工業(yè)4.0時(shí)代老工廠(chǎng)怎么辦？

顯然，工業(yè)4.0所謂的技術(shù)都是適合于新建工廠(chǎng)項目！就比如說(shuō)新的控制器都是有標準以太網(wǎng)、OPC UA的軟件接口的，但是，工業(yè)4.0總不能把原有的工廠(chǎng)都給拋棄了吧？那些投資千萬(wàn)、億萬(wàn)的大量工廠(chǎng)原有設施和設備仍然在為企業(yè)不斷的賺取利潤。

老工廠(chǎng)（Brownfield）

新工廠(chǎng)（Greenfield）

圖1-老工廠(chǎng)與新工廠(chǎng)同時(shí)存在

老工廠(chǎng)存在很多問(wèn)題，影響系統的互聯(lián)：

（1）早期的設備根本沒(méi)有總線(xiàn)接口，即或是總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了超過(guò)30年，但是，在過(guò)去的很多年里，總線(xiàn)也并非是標配于設備和產(chǎn)線(xiàn)的；

（2）同家公司的系統也無(wú)法保證其總線(xiàn)的兼容性，包括總線(xiàn)的不同版本、針對不同應用場(chǎng)景的總線(xiàn)類(lèi)型都會(huì )有差異。

（3）總線(xiàn)之間也欠缺互聯(lián)的統一接口，不僅要實(shí)現互聯(lián)也要實(shí)現互通與語(yǔ)義互操作，FDT/DTM、DDS、XML腳本都被應用于實(shí)現互操作，即使今天統一到OPC UA下也并非是都有實(shí)現。

因此，在工業(yè)4.0/智能制造的現實(shí)推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)現互聯(lián)互通與語(yǔ)義互操作尚是件很困難的事，更不用說(shuō)不同的行業(yè)所采用的不同信息模型，不同的行業(yè)需要不同的應用數據和使用不同的數據分析模型。

因此，如果今天有人去定義所謂的工業(yè)4.0工廠(chǎng)看來(lái)是有點(diǎn)操之過(guò)急。

OrangeBOX為邊緣計算而實(shí)現的解決方案

為了實(shí)現工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIoT來(lái)解決數據采集、傳輸與應用，越來(lái)越多的工業(yè)企業(yè)客戶(hù)接受“邊緣計算”（Edge Computing）這一理念，希望通過(guò)邊緣計算在云與工廠(chǎng)之間建立一個(gè)服務(wù)于工廠(chǎng)本身的應用與基礎架構，當然，它借助于開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)降低其部署成本，但提高響應能力與安全性。

我們以圖2來(lái)說(shuō)明Orange Box的角色—Orange Box并非是一個(gè)具體的產(chǎn)品，而是一個(gè)解決方案，它針對老工廠(chǎng)實(shí)現采用以下幾種方法：

（1）現場(chǎng)沒(méi)有總線(xiàn)，采用直接的I/O物理線(xiàn)路連接來(lái)實(shí)現，豐富的X20 I/O模塊支撐；

（2）支持總線(xiàn)的，則通過(guò)現場(chǎng)的總線(xiàn)控制器來(lái)連接（Modbus、CAN、Profibus等不同的模塊）；

（3）有以太網(wǎng)支持OPC UA可以直接訪(fǎng)問(wèn)，OPC UA本身支持TCP/IP的連接。

圖2-采用OrangeBOX實(shí)現邊緣計算的架構

Orange Box由一個(gè)控制器和貝加萊mapp技術(shù)預配置軟件組件mapp所構成?？刂破骺梢酝ㄟ^(guò)其I/O通道或現場(chǎng)總線(xiàn)連接從任何機器中收集操作數據。從這些數據中，mapp會(huì )生成并顯示OEE及其它KPI值，也可以通過(guò)OPC UA與更高層系統共享信息。

