宋華振（1976-）

男，畢業(yè)于武漢化工學(xué)院檢測技術(shù)及儀器儀表專(zhuān)業(yè)，現任貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司行業(yè)銷(xiāo)售主管。





   單機到連線(xiàn)生產(chǎn)正在成為未來(lái)大勢

    當中亞、僅一、新美星等這些國內的包裝機械制造商開(kāi)始生產(chǎn)吹瓶機的時(shí)候，這一現象代表著(zhù)一種趨勢；包裝不再是離散型的生產(chǎn)。為了能夠提供整廠(chǎng)的交付能力，設備的連線(xiàn)變得更加重要，從技術(shù)的角度來(lái)看，這是為了能夠更好地提供具有機械連接性、硬件、軟件一致性的需求，而從客戶(hù)的需求來(lái)說(shuō)，交鑰匙工程變得更加重要。

    對于大量的生產(chǎn)，如啤酒、可樂(lè )、礦泉水、牛奶這些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，連線(xiàn)生產(chǎn)能夠提高其生產(chǎn)效率，而Krones，SIG，Trapack這些國際知名的制造商早已提供的不僅僅是設備，而是整個(gè)工廠(chǎng)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，整廠(chǎng)生產(chǎn)管理與優(yōu)化系統軟件與解決方案。

                                              圖1

    Krones的這個(gè)圖顯示了其整廠(chǎng)管理系統架構，各個(gè)生產(chǎn)單元的數據如機器狀態(tài)、批次控制數據等通過(guò)標準的數據總線(xiàn)到了上位，而設備的配置參數、配方數據、主控數據等也通過(guò)標準總線(xiàn)下達到生產(chǎn)設備級，生產(chǎn)計劃數據、操作控制、文檔、維護、分析、優(yōu)化等在上一管理級來(lái)實(shí)現，通過(guò)用戶(hù)接口與ERP系統進(jìn)行連接，實(shí)現整個(gè)工廠(chǎng)的數據管理。

    整個(gè)Krones系統的生產(chǎn)過(guò)程得到了有效的監控，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)獲得現場(chǎng)設備及工藝存在的問(wèn)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，并且能夠對成本降低進(jìn)行有效的分析，從而整體地提高生產(chǎn)效率。

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

    完整的工程設計平臺

    如何實(shí)現整個(gè)生產(chǎn)流程的集成架構？這需要一個(gè)完整的平臺支撐，能夠為整個(gè)系統提供完整的軟件的平滑的連接，更能實(shí)現模塊化的程序設計，并且具有開(kāi)放的軟件庫支持能力，如IEC61131,PLCopen Motion,Safety,Hydraulic,Logic的設計能力，并且，對于OMAC的PackML具有功能庫的支持，而B(niǎo)&R的控制系統能夠將這些開(kāi)放的庫集成在其工程平臺中，這將為包裝機械的設計者提供更好的平臺，使得他們能夠更為快速地采用已有的庫函數來(lái)實(shí)現系統的開(kāi)發(fā)。


              



    Automation Studio是B&R的完整的控制系統設計，如圖2所示，它采用了All In One的設計，在一個(gè)Automation Studio開(kāi)發(fā)平臺里提供了整個(gè)包裝產(chǎn)品生命周期里的全流程支撐能力，從項目的協(xié)同管理、版本管理、項目配置、編程、仿真到調試診斷與維護，它能夠使得開(kāi)發(fā)者在統一的平臺上實(shí)現機器的全流程和全部對象的設計，這是迄今為止在自動(dòng)化領(lǐng)域最為強大的工程設計平臺。

              


                                             圖2

    無(wú)論從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)便性、還是未來(lái)多種產(chǎn)品的連線(xiàn)生產(chǎn)能力設計、以及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的管理角度來(lái)看，一體化的開(kāi)發(fā)平臺至關(guān)重要，也是未來(lái)自動(dòng)化廠(chǎng)商贏(yíng)得客戶(hù)的關(guān)鍵因素。

    軟件正在成為未來(lái)的競爭力核心

    軟件正在成為系統的競爭力關(guān)鍵，軟件時(shí)代正在來(lái)臨，這取決于軟件系統的以下特征:

    （1）軟件是Know-how的封裝容器-它使得那些制造商對于工藝的深度理解被封裝起來(lái)，不易于被復制，而這些構成了機器的競爭力核心。

    （2）軟件賦予了機器更為靈活的功能：在硬件不變的情況下，或者在硬件變化不大的條件下，軟件使得機器能夠實(shí)現更為豐富的功能，能夠充分的將硬件的潛能得到最大的發(fā)揮，賦予機器更多的功能設計，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、遠程維護功能等等，都將給機器帶來(lái)更多的競爭力。

