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如果優(yōu)化制造業(yè)生產(chǎn)力因?yàn)樾畔⒘鞑怀浞侄ㄙM(fèi)太多時(shí)間和努力，也許是時(shí)候采用工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的先進(jìn)工具，讓你的工廠變得更加智能了。
選擇性價(jià)比更高的自動(dòng)化方案
工廠自動(dòng)化提升了生產(chǎn)力，不過正如很多傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)那樣，工廠自動(dòng)化應(yīng)用的不好，也有可能阻礙工業(yè)通訊，特別是當(dāng)在很多傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)中通過設(shè)備到設(shè)備連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)候。
發(fā)源于歐洲的、目的是激勵(lì)更大的制造業(yè)生產(chǎn)力的“工業(yè)4.0”，旨在幫助促進(jìn)更加智能、更加有競(jìng)爭(zhēng)力的工廠，其手段是從設(shè)備獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂脕慝@取市場(chǎng)份額以及利潤(rùn)率更高的信息。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)水平的生產(chǎn)力，哪種自動(dòng)化方式的性價(jià)比才是最高的？制造商們必須能夠適應(yīng)提供大量的個(gè)性化產(chǎn)品并且利用其供應(yīng)鏈以快速的節(jié)奏實(shí)現(xiàn)，否則其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就會(huì)做到。隨著事情進(jìn)展加快，常常會(huì)有擔(dān)心被淘汰的焦慮。
“制造商們需要快速適應(yīng)以學(xué)會(huì)如何為明天的消費(fèi)者服務(wù)。” Beckhoff自動(dòng)化有限公司北美地區(qū)運(yùn)營(yíng)董事長(zhǎng)Aurelio Banda說道。他認(rèn)為工業(yè)4.0的制造業(yè)連接性與今天大多數(shù)人對(duì)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的印象是類似的。
建立一個(gè)統(tǒng)一的連接標(biāo)準(zhǔn)
OPC基金會(huì)的統(tǒng)一架構(gòu)(OPC-UA)架構(gòu)是保證工廠現(xiàn)場(chǎng)橫向連接的一種方式，同樣上升到整個(gè)企業(yè)以及外部整個(gè)供應(yīng)鏈?？蛻粝胍獜牟煌闹圃焐棠抢镔?gòu)買機(jī)器，并在沒有復(fù)雜網(wǎng)關(guān)或只能選用一個(gè)供貨商來裝備整個(gè)工廠的限制情況下讓這些機(jī)器互相通訊。
“沒有一家制造商能做到全部，”Banda說道，“因此制造商的產(chǎn)品必須能夠與其他品牌的系統(tǒng)相連，這些要求往往是供應(yīng)商們不樂于實(shí)現(xiàn)的。為什么不嘗試在整個(gè)工廠里執(zhí)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊方式？例如使用OPC UA?”
智能工廠的實(shí)現(xiàn)
制造商需要考慮如何才能實(shí)現(xiàn)更高效的智能工廠。Banda給出了三個(gè)建議。
1.提高效率，這意味著更短的產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)間，更復(fù)雜的產(chǎn)品，更頻繁的物料更換，更快的發(fā)貨，更多包裝和分銷的不同組合，更好的變化預(yù)測(cè)、供應(yīng)鏈管理和產(chǎn)品跟蹤。
2.提高機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，減少人工成本，節(jié)省或合并使用工廠現(xiàn)場(chǎng)空間，增大生產(chǎn)能力并使用更少的資金。
3.減少?gòu)U料、垃圾和能源消耗；簡(jiǎn)而言之，停止浪費(fèi)錢財(cái)。
將這些付諸實(shí)施會(huì)帶來更大的靈活度和更高的效率以及更低的成本。全球化生產(chǎn)為制造商適應(yīng)有利潤(rùn)地、快速地和始終一致地完成需求提出了更大的挑戰(zhàn)。“以前，管理層很難對(duì)全球多個(gè)工廠生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。現(xiàn)在，我們可以通過先進(jìn)的工業(yè)通訊和自動(dòng)化軟件，輕松地實(shí)現(xiàn)對(duì)全球各地工廠實(shí)時(shí)信息的掌控。在這一點(diǎn)上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0的方法都是一致的：以統(tǒng)一的方式獲取數(shù)據(jù)。”Banda解釋道。
