我們很少會(huì)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化流程和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化而去重新設(shè)計(jì)和改造工廠。而恰恰是德國(guó)的中型企業(yè)在當(dāng)?shù)氐睦蠌S擁有參差不齊的設(shè)備。無(wú)論是就設(shè)備年齡還是生廠商而言，這使企業(yè)和工業(yè)4.0服務(wù)提供商都面臨著重大挑戰(zhàn)，因?yàn)槠淠繕?biāo)是逐步實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化。
中型企業(yè)常常會(huì)被籠統(tǒng)的認(rèn)為數(shù)字化轉(zhuǎn)型滯后或是難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化， 但Deloitte去年發(fā)表的中型企業(yè)工業(yè)4.0研究卻顯示中型企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展存在較大的差異。目前已有28%的企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全面網(wǎng)絡(luò)化，然而也有幾乎同等比例的企業(yè)，即29%的企業(yè)沒(méi)有完整的網(wǎng)絡(luò)。我們尚未對(duì)差異產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，這種差異也許是因?yàn)樾袠I(yè)或產(chǎn)品不同而造成的，然而想要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化最終總要面對(duì)兩個(gè)問(wèn)題：
如何對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)或改造，以使各個(gè)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來(lái)?
如何讓現(xiàn)有員工能省時(shí)且經(jīng)濟(jì)高效地完成數(shù)字過(guò)程的“安裝”?
無(wú)論在現(xiàn)在還是在未來(lái)，機(jī)械裝置和軟件的不同使用壽命對(duì)于數(shù)字化來(lái)說(shuō)都將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。例如，設(shè)備中的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)可以使用許多年，甚至高達(dá)數(shù)十年，而軟件和IT系統(tǒng)則迭代很快，這樣一來(lái)現(xiàn)在要將一個(gè)過(guò)時(shí)的工廠或生產(chǎn)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和過(guò)程數(shù)字化，就不僅需要使設(shè)備智能化，還需要將設(shè)備上的信息和數(shù)據(jù)升級(jí)到一個(gè)智能軟件，該軟件能夠在此過(guò)程中創(chuàng)造附加價(jià)值。此外現(xiàn)有的控制系統(tǒng)也需要升級(jí)或改造，所以為Retrofit解決方案而涌現(xiàn)出的大型市場(chǎng)并不令人驚訝。
傳感器網(wǎng)絡(luò)化
許多自動(dòng)化公司已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這個(gè)市場(chǎng)缺口，并且正在提供可以用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0改造的產(chǎn)品。首批出現(xiàn)的輔助工具中有來(lái)自Pepperl + Fuchs公司的Smart-Bridge智慧橋梁。較老的傳感器通過(guò)使用該適配器不僅可以將處理數(shù)據(jù)發(fā)送到控制系統(tǒng)，還可以通過(guò)藍(lán)牙與更高級(jí)別的信息系統(tǒng)進(jìn)行通信，隨后這些信息系統(tǒng)會(huì)對(duì)所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。為此，適配器會(huì)被安裝在傳感器和控制系統(tǒng)之間的布線(xiàn)中，它能在無(wú)需反饋的情況下獲取傳感器數(shù)據(jù)，并與移動(dòng)終端建立起無(wú)線(xiàn)連接。該適配器無(wú)需單獨(dú)的電源線(xiàn)，可使用通過(guò)傳感器傳導(dǎo)的電能，讀取出的傳感器數(shù)據(jù)將通過(guò)Smart-Bridge-App智慧橋應(yīng)用程序顯示在平板電腦或智能手機(jī)上，此外用戶(hù)還可以利用該應(yīng)用程序更改通過(guò)Smart-Bridge連接的傳感器的應(yīng)用參數(shù)。由于數(shù)據(jù)交換是通過(guò)藍(lán)牙連接進(jìn)行的，這樣一來(lái)便既不需要額外布線(xiàn)，也不會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。
Deloitte的調(diào)查顯示中只有49％的中型企業(yè)表示完成了與工業(yè)4.0相關(guān)的項(xiàng)目，僅84家公司提供了更詳細(xì)的信息