    軟件賦予了機器更高的附加值，也賦予了機器更高的競爭力。

    （3）標準化的軟件設計正在成為潮流

    在不同的機器流程以及不同的機器功能設計里，提取出具有共性的功能塊，如套色、張力、信號濾波、PID等都可以被標準化，也包括了功能的標準化，B&R在2007年開(kāi)始針對貼標、熱膜包裝、碼垛等包裝流程里的機器軟件進(jìn)行了標準化的軟件封裝，通過(guò)這項工作，在未來(lái)，它的目標在于參數化設置而無(wú)需編程，將調試時(shí)間縮短到數天以?xún)?，這得益于對工藝和機器的整個(gè)的了解和模型抽取的能力，它無(wú)疑將大大縮短Time to Market，并且對于整個(gè)開(kāi)發(fā)和調試的成本節省是巨大的。

                             

                                                圖3

    圖3顯示了在包裝流程的不同機器中來(lái)抽取其共性模型的結構，在包裝流程里可以對不同的單元進(jìn)行共性抽取，標準模塊的調用將會(huì )使得未來(lái)機器大大降低開(kāi)發(fā)時(shí)間和難度，甚至如DCS系統那樣只需要進(jìn)行組態(tài)，而無(wú)需編程。

    當然，標準化的不僅僅是軟件模塊，也包括項目文檔、調試步驟、溝通機制等等的標準化操作，這樣才能使得開(kāi)發(fā)有效的邁入一個(gè)高效的軌道。

    運動(dòng)控制正為機器帶來(lái)革新

    沒(méi)有一個(gè)行業(yè)像包裝這樣面臨巨大的變化，包裝廠(chǎng)商希望所投入的設備能夠完成更多的工作，并且換裝時(shí)間要盡量的短，伺服系統的大量應用為機器帶來(lái)了巨大的提升，除了加工速度和精度的提高，更為重要的是，它賦予了機器更加靈活的生產(chǎn)能力，通過(guò)參數的設置，伺服系統可以改變速度、位置來(lái)滿(mǎn)足不同規格產(chǎn)品的需求，甚至無(wú)需人工去做任何調整即可實(shí)現訂單的切換，這帶來(lái)?yè)Q裝時(shí)間的大大縮短，同時(shí)，降低了人工對機械的操作調整帶來(lái)的不確定性。

    實(shí)時(shí)通信技術(shù)的應用

    隨著(zhù)生產(chǎn)速度提升的要求，控制單元之間的數據交換的實(shí)時(shí)性也更為苛刻，傳統的現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足今天生產(chǎn)對于數據交換的需求；① 數據量更大，對于總線(xiàn)的數據負載能力提出了要求；② 傳輸速度的要求，由于運動(dòng)控制、多CPU數據交換需要快速的傳輸數據，因此，原有的總線(xiàn)如CAN、Modubus、Profibus等已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這些需求；③ 實(shí)時(shí)性數據傳輸的需求，尤其在運動(dòng)控制的同步動(dòng)作中，為了能夠實(shí)現高精度的位置與速度關(guān)系的綁定，必須由高速的總線(xiàn)為其提供實(shí)時(shí)的數據通信，才能保證高度的同步；④ 由于與管理層的數據交換的需要，而必須能夠支撐更為開(kāi)放的通信系統。

    由于管理層軟件采用了標準的以太網(wǎng)技術(shù)，這拉動(dòng)了控制層和現場(chǎng)層對于以太網(wǎng)技術(shù)的需求，然而，以太網(wǎng)卻無(wú)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(chǎng)商所支持。另一方面，為了能夠保證原有的應用軟件投入得到保護，又需要能夠兼容過(guò)去的程序，而Ethernet POWERLINK技術(shù)正是滿(mǎn)足這一需求的最佳通信技術(shù)選擇，它設計為100Mbps的高速以太網(wǎng)，并且提供了實(shí)時(shí)協(xié)議棧來(lái)處理高速的實(shí)時(shí)數據交換，而其應用層也保留了最為廣泛應用的CANopen，由于它同時(shí)兼容TCP/IP應用，使得他能夠滿(mǎn)足未來(lái)一網(wǎng)到底的管控一體化需求，它也必然成為未來(lái)包裝領(lǐng)域的標準通信系統。


                                                      ——轉自《自動(dòng)化博覽》