發布日期：2022-04-26 點擊率：115
我們很少會為了實現數字化流程和設備網絡化而去重新設計和改造工廠。而恰恰是德國的中型企業在當地的老廠擁有參差不齊的設備。無論是就設備年齡還是生廠商而言，這使企業和工業4.0服務提供商都面臨著重大挑戰，因為其目標是逐步實現所有設備的網絡化和生產過程的數字化。
中型企業常常會被籠統的認為數字化轉型滯后或是難以實現數字化， 但Deloitte去年發表的中型企業工業4.0研究卻顯示中型企業的數字化發展存在較大的差異。目前已有28%的企業實現了全面網絡化，然而也有幾乎同等比例的企業，即29%的企業沒有完整的網絡。我們尚未對差異產生的原因進行研究，這種差異也許是因為行業或產品不同而造成的，然而想要實現數字化最終總要面對兩個問題：
如何對現有的設備進行升級或改造，以使各個設備通過網絡相互連接起來?
如何讓現有員工能省時且經濟高效地完成數字過程的“安裝”?
無論在現在還是在未來，機械裝置和軟件的不同使用壽命對于數字化來說都將是一個巨大的挑戰。例如，設備中的機械裝置設計可以使用許多年，甚至高達數十年，而軟件和IT系統則迭代很快，這樣一來現在要將一個過時的工廠或生產線網絡化和過程數字化，就不僅需要使設備智能化，還需要將設備上的信息和數據升級到一個智能軟件，該軟件能夠在此過程中創造附加價值。此外現有的控制系統也需要升級或改造，所以為Retrofit解決方案而涌現出的大型市場并不令人驚訝。
傳感器網絡化
許多自動化公司已經發現了這個市場缺口，并且正在提供可以用于實現工業4.0改造的產品。首批出現的輔助工具中有來自Pepperl + Fuchs公司的Smart-Bridge智慧橋梁。較老的傳感器通過使用該適配器不僅可以將處理數據發送到控制系統，還可以通過藍牙與更高級別的信息系統進行通信，隨后這些信息系統會對所有相關數據進行評估。為此，適配器會被安裝在傳感器和控制系統之間的布線中，它能在無需反饋的情況下獲取傳感器數據，并與移動終端建立起無線連接。該適配器無需單獨的電源線，可使用通過傳感器傳導的電能，讀取出的傳感器數據將通過Smart-Bridge-App智慧橋應用程序顯示在平板電腦或智能手機上，此外用戶還可以利用該應用程序更改通過Smart-Bridge連接的傳感器的應用參數。由于數據交換是通過藍牙連接進行的，這樣一來便既不需要額外布線，也不會對控制系統產生干擾。
Deloitte的調查顯示中只有49％的中型企業表示完成了與工業4.0相關的項目，僅84家公司提供了更詳細的信息
SKF公司Enlight Quick Collect傳感器完全無需安裝，這樣一來便可減少運維人員的工作。該產品由三個部分組成，即便攜式傳感器，移動終端和Quick Collect應用程序。該傳感器能夠獲取設備數據，如振動值和溫度值，并使用傳統的移動技術將這些數據傳輸到智能手機或平板電腦。安裝在傳感器上的應用程序Quick Collect應用程序可實時對測量數據進行基本分析，并及時告知用戶可能出現的問題。此外該應用程序還可存儲用于深入分析的數據，并將相關信息傳導出來。
讓設備說話
Bosch Rexroth的IoT-網關也可以在不干擾控制系統的情況下工作，即使是已經使用了數十年的老設備也可以通過使用IoT-網關毫不費力地聯網。這個不起眼的小盒子用于執行網關軟件的嵌入式控制器Indracontrol XM組成，這種結構基于開源軟件，這種開源軟件以Linux作為操作系統，并配有能夠提供Java應用程序的Jave虛擬機。通過Bosch的傳感器套件則可實時記錄過程數據，如溫度，壓力，振動和功耗等。此外在聯網的情況下用戶可以使用集成的軟件應用程序，如集成的設備與數據處理應用程序，能輕松地對IoT-網關進行調節。
IoT-網關的功能是什么?它能收集各種傳感器數據和控制數據，并將其傳輸到中央數據庫進行分析，這些功能也適用于較舊的控制系統以及Beckhoff，Siemens和Rockwell的第三方控制系統，且無需重新編程。現在為了從數據中獲取信息和操作建議，這些控制系統將連接到現有的IT系統，例如MES和特殊的評估軟件。IoT-網關可憑借其高連接性像云平臺一樣輕松地與許多更高級別的IT系統進行通信。
