2017年8月2日再次成為人們慶祝所謂地球過載日的日子。據(jù)生態(tài)新聞稱，到這一天，世界上的人們消耗掉了地球可供全球人口全年使用的可持續(xù)性利用資源的總量，也就是消耗掉了全球全年可再生能源的總和。與去年相比，今年的地球過載日提前了6天。地球過載繼續(xù)加劇。這不只關(guān)系到我們的后代，而且由于生產(chǎn)成本方面的原因，節(jié)省資源和能源也非常重要。
圖1 在意大利的馬賽拉蒂汽車公司，能源和資源效益對(duì)市場競爭起著決定性的作用：“由于采用了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），該公司在產(chǎn)品保持高質(zhì)量的前提下比以前多生產(chǎn)3倍的小客車。”
那么，在生產(chǎn)中有什么樣的節(jié)省資源和能源的可能性呢?坐落在Monsbach的MPDV有限公司的總經(jīng)理Jürgen Kletti博士對(duì)此作出了回答，他說：“總而言之，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、如MPDV有限公司的Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)支持制造企業(yè)更加高效的進(jìn)行生產(chǎn)，如能夠?qū)⑸a(chǎn)的廢品進(jìn)行分類。通過這種方法可識(shí)別廢品的經(jīng)常出現(xiàn)率，并有針對(duì)性的加以避免。這樣，由于順應(yīng)趨勢，所以能夠生產(chǎn)更多的合格件，從而節(jié)省材料。”
另一個(gè)例子是分析機(jī)器的停機(jī)原因：“在此，可查明經(jīng)常導(dǎo)致生產(chǎn)流程中斷的原因。機(jī)器停機(jī)時(shí)間短則意味著生產(chǎn)時(shí)間較短，由此耗能較少，大多數(shù)機(jī)器在待用時(shí)還在耗能。除此之外，還有很多關(guān)于制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)能夠以不同的方式發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的浪費(fèi)并支持消除這些浪費(fèi)的其他例子。”
圖2 該圖形顯示出能耗與機(jī)器狀態(tài)的相互關(guān)系
據(jù)稱，MPDV有限公司的Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的用戶積累了足夠的提高生產(chǎn)能源和資源效益方面的經(jīng)驗(yàn)。Jürgen Kletti總經(jīng)理說：“除此之外，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的準(zhǔn)確意義和目的是提高管理(Shopfloor)透明度。”他接著說，“現(xiàn)在，Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)已經(jīng)在世界范圍內(nèi)為用戶安裝了1000多次。在生產(chǎn)中節(jié)能效益的高低在很大程度上取決于用戶引入Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)前的生產(chǎn)效益如何。通常，引入Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)后，用戶的生產(chǎn)效益會(huì)提高5～25%。”
除此之外，引入Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)后不僅能夠節(jié)省生產(chǎn)原材料，而且還能夠節(jié)能。Jürgen Kletti解釋說：“這關(guān)系到兩個(gè)方面，Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)一方面能夠探測機(jī)器和設(shè)備的能耗、探測作業(yè)加工，并由此弄清節(jié)能的潛在可能性。另一方面，采用Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)還能夠使生產(chǎn)減少廢品和縮短機(jī)器的停機(jī)時(shí)間，從而降低能耗，以消耗較少的能生產(chǎn)出一個(gè)確定量的產(chǎn)品。”
Jürgen Kletti還列舉了一個(gè)用戶例子：他說：“我們?yōu)镽uch Novaplasts 塑料加工公司引入了能源管理技術(shù)。該公司在生產(chǎn)流程中既消耗蒸汽，也消耗壓縮空氣。Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)探測每臺(tái)機(jī)器的蒸汽和壓縮空氣消耗量，并將這些值與合單合同給定的規(guī)定值進(jìn)行比較。”他這樣說，如果出現(xiàn)蒸汽和壓縮空氣消耗量增多的問題，控制系統(tǒng)便進(jìn)行檢測，從而查找出哪里存在泄漏問題。借助于Hydra制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，人們能夠明顯較早辨認(rèn)出泄漏。“Ruch Novaplasts塑料加工公司以這種方式大大降低了用于生產(chǎn)的壓縮空氣和蒸汽的能耗。” Jürgen Kletti說，該用戶不愿具體透露所降低的用于生產(chǎn)壓縮空氣和蒸汽的能耗具體數(shù)據(jù)。