OrangeBOX用來(lái)解決哪些問(wèn)題？

Orange Box的目的是從車(chē)間獲取與生產(chǎn)相關(guān)的生產(chǎn)數據，并利用不同的mapp功能塊，例如：

（1）OEE：對于工廠(chǎng)而言，OEE是最為關(guān)注的數據，通過(guò)對生產(chǎn)的幾個(gè)要素數據的采集，工廠(chǎng)可以完全關(guān)注到生產(chǎn)的運營(yíng)效率指標以及如何改善的路徑。

圖3-OEE的計算

圖3，OEE的計算包括了可用性、生產(chǎn)運營(yíng)效率、質(zhì)量，共同構成OEE的計算。

（2）能源：監測能源消耗有利于對成本進(jìn)行評估和優(yōu)化。

（3）審計等功能對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的數值進(jìn)行評估，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的透明化，并將評估好的數據能夠通過(guò)標準接口 / 數據庫，尤其是在制藥工業(yè)、食品等需要審計追蹤功能的行業(yè)。

Orange Box的特點(diǎn)：

（1）易于使用的技術(shù)：任何技術(shù)人員都能輕易操作Orange Box，這是參與Orange Box研發(fā)的專(zhuān)家意見(jiàn)。通過(guò)貝加萊的Mapp技術(shù)，我們把在智能手機的世界里隨處可見(jiàn)的“App”原理投入到工業(yè)領(lǐng)域內。mapp采用了適用于工業(yè)4.0的模塊化應用技術(shù)，在簡(jiǎn)化程序開(kāi)發(fā)復雜度的同時(shí)大大降低了程序維護和參數更改的難度。 

圖4-OrangeBox是一個(gè)基于開(kāi)放技術(shù)開(kāi)發(fā)的系統-無(wú)需復雜的軟件編程

（2）無(wú)需IT專(zhuān)家：通過(guò)Orange Box讓客戶(hù)擁有一個(gè)僅需最少資源，無(wú)需現場(chǎng)專(zhuān)家就可即時(shí)評估及呈現機器的數值，可以使得生產(chǎn)過(guò)程透明化的系統，能夠實(shí)現對事件的集中管理，并有準確的時(shí)間戳。所有與生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)的事件，如計劃內/外停機，以及生產(chǎn)與非生產(chǎn)時(shí)間都會(huì )以報告呈現，客戶(hù)可以隨時(shí)查看和下載整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的數據。

（3）支持現有總線(xiàn)：Orange Box支持與已有系統的通訊，無(wú)需對現有系統進(jìn)行接口升級即可實(shí)現數據交換。Orange Box具有很強的功能擴展性，例如在生產(chǎn)統計的基礎上可以擴展出機器使用效率，能源評估等其他功能，在輔助功能，如用戶(hù)管理方面，可以擴展使用RFID射頻識別技術(shù)代替原有的用戶(hù)名密碼登錄模式。

（4）數據獨立性：Orange Box適用于各種生產(chǎn)工位，既適用于所謂的棕色地帶 (老舊設備) 也適用于綠色地帶 (今天才到的新設備)。Orange Box可以通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)或者通過(guò)各種各樣的互聯(lián)方式例如I/O’s、 ISO on TCP、OPC UA獲得生產(chǎn)過(guò)程中的數據。這里的前提是，收集到的生產(chǎn)數據要與機器的系統生產(chǎn)商、類(lèi)型及服役年數無(wú)關(guān)。

OrangeBOX所投入的技術(shù)

（1）mapp 技術(shù)：這是貝加萊預編程的自動(dòng)化技術(shù)，可以實(shí)現快速的軟件應用構建，通過(guò)采用Software Reuse和軟件組件技術(shù)所開(kāi)發(fā)，節省2/3的研發(fā)時(shí)間。

（2）mappVIEW：通過(guò)Web技術(shù)來(lái)提供機器的數據呈現，OPC UA作為共享數據，使得HMI畫(huà)面與程序之間獨立，無(wú)需在程序和畫(huà)面之間頻繁的改動(dòng)。

（3）生產(chǎn)統計 ：根據運營(yíng)管理（Operation Management）來(lái)實(shí)現對生產(chǎn)中所需的參數的顯示，包括通過(guò)提供MES系統數據實(shí)現報表、趨勢等功能。

