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宋華振（1976-）

男，畢業(yè)于武漢化工學(xué)院檢測(cè)技術(shù)及儀器儀表專業(yè)，現(xiàn)任貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司行業(yè)銷售主管。





   單機(jī)到連線生產(chǎn)正在成為未來大勢(shì)

    當(dāng)中亞、僅一、新美星等這些國(guó)內(nèi)的包裝機(jī)械制造商開始生產(chǎn)吹瓶機(jī)的時(shí)候，這一現(xiàn)象代表著一種趨勢(shì)；包裝不再是離散型的生產(chǎn)。為了能夠提供整廠的交付能力，設(shè)備的連線變得更加重要，從技術(shù)的角度來看，這是為了能夠更好地提供具有機(jī)械連接性、硬件、軟件一致性的需求，而從客戶的需求來說，交鑰匙工程變得更加重要。

    對(duì)于大量的生產(chǎn)，如啤酒、可樂、礦泉水、牛奶這些產(chǎn)品來說，連線生產(chǎn)能夠提高其生產(chǎn)效率，而Krones，SIG，Trapack這些國(guó)際知名的制造商早已提供的不僅僅是設(shè)備，而是整個(gè)工廠的解決方案-事實(shí)上，硬件已經(jīng)不再那么重要，而他們正在提高更高附加值的系統(tǒng)，整廠生產(chǎn)管理與優(yōu)化系統(tǒng)軟件與解決方案。

                                              圖1

    Krones的這個(gè)圖顯示了其整廠管理系統(tǒng)架構(gòu)，各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)如機(jī)器狀態(tài)、批次控制數(shù)據(jù)等通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線到了上位，而設(shè)備的配置參數(shù)、配方數(shù)據(jù)、主控?cái)?shù)據(jù)等也通過標(biāo)準(zhǔn)總線下達(dá)到生產(chǎn)設(shè)備級(jí)，生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、操作控制、文檔、維護(hù)、分析、優(yōu)化等在上一管理級(jí)來實(shí)現(xiàn)，通過用戶接口與ERP系統(tǒng)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的數(shù)據(jù)管理。

    整個(gè)Krones系統(tǒng)的生產(chǎn)過程得到了有效的監(jiān)控，影響產(chǎn)品質(zhì)量與效率的各種因素也被量化并提交給上位分析工具，以便使得管理人員能夠及時(shí)獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及工藝存在的問題并給予及時(shí)的修正，包括影響成本的各種因素得以控制，并且能夠?qū)Τ杀窘档瓦M(jìn)行有效的分析，從而整體地提高生產(chǎn)效率。

    ERP與控制以及現(xiàn)場(chǎng)儀表級(jí)的集成使得整個(gè)工廠變得透明，更易于獲得優(yōu)化與改善。這也是未來包裝工業(yè)的發(fā)展方向，軟件在這里變得更加重要，而不僅僅是設(shè)備。

    完整的工程設(shè)計(jì)平臺(tái)

    如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程的集成架構(gòu)？這需要一個(gè)完整的平臺(tái)支撐，能夠?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)提供完整的軟件的平滑的連接，更能實(shí)現(xiàn)模塊化的程序設(shè)計(jì)，并且具有開放的軟件庫支持能力，如IEC61131,PLCopen Motion,Safety,Hydraulic,Logic的設(shè)計(jì)能力，并且，對(duì)于OMAC的PackML具有功能庫的支持，而B&R的控制系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些開放的庫集成在其工程平臺(tái)中，這將為包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)者提供更好的平臺(tái)，使得他們能夠更為快速地采用已有的庫函數(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)。


              



    Automation Studio是B&R的完整的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如圖2所示，它采用了All In One的設(shè)計(jì)，在一個(gè)Automation Studio開發(fā)平臺(tái)里提供了整個(gè)包裝產(chǎn)品生命周期里的全流程支撐能力，從項(xiàng)目的協(xié)同管理、版本管理、項(xiàng)目配置、編程、仿真到調(diào)試診斷與維護(hù)，它能夠使得開發(fā)者在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)機(jī)器的全流程和全部對(duì)象的設(shè)計(jì)，這是迄今為止在自動(dòng)化領(lǐng)域最為強(qiáng)大的工程設(shè)計(jì)平臺(tái)。

              


                                             圖2

    無論從產(chǎn)品開發(fā)的簡(jiǎn)便性、還是未來多種產(chǎn)品的連線生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)、以及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的管理角度來看，一體化的開發(fā)平臺(tái)至關(guān)重要，也是未來自動(dòng)化廠商贏得客戶的關(guān)鍵因素。

    軟件正在成為未來的競(jìng)爭(zhēng)力核心

    軟件正在成為系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力關(guān)鍵，軟件時(shí)代正在來臨，這取決于軟件系統(tǒng)的以下特征:

    （1）軟件是Know-how的封裝容器-它使得那些制造商對(duì)于工藝的深度理解被封裝起來，不易于被復(fù)制，而這些構(gòu)成了機(jī)器的競(jìng)爭(zhēng)力核心。

