在全球競爭異常激烈的制造行業(yè)中，每一分鐘、每一克原料和每千瓦時的能耗都會對企業(yè)的生產(chǎn)成本造成影響。Wienerberger 集團數(shù)十年來一直面臨著這個挑戰(zhàn)。最近，這家國際領先的創(chuàng)新建筑材料和基礎設施解決方案生產(chǎn)商以及全球最大磚瓦生產(chǎn)商采用 TwinCAT 和“Data Agent 技術”實現(xiàn)了這些目標。在全面實施數(shù)字化轉型過程中，集團每天需要將數(shù)百萬個測量值發(fā)送至云端進行分析，以便公司的所有層面都能夠獲取有效數(shù)據(jù)并進行分析，從而能夠有針對性地制定優(yōu)化措施。
TwinCAT 3 IoT Data Agent
為 Wienerberger 集團的數(shù)據(jù)池提供技術支撐
節(jié)能建筑、安全的下水道系統(tǒng)、更具吸引力的公共空間：Wienerberger 集團的專業(yè)知識已經(jīng)滲透到人們日常生活中的各個領域。這家磚瓦、管道系統(tǒng)和鋪磚機生產(chǎn)商創(chuàng)建于 1819 年，總部設在維也納，200 多年來一直成功地推動著建筑業(yè)的發(fā)展。集團在全球 29 個國家擁有 197 個生產(chǎn)基地，是國際領先的建筑材料和基礎設施解決方案供應商之一。最近，集團推出了全面的數(shù)字化轉型舉措，以便在全球化競爭日益激烈的今天也能捍衛(wèi)他們的領先地位。一方面，它旨在推進智能產(chǎn)品（例如，用于收集水位或降雨量數(shù)據(jù)的塑料管）的生產(chǎn)制造以及新的數(shù)字業(yè)務模式的發(fā)展。另一方面，集團正在盡其所能地提升每個生產(chǎn)基地的數(shù)據(jù)透明度。
從數(shù)字孿生到高效運營
“我們的愿景是為每條生產(chǎn)線創(chuàng)建一個數(shù)字孿生體，在其中存儲生產(chǎn)過程、規(guī)劃和質量數(shù)據(jù)，以及詳細的系統(tǒng)操作人員的培訓課程信息等。”Wienerberger 集團子公司 Pipelife 的高效運營制造官 Roy Sibbald 解釋道。最終，他需要了解每一分鐘的生產(chǎn)情況，以及每一分鐘是否得到高效利用。“如果沒有得到高效利用，這一分鐘時間就被浪費了。這同樣也適用于我們使用的每一克原材料。這是否變成為我們可以銷售的產(chǎn)品？在它身上發(fā)生了什么問題？所有這些問題的準確答案都具有巨大的價值。”Roy Sibbald 解釋說道。據(jù) Wienerberger 集團 IT 戰(zhàn)略、創(chuàng)新和項目主管 Manfred Heger 所述，Roy Sibbald 為推進生產(chǎn)環(huán)境的數(shù)字化轉型做出了重要貢獻。
位于維也納新村的 Pipelife 公司與解決方案供應商 TietoEVRY 和 HEAP 工程有限公司以及倍福共同開發(fā)的 21 號和 26 號擠出生產(chǎn)線入選解決方案概念驗證項目。對質量有特殊要求的塑料管就是在這些生產(chǎn)線上生產(chǎn)的。“我們需要采集壁厚、橢圓度、離心率、每米公斤數(shù)、鋸切脈沖等數(shù)據(jù)。”TietoEVRY 公司高級業(yè)務顧問 Andreas Roither-Voigt 在描述其中一個生產(chǎn)過程時說道，除此之外，還必須找出對應尺寸切割哪些管道，何時進行切割，以及是否真正做到了精度達到一毫米。這些測量任務通過倍福的 EtherCAT 端子模塊 EL1512 和 EL5151 實現(xiàn)。“一個 I/O 端子模塊可以直接連接編碼器，另一個模塊則實時傳輸當前的計數(shù)器讀數(shù)，以便在 TwinCAT 軟件中計算管道長度，所有這一切都在邊緣網(wǎng)關上。”這位控制工程師解釋說道。
最終用戶、系統(tǒng)供應商與倍福專家團隊之間的良好合作是成功的關鍵，尤其是像這樣的綜合性項目。
格勞博的點擊定子（右）包含多個由發(fā)卡式繞組組成的繞組輪轂（左）
工業(yè) PC 用作邊緣控制設備
同時，每天有來自 Wienerberger 集團不同工廠的數(shù)百萬條數(shù)據(jù)被存儲在云端，用于分析。它們都配備了準確無誤的工廠、生產(chǎn)線和設備類型代碼，以便明確分配傳輸過來的信號。“我們聯(lián)合起來創(chuàng)建了一個‘單向可信源（Single Source of Truth）’，實現(xiàn)了公司的‘所有相關數(shù)據(jù)總是在線’的愿景。”這樣可以確保最終為每個用戶提供與他或她相關的信息。“無論數(shù)據(jù)科學家是否計劃將原始數(shù)據(jù)用作機器學習模型的輸入，或者這些數(shù)據(jù)已經(jīng)被合并和/或集中在一起，以便整合到各個報表工具，這些數(shù)據(jù)在任何情況下都必須是完整和正確的。”TietoEVRY 公司物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)顧問 Manuel Hausjell 強調道。
