工业4.0和物联网工具有助于简化工厂自动化

如果由于信息流不足，优化制造业生产率需要花费太多时间和精力，那么也许是时候建立一个更智能的工厂了，将用于工业4.0和工业物联网的工具和概念结合起来。这些想法被表达给控制工程而且设备工程倍福自动化公司销售和营销副总裁Aurelio Banda在12月15日发表的讲话。Banda被任命为倍福自动化有限责任公司北美业务总裁，2015年1月1日生效。[该子公司现任总裁格雷厄姆·哈里斯(Graham Harris)将担任区域管理职位，这是哈里斯自2003年以来一直担任领导职务的计划过渡的一部分。]

自动化生产力vs.网络化

Banda说，工厂自动化提高了生产力，但可能会抑制工业通信，特别是当网络通过设备到设备的连接发生时，就像许多传统的自动化系统一样。

工业4.0是欧洲提出的一个概念，旨在鼓励提高制造业生产率，它通过实时收集设备数据，并将其转化为可用于夺取市场份额和增加利润的信息，有助于推动工厂变得更智能、更有竞争力。达到这种生产力水平的自动化最具成本效益的方法是什么?制造商必须适应以更快的速度通过供应链提供更多的定制产品，否则他们的竞争对手就会这样做。当事情开始快速发展时，人们常常会担心自己被甩在后面。

Banda表示:“制造商需要迅速适应，学习如何为未来的消费者服务。”他解释说，倍福自动化通过提高实施效率和成本效益来提高利润和生产力。工业4.0中的制造业连接类似于今天大多数人对物联网的理解。

构建连接标准

OPC基金会的统一体系结构(UA)框架是在工厂层提供安全水平连接的一种方式，也是向上贯穿整个企业和供应链的一种方式。客户希望从不同的制造商购买机器，并让这些机器相互通信，而不需要复杂的网关，也不需要为整个工厂配备一个供应商。

班达说:“没有一家制造商可以包办所有的事情。“因此，制造商必须连接不同的系统，这将把公司带到他们不想去的地方。为什么不考虑一种跨平台通信的标准方式，比如OPC UA?”

3互联互通成果

Banda解释说，制造商需要考虑如何提高工业通信的效率:

1. 在提供更短的产品运行时间、更复杂的产品、更频繁的材料变更、更快的交付、不同的包装和分销组合、更好的变更预测、供应链管理和产品可追溯性的同时提高效率。
2. 提高机器正常运行时间，降低劳动力成本，节约或巩固工厂面积，提高产量，并使用更少的资本。
3. 减少废料、浪费和能源使用;简而言之，停止浪费钱。

将其付诸实践将以更低的成本带来更高的灵活性和更高的效率。全球制造业为盈利、快速和持续地适应需求提供了额外的挑战。

“通常情况下，管理层无法看到全球多个工厂的生产状况，无法衡量绩效，也无法实时改进执行。这就是物联网与工业4.0的重叠之处:以统一的方式提取数据，”Banda解释道。

柔性制造的未来

未来的制造业将包括更灵活的加工生产线和更精确、更智能、更高效的更快的机器，为企业资源规划(ERP)和制造执行系统(MES)的IT世界提供更好的连接。实现这些目标的工具包括情报设备和系统，以及分析。物联网连接这些设备，提供数据和分析。消费者希望工具能让体验变得更简单、更容易。班达认为，成为消费者身份的一部分是一个自然的过程。

班达解释说，工业4.0意味着第四代工业革命。工业1.0是第一次工业革命，由蒸汽机的广泛应用推动。工业2.0结合了传送带的大规模生产。工业3.0由电子和信息技术实现，使用计算机、数控(NC)和可编程逻辑控制器(plc)实现生产自动化。

工业4.0，作为下一步，将集成信息物理生产系统。消费者的投入决定了制造商生产产品的方式和时间。信息和通信技术(ICT)和智能自动化连接并实现嵌入式生产系统和流程的集成，创建智能的面向对象(OO)网络，从集中式模型转向分散式模型，并通过使用模型和智能软件演变为信息物理设计和仿真。班达表示，制造业需要利用供应链上的客户数据创建有关生产的信息，以做出更明智的决策。

2013年4月，工业4.0工作组指出了实施工业4.0的最大挑战，按降序排列为:标准化、流程/工作组织、产品可用性、新商业模式、安全性、缺乏专业人员、研究、培训和持续专业发展以及监管框架。

Banda指出，帮助实现工业4.0的工具包括:更好的水平和垂直通信、发现服务、垂直和水平建模信息、可伸缩性、操作系统和语言独立性、安全认证、电子签名、加密和标准的使用。OPC UA和开放数据交换协议有帮助，基于pc的控制也有帮助。以倍福自动化的可编程自动化控制器为例，Banda说:“一台智能工业PC具有各种强大的自动化功能和灵活的连接，其中包括OPC UA。”

更严格的控制，更多的储蓄

效率的例子包括赫斯基注塑塑料容器；该公司实施了基于pc的技术，以实现节约-每个塑料部件减少10%的材料使用，每年节省25万磅产品材料，每年节省超过18.2万美元。零件重量变化小于或等于0.3%。

在另一个实现中，矩阵式包装机械重新设计了连续运动，垂直形式，填充和密封机器，以提供更大的数据连接和改变生产变量的能力。EtherCAT(一种工业以太网协议)用于伺服、电缆电机和输入/输出设备，减少了机柜尺寸，增加了20%至30%的正常运行时间，减少了15%的浪费，架构成本降低了近50%。由于更大的灵活性和更容易的沟通，产品转换时间缩短了。

作为另一个例子，Elster使用“控制器到SAP ERP”系统通信，采用OPC UA标准，更好地将工厂车间的设备与企业和供应链的其他部分连接起来。Banda解释说，传感器数据流到控制器和云进行安全监控和分析，将信息输入数据库。

Banda继续引用公司创始人Hans Beckhoff的话，解释说工程师有社会责任通过显著提高制造生产效率来提高制造效率;挑战在于如何更智能地控制机器。

德国家具工

在德国Verl，橱柜制造商Nobilia不得不适应大规模定制制造，以满足不断增长的市场需求。Nobilia智能机器之间进行通信，并与智能单元和订购工具进行通信，允许流程根据需要将原材料拉入供应链。面向对象的机器操作基于被订购的机柜的“配方”进行交互。

去智能工厂

未来的工厂将更加水平和垂直连接，以一种更具成本效益的方式实现，机器级控制器推送数据，使用人机界面(HMI)进行分析、趋势分析和警报——根据需要将信息从公司的其他区域移动到公司的其他区域，使智能工厂更能响应消费者的需求。工业4.0通过先进的自动化工程促进制造业的更大创新，以改善水平和垂直集成，以及产品生命周期的集成设计。

班达表示，虽然美国制造商越来越认识到这一需求，但与欧洲制造商相比，他们在工业4.0实施方面落后了大约五年。OPC UA是制造商可以利用的工具之一，以帮助缩小这一差距。

——Mark T. Hoske，内容经理控制工程，mhoske@cfemedia.com，隶属于CFE Media设备工程．

关键概念

• 工业4.0和工业物联网有助于互联互通。
• OPC联合架构使工业通信成为可能。
• 基于嵌入式pc的控制使工厂更加智能。

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