连接工厂和企业:将自动化提升到一个新的水平

栏: 什么时候不自动化

三菱电机公司(MELCO)最近接待了来自欧洲各地的记者和来自北美的记者，独家参观了几家高度自动化的日本工业工厂。本文将介绍我们发现的最先进的自动化技术，以及日本工业自动化工程师如何将车间与企业级网络连接起来。

任何世界级的制造企业实际上都是由许多元素组成的单一系统。在计算机出现之前，制造和行政层面的要素通过书面记录紧密联系在一起。然而，由于企业的不同部分已经实现了计算机化，企业和车间业务要素之间出现了脱节。或者，更准确地说，随着企业和车间系统的发展，它们之间的联系没有跟上步伐，留下了一个有待弥合的鸿沟。

根据新濠国际名古屋工厂控制器市场部经理Satoshi Takeda的说法，目前制造企业的网络在由信息技术(IT)部门操作的企业管理系统和车间生产管理系统之间表现出脱节。

从历史上看，业务系统集成是独立于自动化系统集成而发展的。在企业层面，网络包括在信息技术部门的支持下，开发由个人电脑和工作站组成的大型内部网。这些内部网通过精心构建和维护的防火墙直接连接到万维网。

另一方面，在车间层面，单个自动化机器独立运行，通过许多工厂自动化网络协议共享数据或控制信号。目前全球工厂自动化工程师面临的挑战是将车间自动化孤岛集成在一起并集成到企业级内部网中。

目前车间自动化水平在世界一流的运营中是相当完善的。朝日啤酒在日本大阪的Suita啤酒厂就是一个很好的例子。像大多数生产设施一样，这家啤酒厂的工厂自动化网络是分层组织的。

在最低层次上，单个机器充当完整的工作单元。每台机器都有自己的模拟和数字传感器来监测过程变量，如温度。来自这些传感器的值是由可编程逻辑控制器(plc)编排的控制循环的起点。plc提供执行器控制信号，例如打开或关闭加热器。这是现场总线级别，朝日啤酒厂通过CC-Link运行。

世界级的设施使用分层网络，以保持运营顺利进行。

在下一层，啤酒厂使用以太网将各个plc与监控和数据采集(SCADA)系统连接在一起。SCADA系统的主要功能是为管理审查和存档收集过程和生产数据;提供控制信息，以保持所有单独的工作单元的协调;监控整个行动是否有异常需要人工干预。

如果需要人工干预，SCADA系统会通过无线通信发出警报和指令。Suita啤酒厂工程部经理Yutaka Henmi表示:“我们已经完全采用无线技术，因为我们不想让技术人员受制于固定线路。”“每个技术人员都携带一部手机，SCADA系统可以拨打。它还可以发送关于问题的详细信息和如何解决问题的说明的短信。”

此外，每个移动单元还配备了全球定位系统(GPS)。Henmi说:“由于我们只有这么少的工人负责这么大的区域，我们必须能够跟踪每个工人的位置，并随时与他们交换信息。”“通过直接连接到我们的SCADA系统的gps无线链接，工人们相信他们并不孤单，即使在工厂最偏远的地方。”

下一阶段

虽然世界一流的制造企业已经通过SCADA级别的网络将早期的自动化孤岛连接在一起，但与企业级的通信联系仍然存在问题。三菱武田表示，问题在于现有的制造执行系统(MES)使用经典的“网关”架构。为了访问这些重要数据，管理层必须手动创建对集中并归档这些数据的SQL数据库的查询。

随着制造业务规模的扩大和产生的数据越来越多，这样的系统就会陷入困境。网关体系结构的开发和维护也非常昂贵。要通过的系统级别太多，很难将原始控制数据集成到服务器端过程中。其结果是工厂管理不能实时运行。

名古屋工场开创了一种被称为“e-Factory”的集成方法，它用“MES接口模块”(MIM)填补了空白。该模块是运行在pc级计算机上的软件系统，通过以太网与企业和车间网络通信。MIM软件可以直接驻留在三菱Q系列PLC背板上，在那里它可以直接访问现场总线级PLC在正常操作过程中产生的过程数据。自动实时抓取数据，并直接上传到企业级MES数据库。在那里，MES应用程序可以立即使用它，使工厂操作与企业目标保持一致。

例如，SCADA系统可以协调组件a和B的生产线速度，将a和B组合成组件C的装配线，最大限度地提高生产率，同时最大限度地减少在制品库存。然而，如果来了一个大订单怎么办?管理层希望加快这三条生产线的速度，但是，由于目前缺乏对车间发生的情况的实时可见性，他们真的不知道自己是否能做到。

e-Factory系统提供了实时可见性，因此管理层可以看到，如果工厂以80%的产能运行，那么将产能提高到90%，就可以快速完成订单，而不会延迟向其他客户发货。

缺乏这种可见性，企业无法在不维持昂贵的成品库存的情况下对客户需求的变化做出快速反应。库存代表了一种休眠的资本投资，这增加了股东们非常关心的投资回报率(ROI)计算的基础。

难怪像三菱和朝日这样的大型世界级企业的管理团队如此热衷于将自动化扩展到整个运营中。将企业资源规划(ERP)和制造执行系统实时连接到车间自动化对企业的运营效率有很强的积极影响。更高效的运营可以更好地利用资源，并对不断变化的业务环境做出更快的反应。

作者信息

C.G. Masi是一名高级编辑控制工程。与他联络:charlie.masi@reedbusiness.com

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