系统集成的真实成本:考虑生命周期成本、收益

在安装新的生产线或流程时，许多人认为系统集成是项目中的最后一项。成本通常被简单地视为系统的购买价格，并且通常被视为一种商品，就像任何普通设备一样。买家应该注意，因为系统集成的真正成本可能比这复杂得多。学习更多关于如何理解和衡量这些成本的知识，预算将在长期内保持平衡。

善始善终

系统集成项目的前期成本包括材料、软件许可、旅行、安装和各种技术劳动的成本。对于任何给定的生产线或工艺，有各种各样的因素可以显著影响这些成本。

有些系统对加工设备或生产线提供非常严格的控制，而其他系统则具有更多的可变性。有些程序的动作是严格的，只允许预先定义的一组操作，而另一些程序则灵活得多。有些有大量冗余，有些有多个故障点。系统可以非常直观地操作，或者需要大量的培训。有些车跑起来非常安全;对人的风险小，产品完整性高，对加工设备有层层保护。如果不按预期操作，其他产品会带来重大风险。

控制系统设计和实施的成本和考虑应是所有项目规划的一个组成部分。

某些特性，如安全性、产品完整性和设备保护，往往是普遍需要的。其他因素，如灵活性或操作的便利性，可能是预算、偏好、流程或业务需求的问题。随着时间的推移，所有这些都会对初始的前期成本和系统的总真实成本产生影响。事先把这些因素整理出来是很重要的。

例如，一般来说，您希望控制过程越严格，您就越需要对其进行度量。测量得越多，仪表、传感器、I/O模块、电气工程、编程、安装和维护方面的成本就越高。在一个过程中由于差异而产生的浪费成本和将过程控制在一定限度内所需的总成本之间总是存在一个平衡点。更高价值的原材料和成品需要更严格的控制。从长远来看，提前注意这个平衡点可以带来巨大的收益。对流程或生产线的控制不足和过度监控都有一个财政背景。

各种因素影响着前期成本以及长期持有成本。

生命周期成本:随着时间的推移而繁荣

大多数系统运行多年。重要的是要考虑随着时间的推移，操作需求将是什么。需要考虑的一个项目是操作的灵活性。设计和安装具有有限数量预编程操作的系统相对简单。设计、测试和安装具有大量灵活操作的系统通常更为复杂和昂贵。

许多制造商的产品sku(库存单位)数量不断增加，需要在控制系统中内置大量的灵活性。对于这样的制造操作，可能有意义的是预先投资一个系统，该系统将随着时间的推移适应这一需求。将这种灵活性交给操作人员通常比技术人员在系统的生命周期中反复重新设计要便宜得多。

对于许多设施来说，停机意味着灾难。在某些情况下，与一小时停机时间相关的损失可能超过系统的全部前期成本。对生产线、设施或连接的供应链的停机时间的真实成本有一个清晰的处理是很重要的。冗余可以设计到许多级别的所有系统中，包括服务器、控制器、工作站等等。这将增加前期成本，但如果停机容忍度较低，这可能是一个明智的权衡。

人员配置:人员流动，人体工程学

另一个要考虑的项目是操作和维修人员的人员流动率。就像今天市场上的许多智能设备一样，简单直观的控制系统操作通常需要一堆智能设备。市场上有各种各样的操作界面和可视化产品，并且几乎有无限种方式来配置它们。如果您的员工流动率很高，并且您的流程很复杂，那么在更高端的可视化产品和配置上花更多的钱，以使员工培训更容易，可能在经济上是有意义的。

不要忘记人们在执行工作时如何与系统交互的人体工程学。操作员工作站的数量和位置应该考虑到这一切。系统工作站需要相对靠近执行工作的地方，并且数量足够，以便多个操作人员在试图访问系统时不会相互绊倒。在系统的整个生命周期中，这种类型的基础设施可以节省大量的劳动力成本。

人员配置:要安全，不要后悔

系统的安全运行应该是设计的首要考虑因素。一个系统首先需要保护人员，但也要关注产品的完整性和加工设备的保护。这些方面的损失风险可能远远超过系统的前期总成本。

人们面临的主要风险来自半自动化的领域，将自动化设备操作与人工操作混合在一起。传感器和编程需要正确组合，以防止不安全操作的启动，并在检测到不安全情况时停止操作。保护产品和设备应采用类似的方式。必须编制足够的许可程序，以确保安装安全;交叉用途的操作必须联锁;关键故障必须通过编程立即停止所有不安全的操作。

作为设计过程的一部分，详细描述所有这些项目的功能描述是非常宝贵的。将功能描述文档分发给所有相关干系人以供其输入。这是确保所有基础都被覆盖的好方法。在安装任何系统之前，您可能需要进行回归测试，以确保所有操作的排列都能正确执行。这一切都需要时间和金钱，但与这些领域的潜在损失相比，这是一个很小的成本。

关于安全的最后一句话:在工作站上，将各种测量值配置为警报太容易了。这可能会弄巧成拙，因为它会产生“噪音”，使得很难将实际问题与简单的流程状态区分开来。人对报警条件的反应是安全操作的必要因素。为了更好地管理用户的安全操作，降低用户的安全损失风险，请只配置可操作的告警。

预防性、预测性分析

关于系统集成的真正成本的最后考虑是它可以产生的潜在节省。一个设计巧妙的系统可以在系统的生命周期内节省操作和维护费用。使用历史产品和制造分析可以深入了解加工系统或生产线的行为。这些强大的工具可以在系统的生命周期内提供可观的投资回报。

如果在流程中发生意外情况，具有完整历史记录功能的系统在诊断所发生的情况时非常有用。这可能包括记录所有设备的驱动、操作员的动作和传感器的测量。与几年前相比，信息存储成本的急剧下降使得这种解决方案在经济上更加可行。与产品召回的成本相比，这种额外可见性的成本可能微不足道。

测量和趋势设备的驱动周期时间或运行时间可以对相关设备的预防性维护有很大的帮助。根据设备的使用情况对其进行适当的维护，几乎总是比操作它直到它发生故障，或在过早的维护上浪费时间和金钱要便宜。记录和分析实际运行和周期时间可以使预防性维护以最有效的方式进行。

最后，随着时间的推移，监控操作的能力可以产生数据，这些数据可以转化为可操作的信息，以帮助提高加工设备或生产线的操作效率。这些分析包括运行设备效率(OEE)分析、停机时间分析、统计过程控制(SPC)、线性回归性能分析等。这种分析可以释放处理系统中隐藏的能力，而无需投资新设备。

整体计划

控制系统设计和实施的成本和考虑应该是所有项目计划的一个组成部分，而不是最后的事后考虑。长期成本和收益往往比表面上看起来复杂得多。适当的设计实践不仅应该考虑当前的项目，还应该考虑系统随着时间推移所能提供的预期行为和价值。遵循这里概述的指导方针，使您的系统能够为制造操作提供最大价值，并控制长期成本。

- David McCarthy是TriCore Inc.的总裁兼首席执行官。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师,mhoske@cfemedia.com．

关键概念

• 系统集成不应该被视为一种商品。
• 有效的系统集成降低了成本，增加了项目生命周期中的价值。
• 在项目设计的早期，最好让系统集成专家参与进来，而不是在后期。

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