为自动化构建可追溯性4.0基础

可追溯性4.0见解

• 更容易的可追溯性源于机器视觉与工业物联网(IIoT)相结合等技术的进步，使制造更加灵活。
• 虽然生产更加灵活，但可追溯性仍然依赖于标记、读取、验证和通信(MVRC)模型，以帮助确保可追溯过程的顺利进行。

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可追溯性在自动化领域被广泛应用，这是有充分理由的。收集和记录正在进行特定制造操作的在制品或通过供应链的成品的位置和时间的数据的能力，对于确保质量、识别瓶颈和最大限度地减少召回期间的产品浪费至关重要。

例如，在食品和饮料行业，可追溯性消耗了从农民到包装商和生产者到零售商和另一端的消费者的整个供应链。

随着机器视觉和工业物联网(IIoT)等技术的进步，可追溯性现在与柔性制造的下一代解决方案交织在一起，迎来了一个被称为“可追溯4.0”的时代。

案件的可追溯性更强，更容易

另一个经常用于可追溯性的术语是“跟踪、跟踪和控制”。制造商想知道产品在更广泛的生产或分销环境中的位置。制造商还想知道产品在当前生产点之前发生了什么。如果有关于组件组装、系统检查和质量测试的信息，制造商可以更有效地确定下一步的步骤。

可追溯性是为制造环境带来真正透明度的最关键的策略之一。

实施可追溯性的原因包括内部因素和外部因素。内部驱动因素包括制造灵活性、整体设备效率(OEE)和产品兼容性，而外部驱动因素包括法规遵从性、行业标准和客户要求。可追溯性使企业可以使用来自生产线和供应链的实时数据做出决策。

了解一个完整的可追溯性解决方案的构成

构建端到端可跟踪解决方案似乎令人生畏。制造商经常在制造过程中的每一个关键步骤都要标记大量的零件和组件，并读取这些标记。工业4.0带来了预测性维护、远程监控、通信技术和5G网络等新趋势，所有这些都需要与可追溯系统连接才能有效运行。尽管这提高了性能，但也会使事情变得更复杂。

为了最大限度地发挥工业4.0解决方案的好处，可以将可追溯性视为一个并行过程，它已经进化到与自动化世界的扩展功能相匹配。

今天，许多实施可追溯性解决方案的制造商被迫这样做，以遵守特定的行业法规要求。许多行业都需要跟踪控制和文档。食物及饮品(食品安全现代化法案)、生命科学(唯一设备标识)及汽车(汽车工业行动小组)都要求制造商能够正确识别组件中的每个组件。他们还要求制造商保留这些商品的记录，以防未来出现任何产品安全召回问题。

在大多数情况下，出于遵从性目的而开始追溯旅程的制造商倾向于满足这些特定的需求并就此停止。这一阶段被称为可追溯性3.0，包括商品标记和生产和组装数据的存储，以备将来参考。然而，在这一点上结束可追溯之旅将限制通过数据汇总和分析实现提高制造透明度的潜力。

可追溯性4.0:标记、验证、读取、交流

下一个阶段是可追溯性4.0阶段。

可追溯性4.0建立在可追溯性3.0的基础上，但更加关注实时使用的数据，以改善工厂决策。可追溯性4.0提高了流程的可见性，并指出了优化的方向。

虽然可追溯性4.0比以前的阶段涉及更多的数据，但它仍然可以归结为一些具体的实现步骤，这在“MVRC”概念中概述。MVRC代表“标记、验证、读取和交流”。

马克:给每个零件和组件一个唯一的标识符

可追溯性的基础是识别部件。制造商需要为应用选择正确的标记/印刷工艺和工艺参数。为了确保标记本身与携带它们的物体不可分割，制造商通常使用所谓的直接零件标记(dpm)——在给定零件上蚀刻、打印或以其他方式直接标记的条形码。

虽然喷墨打印有时用于dpm，但那些预计会持续几年甚至几十年的dpm应该使用更永久的方法。激光打标是一种高分辨率和高持久性相结合的方法。来自激光的聚焦光与零件表面材料相互作用，产生一个足够耐用的标记，以抵抗磨损、高温和酸性，但也足够细腻，以产生清晰的1号字体字母。激光打标具有成本效益，因为它速度快，不使用墨水或电解液等消耗品。

验证:确保标记准确、易读

标记后，重要的是要确保信息正确，符合所有必要的监管标准，标记坚固耐用。为了确保条形码一开始就具有高质量，可追溯系统应该包括一个步骤，根据fda制定的标准对其进行审查国际标准化组织(ISO)。

条形码验证不仅仅是验证扫描仪和图像可以读取代码。这是一个复杂的过程，它根据几个关键的ISO标准(如用于dpm的ISO/IEC 29158)对每个单独的代码进行分级。

对二维条形码进行分级的众多标准中，有几个是符号对比度(明暗细胞之间的强度差)、调制(整个符号中对比度变化的程度)和打印生长(一种细胞类型比另一种细胞类型大或小的程度)。由于今天的激光打标技术能力，提供只有几微米的分辨率，制造商有更多的代码放置选择比以往任何时候。

阅读:获取在制品每一步的数据

一旦零件被标记，并且代码被验证为高质量，制造商需要确保他们的系统可以在整个生产过程中的关键节点读取这些代码。这种跟踪提供的好处是巨大的。代码捕获和随后的数据分析有助于优化制造，识别特定机器的问题，并确保所有部件都经过了每个制造步骤。

更多的代码阅读意味着全面、实时的可追溯性和更多用于优化流程的数据。在一些行业中，装配信息包含在dpm中，因此条形码读取技术成为整个制造过程的重要组成部分。

沟通:向需要的系统发送有意义的数据

实现一个完整的可追溯性4.0解决方案的最终目标是利用数据实时做出明智的决策。一个常见的制造操作包括四个层次:

• 1级-厂房层(设备/硬件/设备)
• 2级-监控级(SCADA/PLC，监控和数据采集/可编程逻辑控制器)
• Level 3 -制造操作级别(MES，制造执行系统)
• 第4级——企业级(ERP、企业资源规划、云)。

仅仅收集可追溯性数据是不够的——它需要在相关系统之间使用兼容的格式进行通信。制造商需要找到在其制造企业的所有级别之间通信数据的方法。通过向多个系统共享和通信数据的能力，制造商可以找到新的机会来做出明智的决策并预测未来的趋势。控制器和网关可以在生产车间用作数据聚合器，收集可追溯性数据，并使用各种数据协议将这些数据传递给多个消费者。消息队列遥测传输(MQTT)、OPC UA和结构化查询语言(SQL)是目前可以使用网关进行通信的安全数据协议的例子。将这些数据与制造生态系统中的其他信息合并可以帮助提供更全面的视图，并导致更明智的决策。

将生产车间制造数据与来自质量、采购、计划和供应链的其他数据相结合，可以增强工作流程和灵活性。使用兼容协议与消费者共享这些数据的能力对于任何数字化转型之旅的成功都至关重要。

可追溯性4.0如何帮助提高质量意识

随着机器视觉、数据通信和DPM技术的不断发展，制造商将拥有一个灵活的工具包来构建真正的工业4.0可追溯解决方案。将这些技术捆绑到一个系统中，将有助于制造商提高质量意识，并实时响应问题。产品、机器和过程数据的聚合提供了改善制造操作所需的原始数字材料。

Eric Henefield全球主管，可追溯性解决方案业务欧姆龙自动化．由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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