圖6 車間管理工具Shopfloor Management Cycle的目標(biāo)是提高的企業(yè)的總績效
現(xiàn)在評(píng)估能耗的數(shù)據(jù)
因?yàn)樵贖ydra EMG制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最佳化，所以現(xiàn)在Hydra EMG制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的用戶可期待對(duì)能耗的數(shù)據(jù)，尤其是大量能耗的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效評(píng)估。由此確定具體到某個(gè)工位的關(guān)系到該工位機(jī)器狀況的能耗情況。例如，這能夠?qū)ιa(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)、生產(chǎn)期間或是機(jī)器保養(yǎng)時(shí)進(jìn)行差異性能耗評(píng)估。Hydra EMG制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的另一創(chuàng)新是，分解一個(gè)給定的時(shí)間間隔內(nèi)的能耗量，并給出總和、平均值和極限值。
用制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)進(jìn)行能源管理
據(jù)MPDV有限公司稱，將能耗的探測集成進(jìn)一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)里有很多好處：制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的用戶除了合同定單和機(jī)器設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)中的能耗進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析外，還能夠使用現(xiàn)有探測方法和能源數(shù)據(jù)界面。MPDV有限公司稱，由此，制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的用戶既可在引入制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)時(shí)也可在企業(yè)運(yùn)行過程中降低能源成本。
西門子公司旗下PLM工業(yè)軟件駐意大利熱那亞的制造業(yè)運(yùn)行管理和營銷副總裁Raffaello Lepratti也對(duì)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)深信不疑，他說：“制造執(zhí)行系統(tǒng)(ME-System)能夠?qū)υO(shè)備和資源效益作出重要的貢獻(xiàn)。尤其是，當(dāng)制造執(zhí)行系統(tǒng)(ME-System)作為流程虛擬化(digitale Zwilling)的組成部分進(jìn)行使用時(shí)更是如此，這樣，能夠準(zhǔn)確虛擬的呈現(xiàn)產(chǎn)品，虛擬呈現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。制造執(zhí)行系統(tǒng)(ME-System)控制著實(shí)際生產(chǎn)，并使其效率達(dá)到最佳化。在此，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度越高，制造生產(chǎn)改善的潛力便越大。”
制造執(zhí)行系統(tǒng)(ME-System)是對(duì)流程虛擬化(digitale Zwilling)的補(bǔ)充
