全過(guò)程虛擬化支持生產(chǎn)大樓的設計及自動(dòng)化

天窗機械組件和門(mén)鎖外殼的全球市場(chǎng)領(lǐng)導者珀尓曼公司依托全面的數字孿生技術(shù)，基于虛擬環(huán)境設計了其位于奧地利 Vitis 的新工廠(chǎng)。項目設計師、安裝人員及業(yè)主緊密合作，利用預測的重要數據在 3D 環(huán)境中運行真實(shí)的仿真，進(jìn)行預先優(yōu)化，并使用倍?；?PC 的控制技術(shù)地實(shí)施交付所有流程。

珀爾曼公司由 Franz Pollmann 在 1888 年創(chuàng )立，最初在奧地利的卡爾施泰因鎮以制作精密儀器和鐘表等業(yè)務(wù)起家。130 多年后，珀爾曼已經(jīng)成為一家創(chuàng )新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商和制造商，再次聲名鵲起。今天，公司的核心專(zhuān)長(cháng)是為汽車(chē)行業(yè)提供高度復雜的機電組件產(chǎn)品，事實(shí)上，珀爾曼已被公認為是天窗機械組件和門(mén)鎖外殼的全球市場(chǎng)領(lǐng)導者?！皫缀跞蛩衅?chē)品牌在生產(chǎn)汽車(chē)時(shí)都配備我們的產(chǎn)品?！辩隊柭鼑H第四代管理合伙人 Robert Pollmann 指出。為滿(mǎn)足公司業(yè)務(wù)穩定增長(cháng)的需要，珀爾曼于 2018/2019 年開(kāi)始在 Vitis 規劃建設一座新的工廠(chǎng)?！癙ollmann 2.0 系統是我們邁向工業(yè) 4.0 的重要組成部分，因此我們與所有參與方都非常清楚，我們需要整個(gè)系統都是最先進(jìn)的。對我們來(lái)說(shuō)，能夠發(fā)揮內部物流的最大效率和依賴(lài)整棟建筑的模塊化設計和可擴展性非常關(guān)鍵?！盧obert Pollmann 在解釋項目對合作伙伴 Peneder、Stiwa 和倍福提出的高要求時(shí)說(shuō)道。

機械工程與工業(yè)工程的智能聯(lián)網(wǎng)

在機械工程領(lǐng)域，人們已經(jīng)普遍使用 3D 模型進(jìn)行設計和仿真。而在建筑和樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域，只有少數有遠見(jiàn)的開(kāi)路先鋒們在新項目的規劃和實(shí)施中不斷推進(jìn)數字孿生的應用。這其中就包括 Peneder Bau-Elemente GmbH 和 Stiwa 集團?！拔覀冏鳛橐患以O備制造商和軟件公司，一直致力于尋找優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境的方法?！盨tiwa AMS 公司樓宇自動(dòng)化業(yè)務(wù)部主管 Thomas Führer 強調道。他深知環(huán)境條件對設備整體效率有巨大影響。設備四周的空間有多大？生產(chǎn)車(chē)間的最佳條件是什么？物料如何在車(chē)間內部流動(dòng)，員工又如何在車(chē)間內走動(dòng)？“在規劃設計智慧工業(yè)建筑時(shí)，所有這些因素都需要考慮到，包括能量流?！盩homas Führer 在指出提高生產(chǎn)效率的重要因素時(shí)繼續說(shuō)道。

由于珀爾曼僅會(huì )根據客戶(hù)訂單需求進(jìn)行產(chǎn)能擴張，因此從一開(kāi)始就迫切需要 Vitis 二廠(chǎng)必須在奠基儀式后 10 個(gè)月內全面投產(chǎn)?！吧婕暗酱罅考夹g(shù)和開(kāi)發(fā)工作的微型組件產(chǎn)品仍在卡爾施泰因總部生產(chǎn)，但我們需要額外的產(chǎn)能大批量生產(chǎn)汽車(chē)門(mén)鎖外殼和鎖蓋等體積較大的組件?！惫S(chǎng)經(jīng)理 Manfred J?ger 說(shuō)道?；疽蟀ù蠓岣呱a(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、盡可能地減少物流工作、能源及其它所有資源的可持續利用、人員和貨物的結構化流動(dòng)，以及生產(chǎn)基地的靈活擴展。