（4）整體設備效率Overall Equipment Effectiveness (OEE)：OEE是在不同的行業(yè)有不同的計算方法，在Orange Box中可以對其進(jìn)行定義。

Orange Box長(cháng)什么樣子？

Orange Box從設計上來(lái)說(shuō)采用了現有硬件和軟件，用于實(shí)現IIoT的應用而進(jìn)行了整體重組設計，本身并不需要開(kāi)發(fā)新的硬件和軟件，而是利用了貝加萊自身軟件的模塊化進(jìn)行了重組，當然，這需要結合工廠(chǎng)需求的實(shí)際來(lái)進(jìn)行應用架構的組織。

圖5-Orange Box實(shí)現工廠(chǎng)邊緣計算的數據采集與處理功能

適用于較大的產(chǎn)線(xiàn)的Orange Box可以采用Panel PC 2100加現場(chǎng)的X20總線(xiàn)模塊和I/O構成，通過(guò)OPC UA可以被Cloud、MES/ERP來(lái)訪(fǎng)問(wèn)，包括通過(guò)無(wú)線(xiàn)的網(wǎng)關(guān)與工廠(chǎng)的數據中心的連接能力。

Orange Box的軟件—專(zhuān)為產(chǎn)線(xiàn)集成設計

圖6-用戶(hù)管理功能

用戶(hù)管理主要解決不同用戶(hù)所扮演的角色，并記錄登錄過(guò)程和分配權限進(jìn)行不同的查看和操作。

圖7-生產(chǎn)統計功能

圖7為生產(chǎn)統計功能的主面板，包括時(shí)間線(xiàn)、班次統計、任務(wù)統計、采用儀表板的狀態(tài)顯示功能，以及工藝參數、報警等需要確認的任務(wù)。

圖8-配方管理功能

可以基于XML的任務(wù)下達至產(chǎn)線(xiàn)的控制器，而XML為通用的腳本可以為各種控制器所讀取并執行，在圖8所示界面中顯示操作。

圖9-班次管理

圖9是班次管理，諸如三班兩倒、四班三倒等設置，開(kāi)機、計劃停機等，這些參數都會(huì )用于進(jìn)行OEE的班次統計。

圖10-產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)顯示-數據記錄器

對于產(chǎn)線(xiàn)的數據可以采用圖10進(jìn)行統計顯示，包括生產(chǎn)任務(wù)完成率、速度損失、廢棄與重加工、空閑、計劃停機、未知原因停機、計劃外停機、良品、不良品等都可以納入此界面進(jìn)行顯示。

為大學(xué)教學(xué)的OrangeBOX DEMO系統

除了為產(chǎn)業(yè)配置的OrangeBOX，為大學(xué)的教學(xué)也配置了一個(gè)精簡(jiǎn)的OrangeBOX DEMO

圖11-小型的OrangeBOX教學(xué)演示系統

此DEMO上的可視鍵盤(pán)可以實(shí)現對生產(chǎn)中的狀態(tài)模擬，而右邊的總線(xiàn)控制器和I/O可以仿真現場(chǎng)的數據采集，HMI上則定義了產(chǎn)線(xiàn)的運營(yíng)管理參數的顯示、操作等。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一個(gè)總部位于奧地利并擁有遍布全球分支機構的創(chuàng )新驅動(dòng)型自動(dòng)化企業(yè)，2017年7月，貝加萊成為ABB集團的一個(gè)業(yè)務(wù)單元。作為全球工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的領(lǐng)導者，貝加萊融合了前沿技術(shù)與先進(jìn)的工程能力，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)客戶(hù)提供機器與工廠(chǎng)自動(dòng)化、運動(dòng)控制、HMI以及集成安全技術(shù)的完整解決方案。通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標準如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及貝加萊強大的Automation Studio軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，貝加萊不斷重新定義自動(dòng)化工程的未來(lái)。貝加萊保持持續的創(chuàng )新精神，為客戶(hù)提供更為簡(jiǎn)化以及超出預期的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域前沿技術(shù)與方案。