Raffaello Lepratti說，制造執(zhí)行系統(tǒng)(ME-System)在制造業(yè)工廠里的應(yīng)用在不斷增加，這樣便會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)一個(gè)需要的產(chǎn)品生產(chǎn)制造的大數(shù)據(jù)池。此時(shí)，數(shù)據(jù)收集不再是手工式的和記錄在紙上的，而是越來越多數(shù)字化的。這就得使用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，和使用可編程邏輯控制器(PLC)、測量傳感器、壓力測量器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備。“這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)回到虛擬世界里。這樣，如在生產(chǎn)中，在現(xiàn)實(shí)世界中，一個(gè)安裝作業(yè)線里有一個(gè)問題，那么虛擬世界里工作指令便會(huì)有一個(gè)改變。”這便是一個(gè)規(guī)劃生產(chǎn)流程的優(yōu)化措施。在此，來自實(shí)際世界的數(shù)據(jù)流入虛擬世界，這些數(shù)據(jù)有助于更加準(zhǔn)確的呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界，并有助于現(xiàn)實(shí)世界的改善和閉合循環(huán)。
根據(jù)LNS Research的結(jié)論，有43%的企業(yè)將分析儀器(Analytik)看成是一個(gè)持續(xù)改善流程的基礎(chǔ)。然而，這些企業(yè)中只有20%的企業(yè)是在生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析評(píng)估的基礎(chǔ)上使用實(shí)時(shí)警告的。
圖7 博世（Bosch）公司包裝技術(shù)部門理事會(huì)主席Stefan K?nig博士說：“人在博世（Bosch）公司的所有工業(yè)4.0應(yīng)用中是核心。在日常工作中給機(jī)器設(shè)備操作人員以及維修保養(yǎng)人員以最大的支持，并使他們能夠更快和更加高效的完成自己的工作任務(wù)
Raffaello Lepratti相信，“一個(gè)設(shè)備績效管理能夠提供具體的和相對(duì)短期的優(yōu)勢，并能夠很好的由此使企業(yè)沿著數(shù)字化的方向向前邁進(jìn)一步。這是由于，這呈現(xiàn)了一個(gè)使決策者相信設(shè)備績效管理的強(qiáng)有力的論據(jù)”。據(jù)Raffaello Lepratti稱，在意大利的馬賽拉蒂汽車公司，能源和資源效益對(duì)市場競爭起著決定性的作用：“由于采用了制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)，該公司在產(chǎn)品保持高質(zhì)量的前提下比以前多生產(chǎn)3倍的小客車。”Raffaello Lepratti說，在位于德國Amberg的一家西門子公司的工廠里和位于中國成都的一家西門子公司的工廠里，用制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)控制整個(gè)生產(chǎn)流程。在那里所收集的數(shù)據(jù)成了數(shù)字化的基礎(chǔ)。位于德國Amberg的這家西門子公司的工廠的全部設(shè)備效益達(dá)75%，此外還減少了20%的產(chǎn)能過剩。他肯定的說：“這樣，如果能夠準(zhǔn)確分析工廠的核心生產(chǎn)流程，并能夠逐步加以改進(jìn)的話，那么工廠便能夠?qū)崿F(xiàn)增值。”
更多的機(jī)器使用相同的刀具
位于德國伊蘇姆(Issum)的Fastems System有限公司的總經(jīng)理Heikki Hallila信誓旦旦的說，如果涉及到生產(chǎn)制造浪費(fèi)低，那么“這里有一個(gè)在生產(chǎn)中節(jié)省資源的好例子，那就是將Fastems System有限公司的產(chǎn)品制造管理軟件(MMS)用于自動(dòng)化生產(chǎn)流程的規(guī)劃、控制、可視化和監(jiān)控。該軟件借助于實(shí)際的合同訂單和生產(chǎn)狀況規(guī)劃供生產(chǎn)所需的全部資源，”在將工具管理(Tool – Management)集成進(jìn)一個(gè)產(chǎn)品制造管理軟件(MMS)的基礎(chǔ)上，可與一個(gè)總刀具儲(chǔ)放器協(xié)調(diào)互動(dòng)，使得多部機(jī)床可使用同樣的刀具。”Fastems System有限公司稱刀具儲(chǔ)放器(CTS)為中央(Central)刀具(Tool)站(Station)。據(jù)Heikki Hallila稱，這樣，便可不再為購置價(jià)格昂貴的同樣的刀具而投資。除此之外，當(dāng)機(jī)床為現(xiàn)有的加工制造任務(wù)沒有足夠的刀具儲(chǔ)放位置時(shí)，這種方法便更具優(yōu)勢。
圖8 該生產(chǎn)管理系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)實(shí)的合同定單-和全部為此所需要的現(xiàn)有資源來規(guī)劃生產(chǎn)