SKF公司Enlight Quick Collect傳感器完全無(wú)需安裝，這樣一來(lái)便可減少運(yùn)維人員的工作。該產(chǎn)品由三個(gè)部分組成，即便攜式傳感器，移動(dòng)終端和Quick Collect應(yīng)用程序。該傳感器能夠獲取設(shè)備數(shù)據(jù)，如振動(dòng)值和溫度值，并使用傳統(tǒng)的移動(dòng)技術(shù)將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)或平板電腦。安裝在傳感器上的應(yīng)用程序Quick Collect應(yīng)用程序可實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行基本分析，并及時(shí)告知用戶(hù)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。此外該應(yīng)用程序還可存儲(chǔ)用于深入分析的數(shù)據(jù)，并將相關(guān)信息傳導(dǎo)出來(lái)。
讓設(shè)備說(shuō)話(huà)
Bosch Rexroth的IoT-網(wǎng)關(guān)也可以在不干擾控制系統(tǒng)的情況下工作，即使是已經(jīng)使用了數(shù)十年的老設(shè)備也可以通過(guò)使用IoT-網(wǎng)關(guān)毫不費(fèi)力地聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)不起眼的小盒子用于執(zhí)行網(wǎng)關(guān)軟件的嵌入式控制器Indracontrol XM組成，這種結(jié)構(gòu)基于開(kāi)源軟件，這種開(kāi)源軟件以Linux作為操作系統(tǒng)，并配有能夠提供Java應(yīng)用程序的Jave虛擬機(jī)。通過(guò)Bosch的傳感器套件則可實(shí)時(shí)記錄過(guò)程數(shù)據(jù)，如溫度，壓力，振動(dòng)和功耗等。此外在聯(lián)網(wǎng)的情況下用戶(hù)可以使用集成的軟件應(yīng)用程序，如集成的設(shè)備與數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序，能輕松地對(duì)IoT-網(wǎng)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
IoT-網(wǎng)關(guān)的功能是什么?它能收集各種傳感器數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析，這些功能也適用于較舊的控制系統(tǒng)以及Beckhoff，Siemens和Rockwell的第三方控制系統(tǒng)，且無(wú)需重新編程。現(xiàn)在為了從數(shù)據(jù)中獲取信息和操作建議，這些控制系統(tǒng)將連接到現(xiàn)有的IT系統(tǒng)，例如MES和特殊的評(píng)估軟件。IoT-網(wǎng)關(guān)可憑借其高連接性像云平臺(tái)一樣輕松地與許多更高級(jí)別的IT系統(tǒng)進(jìn)行通信。
Bosch Rexroth通過(guò)對(duì)舊車(chē)床進(jìn)行改造證明即使是老舊設(shè)備也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來(lái)
Bosch Rexroth在Lohr工廠展示了這種數(shù)字化在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并將其分為五個(gè)步驟：
1.確定影響因素：例如對(duì)于優(yōu)化設(shè)備來(lái)說(shuō)某些參數(shù)很重要，這些參數(shù)會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。
2.傳感器的選擇和改裝：為了避免設(shè)備故障，設(shè)備監(jiān)控所需的信息必須由傳感器記錄下來(lái)。
3.將傳感器連接到IoT-網(wǎng)關(guān): 所收集到的傳感器數(shù)據(jù)將通過(guò)網(wǎng)關(guān)被發(fā)送到上級(jí)IT系統(tǒng)。
4.連接到更高級(jí)別的IT系統(tǒng)： 通過(guò)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序確定數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。
5.挖掘改善潛力：從所收集的數(shù)據(jù)中總是可以推導(dǎo)出用于改進(jìn)生產(chǎn)的新措施。
ZNT-Richter研發(fā)另一種改造通信接口的方法，它的PAC(過(guò)程自動(dòng)化控制器)是一個(gè)開(kāi)放式平臺(tái)，通過(guò)該平臺(tái)可將控制層連接到MES或ERP。除數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)匯總外，PAC還可以接受生產(chǎn)層的自動(dòng)化任務(wù)。
這些自動(dòng)化任務(wù)包含跨設(shè)備的生產(chǎn)控制，過(guò)程控制和優(yōu)化的集成，設(shè)備程序管理以及物料流量控制等。該平臺(tái)還可以實(shí)時(shí)減輕自動(dòng)化過(guò)程中MES層的負(fù)擔(dān)，因?yàn)楸匾獣r(shí)設(shè)備可以斷開(kāi)與MES的連接，這樣一來(lái)便可使各個(gè)設(shè)備能夠靈活地啟動(dòng)和停止循環(huán)，無(wú)需暫停整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。復(fù)雜的數(shù)據(jù)評(píng)估可以由PAC來(lái)完成，原始數(shù)據(jù)可以直接寫(xiě)入過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。