Bosch Rexroth通過對舊車床進行改造證明即使是老舊設備也可以通過網絡相互連接起來
Bosch Rexroth在Lohr工廠展示了這種數字化在發動機生產中的應用，并將其分為五個步驟：
1.確定影響因素：例如對于優化設備來說某些參數很重要，這些參數會影響產品質量。
2.傳感器的選擇和改裝：為了避免設備故障，設備監控所需的信息必須由傳感器記錄下來。
3.將傳感器連接到IoT-網關: 所收集到的傳感器數據將通過網關被發送到上級IT系統。
4.連接到更高級別的IT系統： 通過數據處理應用程序確定數據傳輸過程。
5.挖掘改善潛力：從所收集的數據中總是可以推導出用于改進生產的新措施。
ZNT-Richter研發另一種改造通信接口的方法，它的PAC(過程自動化控制器)是一個開放式平臺，通過該平臺可將控制層連接到MES或ERP。除數據收集和數據匯總外，PAC還可以接受生產層的自動化任務。
這些自動化任務包含跨設備的生產控制，過程控制和優化的集成，設備程序管理以及物料流量控制等。該平臺還可以實時減輕自動化過程中MES層的負擔，因為必要時設備可以斷開與MES的連接，這樣一來便可使各個設備能夠靈活地啟動和停止循環，無需暫停整個生產過程。復雜的數據評估可以由PAC來完成，原始數據可以直接寫入過程數據庫。
這個開放的平臺PAC將控制層與MES層和/或ERP層相連接
設備學習一門外語
作為互聯工廠的通信標準，OPC UA正在不斷發展，但并不是每個設備都掌握這種語言。Fraunhofer-IOSB的研究人員與Codewerk公司合作對這個問題進行了研究，研究成果是這種改造盒，一個即插即用立方體。該解決方案由西門子IPC“Nanobox’’和一個無需任何建模數據即可對生產設備進行描述的輔助系統組成。在Nanobox上有一個整合的OPC UA服務器，它將Automation-ML作為信息模型，并可以自動連接到西門子PSP和從屬OPC UA服務器。該輔助工具是一個Windows應用程序，它能作為插件集成到Automation ML編輯器里，可用于配置整合的OPU UA服務器。
但有時問題會出現在更簡單的地方，例如在沒有安裝完整自動化系統的情況下如何獲取控制閥的診斷數據或如何獲知產品的干燥過程何時結束。
通過網絡傳感器和新軟件可以將一臺舊機床改造成一個現代化的測試臺
小變化，大改善
傳感器和安全技術制造商Turck想到了定制解決方案?？刂崎y是回旋制動器的一部分，在此最重要的就是閥門是打開還是關閉，即從驅動閥門到出現閥門“閥門打開”信號之間的時間。Turck為TPM模塊配備了“現場邏輯控制器”，它可以測量打開閥門需要的時間，并通過數據得出一些重要信息，例如用戶可以利用這些信息判斷設備何時需要維護。這些分析數據將以曲線的形式顯示出來，模塊會直接對其進行評估，無需安裝額外的控制單元。
Pepperl + Fuchs的Smart Bridge將設備控制系統上的傳感器連接到更高級別的系統
另外一個簡單解決方案的是例子是連接器制造過程中對干燥時間的監控。制造商沒有使烘干室自動化，連接器的生產時間掌握在員工手中。 Turck只是安裝了一個信號燈，RFID讀寫和一個小模塊，它們的任務是記錄哪個車廂何時抵達以及在站點停留了多久，并將這些數值與編程時設置的停頓時間進行比較。該停頓時間取決于確保連接器質量所需的干燥時間。在終端的信號燈處用戶可以立即看到車廂何時從車間中取出，對此無需安裝控制裝置和完整的自動化系統。
Contact Software和Fraunhofer-IPK嘗試在設備改造上投入更多的時間和精力，以獲得更加全面的答案。該團隊對機床進行了改造。
當然，這也是一次改建，現在這臺設備已經成為測試臺?；贛EMS的傳感器網絡是改造的前提條件，它能獲取、收集和評估設備運行數據。此外，該設備已連接到Contact Elements平臺，這樣一來實時監測的運行數據與測試臺和測試件的結構狀態將成為一對“數字化雙胞胎”。數字化的產品生命周期文檔將對此進行補充，該文檔將記錄結構狀態，并以數字方式支持測試過程。此外，為了對測量數據進行分析還安裝了額外的軟件。
設備改造最終還是取決于網絡傳感器和同步通信。自動化制造商和研究機構終于開始重視這兩大課題，并將繼續致力于為現有設備尋找合適的可實施的改造解決方案。