Fastems System有限公司的總經(jīng)理Heikki Hallila這樣說：“有很多用戶積累了使用刀具儲(chǔ)放器(CTS)節(jié)能的正面經(jīng)驗(yàn)。誠然，這些經(jīng)驗(yàn)總與個(gè)案的具體生產(chǎn)狀況相關(guān)，因此不能作為較為準(zhǔn)確的論證。”在涉及到使用產(chǎn)品制造管理軟件(MMS)能夠節(jié)能方面，在此之前他還是持懷疑態(tài)度。他說;“決定采用Fastems System有限公司的靈活的生產(chǎn)制造系統(tǒng)的客戶們首先是關(guān)注到由于生產(chǎn)制造的靈活性的提高，從而能夠從該系統(tǒng)提高生產(chǎn)力中明顯獲益。至少對(duì)我來說，還不知道除了使用產(chǎn)品制造管理軟件(MMS)能夠提高生產(chǎn)力外，還有別的這方面的具體實(shí)例。”
生產(chǎn)制造的透明度是確保企業(yè)績效(OEE)高的基本前提。而使用博世(Bosch)公司的控制和分析工具，也就是車間管理(Shopfloor Management Cycle)(SMC)的目的恰恰是提高生產(chǎn)制造的透明度。采用該控制和分析工具可捆綁式和透明的呈現(xiàn)企業(yè)運(yùn)行和機(jī)器數(shù)據(jù)，企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)責(zé)人可探測現(xiàn)實(shí)實(shí)際的企業(yè)績效(OEE)。為此，企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)責(zé)人可借助于控制和分析工具SMC即車間管理(Shopfloor Management Cycle)對(duì)生產(chǎn)制造的產(chǎn)品件數(shù)、生產(chǎn)節(jié)奏或周期的額定和實(shí)際狀態(tài)來進(jìn)行分析對(duì)比，并將分析對(duì)比的結(jié)果一目了然的顯示出來，如以帕累托圖的形式顯示出來。如設(shè)備停機(jī)或有生產(chǎn)的產(chǎn)品堵塞之類的缺陷則可在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上很容易進(jìn)行識(shí)別，且能夠相對(duì)快速的加以排除。這樣便有利于優(yōu)化生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)流程。博世(Bosch)公司包裝技術(shù)部門理事會(huì)主席Stefan K?nig博士說：“由于有輔助的‘管理視圖’功能，企業(yè)的生產(chǎn)負(fù)責(zé)人除了能夠了解他的生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀外，還能夠掌握多個(gè)生產(chǎn)地點(diǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)狀。”
采用博世(Bosch)公司的能源監(jiān)控技術(shù)可全面掌握生產(chǎn)的總能耗。采用相應(yīng)的傳感器來檢測電或壓縮空氣的消耗量。所測得的數(shù)據(jù)在一個(gè)能源(Energy)控制(Monitoring)平臺(tái)進(jìn)行加工處理，并一覽無余的呈現(xiàn)出來。這樣，人們便能夠識(shí)別波動(dòng)、高峰負(fù)荷和不規(guī)律性，并且能夠推導(dǎo)出節(jié)能和節(jié)省成本的潛在可能性。除此之外，博世(Bosch)公司能源監(jiān)控技術(shù)的用戶還能夠全面掌握企業(yè)每臺(tái)機(jī)器設(shè)備的能耗情況，他們能夠觀測到，哪里消耗了多余的能、或是沒有足夠充分利用某臺(tái)機(jī)器設(shè)備。此外，采用博世(Bosch)公司能源監(jiān)控技術(shù)，當(dāng)一臺(tái)機(jī)器由于產(chǎn)生泄露而明顯的多消耗壓縮空氣時(shí)，人們還能快速識(shí)別故障。這樣，工作人員便能夠節(jié)省查找機(jī)器故障的時(shí)間，避免不必要的能耗成本，并提高機(jī)器設(shè)備的利用率和效率。
發(fā)展仍在繼續(xù)
博世(Bosch)公司包裝技術(shù)部門理事會(huì)主席Stefan K?nig博士說：“除了研發(fā)工業(yè)4.0技術(shù)外，我們還在繼續(xù)研發(fā)未來網(wǎng)絡(luò)工廠的新技術(shù)解決方案。”他說，“在不遠(yuǎn)的將來，我們將給機(jī)器帶來更多智能，這樣，機(jī)器便能夠自主的適應(yīng)變化，從而避免故障和排除故障。”例如，一臺(tái)垂直作業(yè)的包裝機(jī)，通過一個(gè)智能傳感器便能精準(zhǔn)探測到包裝產(chǎn)品的跌落。在出現(xiàn)產(chǎn)品跌落時(shí)，該臺(tái)機(jī)器便能夠相應(yīng)的自動(dòng)用封閉包裝動(dòng)作來配合組合式稱重器的作業(yè)。Stefan K?nig博士說：“由此，人們便不需要在十字縫里對(duì)該跌落的產(chǎn)品進(jìn)行封閉包裝，這樣，便能夠使該臺(tái)包裝機(jī)的作業(yè)速度達(dá)到最大化。從而使生產(chǎn)力上了一個(gè)新的層次。”