這個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)PAC將控制層與MES層和/或ERP層相連接
設(shè)備學(xué)習(xí)一門(mén)外語(yǔ)
作為互聯(lián)工廠的通信標(biāo)準(zhǔn)，OPC UA正在不斷發(fā)展，但并不是每個(gè)設(shè)備都掌握這種語(yǔ)言。Fraunhofer-IOSB的研究人員與Codewerk公司合作對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，研究成果是這種改造盒，一個(gè)即插即用立方體。該解決方案由西門(mén)子IPC“Nanobox’’和一個(gè)無(wú)需任何建模數(shù)據(jù)即可對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行描述的輔助系統(tǒng)組成。在Nanobox上有一個(gè)整合的OPC UA服務(wù)器，它將Automation-ML作為信息模型，并可以自動(dòng)連接到西門(mén)子PSP和從屬OPC UA服務(wù)器。該輔助工具是一個(gè)Windows應(yīng)用程序，它能作為插件集成到Automation ML編輯器里，可用于配置整合的OPU UA服務(wù)器。
但有時(shí)問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)在更簡(jiǎn)單的地方，例如在沒(méi)有安裝完整自動(dòng)化系統(tǒng)的情況下如何獲取控制閥的診斷數(shù)據(jù)或如何獲知產(chǎn)品的干燥過(guò)程何時(shí)結(jié)束。
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳感器和新軟件可以將一臺(tái)舊機(jī)床改造成一個(gè)現(xiàn)代化的測(cè)試臺(tái)
小變化，大改善
傳感器和安全技術(shù)制造商Turck想到了定制解決方案。控制閥是回旋制動(dòng)器的一部分，在此最重要的就是閥門(mén)是打開(kāi)還是關(guān)閉，即從驅(qū)動(dòng)閥門(mén)到出現(xiàn)閥門(mén)“閥門(mén)打開(kāi)”信號(hào)之間的時(shí)間。Turck為T(mén)PM模塊配備了“現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制器”，它可以測(cè)量打開(kāi)閥門(mén)需要的時(shí)間，并通過(guò)數(shù)據(jù)得出一些重要信息，例如用戶(hù)可以利用這些信息判斷設(shè)備何時(shí)需要維護(hù)。這些分析數(shù)據(jù)將以曲線(xiàn)的形式顯示出來(lái)，模塊會(huì)直接對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，無(wú)需安裝額外的控制單元。
Pepperl + Fuchs的Smart Bridge將設(shè)備控制系統(tǒng)上的傳感器連接到更高級(jí)別的系統(tǒng)
另外一個(gè)簡(jiǎn)單解決方案的是例子是連接器制造過(guò)程中對(duì)干燥時(shí)間的監(jiān)控。制造商沒(méi)有使烘干室自動(dòng)化，連接器的生產(chǎn)時(shí)間掌握在員工手中。 Turck只是安裝了一個(gè)信號(hào)燈，RFID讀寫(xiě)和一個(gè)小模塊，它們的任務(wù)是記錄哪個(gè)車(chē)廂何時(shí)抵達(dá)以及在站點(diǎn)停留了多久，并將這些數(shù)值與編程時(shí)設(shè)置的停頓時(shí)間進(jìn)行比較。該停頓時(shí)間取決于確保連接器質(zhì)量所需的干燥時(shí)間。在終端的信號(hào)燈處用戶(hù)可以立即看到車(chē)廂何時(shí)從車(chē)間中取出，對(duì)此無(wú)需安裝控制裝置和完整的自動(dòng)化系統(tǒng)。
Contact Software和Fraunhofer-IPK嘗試在設(shè)備改造上投入更多的時(shí)間和精力，以獲得更加全面的答案。該團(tuán)隊(duì)對(duì)機(jī)床進(jìn)行了改造。
當(dāng)然，這也是一次改建，現(xiàn)在這臺(tái)設(shè)備已經(jīng)成為測(cè)試臺(tái)。基于MEMS的傳感器網(wǎng)絡(luò)是改造的前提條件，它能獲取、收集和評(píng)估設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。此外，該設(shè)備已連接到Contact Elements平臺(tái)，這樣一來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與測(cè)試臺(tái)和測(cè)試件的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將成為一對(duì)“數(shù)字化雙胞胎”。數(shù)字化的產(chǎn)品生命周期文檔將對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)充，該文檔將記錄結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并以數(shù)字方式支持測(cè)試過(guò)程。此外，為了對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析還安裝了額外的軟件。
設(shè)備改造最終還是取決于網(wǎng)絡(luò)傳感器和同步通信。自動(dòng)化制造商和研究機(jī)構(gòu)終于開(kāi)始重視這兩大課題，并將繼續(xù)致力于為現(xiàn)有設(shè)備尋找合適的可實(shí)施的改造解決方案。