Vitis 擴建工程的第一個(gè)階段包括建造一座 9400 m2 的廠(chǎng)房、一個(gè)目前有 5500 個(gè)托盤(pán)位的立體倉庫，以及辦公室、工藝區和休息區。根據聯(lián)合開(kāi)發(fā)的總體規劃方案的設計，工廠(chǎng)可以非?？旖?、方便地擴展到五個(gè)車(chē)間，因此所有的供給線(xiàn)路以及物料輸送和人員走動(dòng)都匯集在中央物流中樞。這樣做的好處在于，只需相應地延長(cháng)這條主通道即可啟動(dòng)下一個(gè)擴建階段：“我們自己完全沒(méi)想到讓建筑采取坐北朝南的格局，也沒(méi)想到要集中布局一個(gè)通道，通往各臺用電設備的樞軸從這里向左和向右延伸?！盧obert Pollmann 說(shuō)道，他非常欣賞總承包商的遠見(jiàn)卓識。

Designing buildings through an industrial lens

工業(yè)鏡頭助力成功完成建筑設計

基于生產(chǎn)的規劃重點(diǎn)在于制造過(guò)程及其所有的能量流和物料流以及所有與生產(chǎn)效率相關(guān)的環(huán)境條件?！敖ㄖ徽J為是機器?！盩homas Führer 用一句話(huà)簡(jiǎn)要概述了 Peneder 和 Stiwa 的做法，即使用典型的機械工程方法和軟件工具。珀爾曼除設計了建筑的 3D 模型之外，還設計了一個(gè)數字孿生用作建筑信息模型（BIM），它能夠測試比例、物料、光線(xiàn)、形狀和顏色的一致性，正如規劃好的生產(chǎn)和運營(yíng)過(guò)程一樣。BIM 是一種將不同學(xué)科的各個(gè)子模型（例如建筑、物流、建筑和電氣工程、樓宇自動(dòng)化和設施管理）整合到一個(gè)中央 3D 模型中的虛擬規劃設計方法。Peneder 公司是工業(yè)建筑和商業(yè)建筑領(lǐng)域的專(zhuān)家，從規劃到運營(yíng)的每個(gè)階段，他們都使用了 BIM?！笆褂?BIM 實(shí)現的虛擬設計可為建筑的施工及后續運營(yíng)帶來(lái)很多優(yōu)勢?！北陡W地利分公司樓宇自動(dòng)化行業(yè)經(jīng)理 Christian Pillwein 證實(shí)道。

僅生產(chǎn)、物流和樓宇技術(shù)之間的閉環(huán)控制就能顯著(zhù)降低電力成本。Christian Pillwein 以按需通風(fēng)為例：生產(chǎn)過(guò)程與建筑和能源供應系統之間的智能連接，確保只有在當前使用的設備實(shí)際需要的情況下，才會(huì )給車(chē)間通風(fēng)換氣。畢竟，考慮到轉換時(shí)間或維護，設備很少會(huì )在同一時(shí)間段內全部運行。即使是一些堪稱(chēng)典范的企業(yè)，其設備綜合效率（OEE）平均也只有 75%?！?5% 的差值蘊含著(zhù)巨大的節能潛力，可以很好地利用基于需求的樓宇自動(dòng)化控制?！盩homas Führer 分享道。在硬件方面，珀爾曼的整個(gè)控制系統采用的都是倍福組件。

一臺 C69xx 控制柜式工業(yè) PC 用作控制室服務(wù)器，而 HVAC 控制中心、通風(fēng)和房間自動(dòng)化系統則通過(guò)五臺 CX50xx 嵌入式控制器控制。珀爾曼通過(guò) KNX、M-Bus 和 MP-Bus 以及 Modbus TCP 和 RTU 等子系統以及約 700 個(gè)倍福 EtherCAT 端子模塊和總線(xiàn)端子模塊將各種傳感器和執行器集成到基于 PC 的控制系統和 TwinCAT 控制平臺中。

“這個(gè)項目的主要挑戰是需要開(kāi)發(fā)一個(gè)基于需求的智能控制方案，它可以將制造自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化整合于一體?！盋hristian Pillwein 強調道。由于珀爾曼在這兩個(gè)方面都采用了倍?；?PC 的控制技術(shù)，因此能夠非常輕松地實(shí)現技術(shù)整合?！拔覀儾粌H能夠監測和控制樓宇設備，還可以實(shí)時(shí)記錄運行數據?！盩homas Führer 解釋道，這對于珀爾曼新廠(chǎng)區的設施管理負責人 Rainer Hobiger 來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)絕佳的好消息?！拔覀兛梢酝ㄟ^(guò)在線(xiàn)儀表板查看哪些設備正在運行以及它們的運行情況?！蹦芎牡耐蝗槐┰鐾怯上率鰞煞N情況引起：生產(chǎn)單位數量增加或設備磨損嚴重?！坝捎跀盗恳部梢员桓?，我們可以在簡(jiǎn)要分析我們的目標與實(shí)際性能后立即派出維護人員?！盧ainer Hobiger 說(shuō)道。