因此，項目管理者已經(jīng)規(guī)定將所有設備集成到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡中，并將此方式作為標準執(zhí)行。倍福的超緊湊型工業(yè) PC C6030 用作云端 Azure IoT Hub 的“安全守衛(wèi)員”，起著核心作用，它的設計緊湊，并搭載多核處理器（每個內核主頻高達 3.6 GHz），非常適合用作邊緣控制設備，HEAP Engineering 公司總經(jīng)理 Lukas Pechhacker 解釋道：“這就是基于 PC 的控制技術的優(yōu)勢，控制設備可以根據(jù)要求進行擴展，并為現(xiàn)場的數(shù)據(jù)預處理提供足夠的性能儲備。以卷繞機為例，采樣時間間隔在毫秒級范圍內。因此必須使用邊緣計算，將其轉化為每分鐘轉數(shù)，以保證傳向云端的信息在控制中。”
配備 TwinCAT 3 IoT Data Agent 的 C6030 通常要承擔很多“解釋器”的職能：一方面，它使用 TwinCAT ADS 和 OPC UA 在不同年代和不同來源的設備之間建立通信橋梁，另一方面，它又可以充當通往云端的網(wǎng)關。“我們在全球 29 個國家共有 197 座工廠，每座工廠之間的生產(chǎn)環(huán)境都有很大差異，使用的協(xié)議也非常多，而這些協(xié)議必須遵循一個共同的標準。在一些情況下，需要將 EtherCAT 端子模塊 EL6001 用作 RS232 串口，以建立所需的連接；在其它情況下，這需要通過 OPC UA 實現(xiàn)。”Lukas Pechhacker 解釋說道。
通過倍福 PS 系列電源產(chǎn)品（右）供電的 C6030 超緊湊型工業(yè) PC（左）用作邊緣計算網(wǎng)關，起著核心作用
完美的團隊協(xié)作
作為倍福的解決方案供應商，HEAP Engineering 和 TietoEVRY 都了解如何能夠充分利用基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術。“我們項目團隊中的每個人都可以互相信任，每個人都完全清楚對方正在做什么，而且在做任何事情時都能著眼全局。”Manfred Heger 稱贊道。由于新冠疫情對相關的國際出行限制，位于瑞典和荷蘭的兩座工廠甚至被遠程連接到 loT 網(wǎng)絡上。“當?shù)氐碾姽ぬ峁┝擞嘘P現(xiàn)有基礎設施的關鍵細節(jié)。然后我們從倍福訂購了所需的組件，并由 HEAP Engineering 公司進行預配置，以便在現(xiàn)場進行簡單的即插即用連接。然后 HEAP Engineering 公司重新介入，通過安全可靠的遠程連接進行最后的配置，我們在云端設定好合適的路線或進行數(shù)據(jù)質量檢查。”TietoEVRY 員工 Manuel Hausjell 在描述三方的完美合作時說道。
“我們每天都會萌發(fā)一些新的想法，想著我們還能夠做些什么改善我們工廠的日常運營，在各個工廠之間建立一個基準，實現(xiàn)質量持續(xù)改進，支持預測性維護，減少資源的使用等等。”Roy Sibbald 說道，他很清楚，數(shù)字化轉型是一個持續(xù)發(fā)展的過程。“只有對不同的數(shù)據(jù)進行有效的對比分析，才能真正實現(xiàn)精益生產(chǎn)。而我們系統(tǒng)最大的魅力就在于，它很容易擴展和升級。”這位高效運營制造官總結說道。此外，電流互感器被越來越多地布署在生產(chǎn)設施中，畢竟每一分鐘、每一克原料和每千瓦時的能耗都很重要。因此，項目也為減少二氧化碳以及原材料消耗和能源使用的可持續(xù)發(fā)展目標做出了重要貢獻。而我們隨后實施的二維碼識別很好地說明了已安裝的解決方案的適應性和靈活性。“我們所需要做的只是激活工業(yè) PC 上的視覺軟件授權許可，通過以太網(wǎng)連接相機，即可擴展 TwinCAT Vision 的邊緣計算網(wǎng)關，使其包括實時的圖像處理功能。當然，已經(jīng)讀取的二維碼可以通過 TwinCAT IoT Data Agent 傳輸至云端。這些數(shù)據(jù)也可以提供給 MES 和 ERP 系統(tǒng)使用。”倍福維也納銷售辦事處負責人 Balazs Bezeczky 說道。
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多國際標準。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅動產(chǎn)品和TwinCAT自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。倍福于1997年進入中國市場，致力于幫助制造企業(yè)提升競爭優(yōu)勢，加速轉型升級。倍福在業(yè)內享有“創(chuàng)新引擎”的美譽，公司所倡導的PC控制技術具有良好的開放性，將IT技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合，助力實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領先的技術優(yōu)勢和豐富的行業(yè)知識，倍福的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領域。
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