制系统、自动化和通信、电气和变速驱动技术以及信息技术实现有效地协同工作。
此外，从制糖生产过程中产生的大量数据，用户现在可以将其转化为有意义的信息，适合于特定的工作角色。这直接实现了工厂的高效性、灵活性和对环境的保护。
在制糖工业中，很少有数字系统是完全集成的。公司、供应商和客户没有紧密的联系，工程、生产和服务等部门并不总是有效地相互沟通。然而，只有在每个人都谈论相同的数字语言的情况下，才能实现敏捷制造的需求，即生产能够适应特定的客户需求。
MOM为用户带来了整个制糖生产过程的端到端的可视化。它是一个可扩展的模块化套件，通过完全的集成操作提供了各种工厂利益相关者的有效决策和可靠的精益生产执行。它包含了丰富的、现成的功能，以及易于配置的模块，以满足特定的行业需求。