    （2）軟件賦予了機(jī)器更為靈活的功能：在硬件不變的情況下，或者在硬件變化不大的條件下，軟件使得機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)更為豐富的功能，能夠充分的將硬件的潛能得到最大的發(fā)揮，賦予機(jī)器更多的功能設(shè)計(jì)，例如：在硬件一定的條件下，例如配方的管理、質(zhì)量分析工具如SPC、遠(yuǎn)程維護(hù)功能等等，都將給機(jī)器帶來更多的競(jìng)爭(zhēng)力。

    軟件賦予了機(jī)器更高的附加值，也賦予了機(jī)器更高的競(jìng)爭(zhēng)力。

    （3）標(biāo)準(zhǔn)化的軟件設(shè)計(jì)正在成為潮流

    在不同的機(jī)器流程以及不同的機(jī)器功能設(shè)計(jì)里，提取出具有共性的功能塊，如套色、張力、信號(hào)濾波、PID等都可以被標(biāo)準(zhǔn)化，也包括了功能的標(biāo)準(zhǔn)化，B&R在2007年開始針對(duì)貼標(biāo)、熱膜包裝、碼垛等包裝流程里的機(jī)器軟件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的軟件封裝，通過這項(xiàng)工作，在未來，它的目標(biāo)在于參數(shù)化設(shè)置而無需編程，將調(diào)試時(shí)間縮短到數(shù)天以內(nèi)，這得益于對(duì)工藝和機(jī)器的整個(gè)的了解和模型抽取的能力，它無疑將大大縮短Time to Market，并且對(duì)于整個(gè)開發(fā)和調(diào)試的成本節(jié)省是巨大的。

                             

                                                圖3

    圖3顯示了在包裝流程的不同機(jī)器中來抽取其共性模型的結(jié)構(gòu)，在包裝流程里可以對(duì)不同的單元進(jìn)行共性抽取，標(biāo)準(zhǔn)模塊的調(diào)用將會(huì)使得未來機(jī)器大大降低開發(fā)時(shí)間和難度，甚至如DCS系統(tǒng)那樣只需要進(jìn)行組態(tài)，而無需編程。

    當(dāng)然，標(biāo)準(zhǔn)化的不僅僅是軟件模塊，也包括項(xiàng)目文檔、調(diào)試步驟、溝通機(jī)制等等的標(biāo)準(zhǔn)化操作，這樣才能使得開發(fā)有效的邁入一個(gè)高效的軌道。

    運(yùn)動(dòng)控制正為機(jī)器帶來革新

    沒有一個(gè)行業(yè)像包裝這樣面臨巨大的變化，包裝廠商希望所投入的設(shè)備能夠完成更多的工作，并且換裝時(shí)間要盡量的短，伺服系統(tǒng)的大量應(yīng)用為機(jī)器帶來了巨大的提升，除了加工速度和精度的提高，更為重要的是，它賦予了機(jī)器更加靈活的生產(chǎn)能力，通過參數(shù)的設(shè)置，伺服系統(tǒng)可以改變速度、位置來滿足不同規(guī)格產(chǎn)品的需求，甚至無需人工去做任何調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)訂單的切換，這帶來換裝時(shí)間的大大縮短，同時(shí)，降低了人工對(duì)機(jī)械的操作調(diào)整帶來的不確定性。

    實(shí)時(shí)通信技術(shù)的應(yīng)用

    隨著生產(chǎn)速度提升的要求，控制單元之間的數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性也更為苛刻，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)無法滿足今天生產(chǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)交換的需求；① 數(shù)據(jù)量更大，對(duì)于總線的數(shù)據(jù)負(fù)載能力提出了要求；② 傳輸速度的要求，由于運(yùn)動(dòng)控制、多CPU數(shù)據(jù)交換需要快速的傳輸數(shù)據(jù)，因此，原有的總線如CAN、Modubus、Profibus等已經(jīng)無法滿足這些需求；③ 實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨螅绕湓谶\(yùn)動(dòng)控制的同步動(dòng)作中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置與速度關(guān)系的綁定，必須由高速的總線為其提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)通信，才能保證高度的同步；④ 由于與管理層的數(shù)據(jù)交換的需要，而必須能夠支撐更為開放的通信系統(tǒng)。

    由于管理層軟件采用了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)，這拉動(dòng)了控制層和現(xiàn)場(chǎng)層對(duì)于以太網(wǎng)技術(shù)的需求，然而，以太網(wǎng)卻無法提供實(shí)時(shí)性，Ethernet POWERLINK,Profinet IRT，SERCOSIII等實(shí)時(shí)通信技術(shù)在今天都得到了迅猛的發(fā)展，并為眾多廠商所支持。另一方面，為了能夠保證原有的應(yīng)用軟件投入得到保護(hù)，又需要能夠兼容過去的程序，而Ethernet POWERLINK技術(shù)正是滿足這一需求的最佳通信技術(shù)選擇，它設(shè)計(jì)為100Mbps的高速以太網(wǎng)，并且提供了實(shí)時(shí)協(xié)議棧來處理高速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，而其應(yīng)用層也保留了最為廣泛應(yīng)用的CANopen，由于它同時(shí)兼容TCP/IP應(yīng)用，使得他能夠滿足未來一網(wǎng)到底的管控一體化需求，它也必然成為未來包裝領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)。


                                                      ——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》