除了取決于負載的通風(fēng)之外，珀爾曼還采取了一些其它措施來(lái)確保能源的可持續利用。建筑坐北朝南不僅陽(yáng)光充足，而且通風(fēng)效果好，可以大幅降低采暖降溫所消耗的能源。注塑系統產(chǎn)生的余熱可以回收用于控制整個(gè)廠(chǎng)區的供暖，驅動(dòng)器散發(fā)到周?chē)諝庵械臒崃靠梢灾苯邮褂?，而模具冷卻產(chǎn)生的廢熱則通過(guò)冷熱循環(huán)機間接使用。冷熱循環(huán)機本身和空氣壓縮機的熱量也會(huì )被回收?！翱偟膩?lái)說(shuō)，我們必須協(xié)調整個(gè)系統中使用的多個(gè)溫度回路?！惫S(chǎng)經(jīng)理 Manfred J?ger 在解釋珀爾曼極力為這個(gè)項目尋找“能夠從工業(yè)角度看待項目的樓宇自動(dòng)化專(zhuān)家”的原因時(shí)說(shuō)道。

符合工業(yè)標準的建筑

“我認為，硬件主要是一種手段，目的是創(chuàng )造一些流程，并與軟件相結合帶來(lái)效益?！盩homas Führer 說(shuō)道。他希望盡可能少地使用硬件；它的工作其實(shí)很簡(jiǎn)單 — 可靠、全天候地運行?！氨陡５漠a(chǎn)品系列符合行業(yè)標準，為實(shí)現完整的樓宇自動(dòng)化提供了完美的解決方案?；?PC 的控制技術(shù)對用戶(hù)全方位開(kāi)放?！币?Stiwa 為例，他們目前正在使用的 Oracle 數據庫就是在倍福工業(yè) PC 的后臺運行，用于分析復雜的 if-then 算法。對于現場(chǎng)層，Thomas Führer 也是開(kāi)放性的忠實(shí)粉絲：“每一個(gè)現場(chǎng)組件，無(wú)論其制造商是誰(shuí)，都可以通過(guò)相應的接口或總線(xiàn)系統集成到整個(gè)解決方案中?！边@里使用了 400 多個(gè)不同的 EtherCAT 端子模塊。

珀爾曼和倍福在擴建工程開(kāi)始之前就已經(jīng)相當熟悉了?！拔覀兓旧鲜峭粫r(shí)期發(fā)展起來(lái)的?！盡anfred J?ger 在回顧兩家公司合作的第一個(gè)自動(dòng)化技術(shù)項目時(shí)說(shuō)道?！爱敃r(shí)，我們對廠(chǎng)房的建設提出了非常特殊的要求，而事實(shí)證明倍福比他們的競爭對手要靈活得多?！边@位 Vitis 工廠(chǎng)負責人回憶并解釋了當時(shí)轉向使用基于 PC 的控制技術(shù)的原因。時(shí)至今日，珀爾曼已不再只是使用倍?？刂破骺刂茊闻_設備，而是用它們實(shí)現 Vitis 二廠(chǎng)的中央樓宇自動(dòng)化系統。

大家對機械工程與工業(yè)工程的成功整合非常滿(mǎn)意（左起）：Rainer Hobiger（珀爾曼公司設施管理部主管）、Manfred J?ger（珀爾曼公司 Vitis 工廠(chǎng)廠(chǎng)長(cháng)）、Robert Pollmann（珀爾曼國際公司管理合伙人）、Thomas Führer（Stiwa 公司樓宇自動(dòng)化部負責人）、Christian Pillwein（倍福奧地利分公司樓宇自動(dòng)化行業(yè)經(jīng)理）以及 Harald Setka（Peneder 公司建筑師）

在基于生產(chǎn)的規劃中，建筑被認為是一臺機器。在規劃階段充分考慮到了所有生產(chǎn)過(guò)程以及所有能量流和物料流以及所有與生產(chǎn)效率相關(guān)的環(huán)境條件

由于珀爾曼 Vitis 工廠(chǎng)擁有高效的能源管理系統和通過(guò)基于 PC 的自動(dòng)化控制實(shí)現的智能高效的生產(chǎn)方式，因此被奧地利弗勞恩霍夫研究院評選為奧地利最佳工廠(chǎng)