更靈活的未來制造業(yè)
未來的制造業(yè)將會(huì)出現(xiàn)更靈活的制造生產(chǎn)線以及更快、更加精密、更加智能和高效的機(jī)器，為與企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）這些IT世界提供更緊密的連接。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)所需要的工具包括智能化設(shè)備和系統(tǒng)以及分析工具。連接這些設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)不僅提供數(shù)據(jù)而且還會(huì)分析。用戶希望工具可以讓其體驗(yàn)更簡(jiǎn)單更容易。成為用戶認(rèn)同的一部分通常是一個(gè)自然而然的漸進(jìn)過程。
工業(yè)4.0推動(dòng)了第四代的工業(yè)革命。工業(yè)1.0是第一次工業(yè)革命，是由蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用推動(dòng)的。工業(yè)2.0包括通過使用傳送皮帶所帶動(dòng)的大規(guī)模生產(chǎn)。工業(yè)3.0隨著電子和IT的應(yīng)用而開啟的，使用計(jì)算機(jī)、數(shù)字控制以及可編程邏輯控制器(PLC)所進(jìn)行的自動(dòng)化生產(chǎn)。
作為下一步，工業(yè)4.0整合了“虛擬-現(xiàn)實(shí)”的生產(chǎn)系統(tǒng)。用戶決定制造商何時(shí)以及如何生產(chǎn)他們想要的產(chǎn)品。信息和通訊技術(shù)以及智能自動(dòng)化開啟了嵌入式生產(chǎn)系統(tǒng)和流程的整合，創(chuàng)造了智能的、面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)連接，從集中的模型轉(zhuǎn)換到分散的模型，并通過使用模型和智能軟件演化到“虛擬-現(xiàn)實(shí)”的設(shè)計(jì)和仿真。工業(yè)4.0下的生產(chǎn)制造將能采用供應(yīng)鏈提供的用戶數(shù)據(jù)來創(chuàng)造生產(chǎn)信息，從而讓制造商制定更加明智的決策。
工業(yè)4.0工作組在2013年4月曾指出實(shí)施工業(yè)4.0所面臨的最大的挑戰(zhàn)，從難到易的順序依次是：標(biāo)準(zhǔn)化，流程/工作架構(gòu)，產(chǎn)品可用性，新商業(yè)模型，安全，專業(yè)人才短缺，研究，培訓(xùn)和連續(xù)職業(yè)發(fā)展以及管理框架。
Banda指出那些幫助實(shí)施工業(yè)4.0的工具包括：更好的橫向及縱向通訊、發(fā)現(xiàn)服務(wù)、縱向及橫向建模信息、可擴(kuò)展性、操作系統(tǒng)及不受語言限制、安全授權(quán)、電子簽名、加密以及標(biāo)準(zhǔn)的使用。OPC UA和開放數(shù)據(jù)交換協(xié)議與基于PC的控制一樣，能夠?yàn)楣I(yè)4.0的實(shí)施提供幫助。例如，Beckhoff自動(dòng)化的可編程自動(dòng)化控制器集成了多種強(qiáng)大的自動(dòng)化功能和靈活連接性于一體的智能工業(yè)PC，其中包括OPC UA。
嚴(yán)格控制，更多節(jié)省
Banda舉了幾個(gè)通過先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)效率提升和成本降低的例子。比如，Husky公司的注模塑料容器通過采用基于PC的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)省：每件塑料部件用料減少10%，每年節(jié)省的物料成本超過182,000美元。部件重量的差異會(huì)控制在0.3%以內(nèi)。
在另外一個(gè)應(yīng)用案例中，Matrix 包裝機(jī)械公司重新設(shè)計(jì)了連續(xù)運(yùn)動(dòng)、縱向排列、填充以及密封機(jī)器，從而提供更緊密的數(shù)據(jù)連接且有能力隨著產(chǎn)品變化而變化各種變量。EtherCAT(一種工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議)被用于伺服機(jī)構(gòu)、單電纜電機(jī)以及輸入/輸出設(shè)備上，減小電纜尺寸、增加運(yùn)行時(shí)間20%到30%、減少浪費(fèi)15%、以及減少建筑成本將近50%。擁有了更大的靈活性以及更簡(jiǎn)單的通訊，產(chǎn)品的切換時(shí)間也縮短了。
Elster公司使用了滿足OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的“控制器到SAP ERP”系統(tǒng)通訊來實(shí)現(xiàn)工廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與企業(yè)其他部分和供應(yīng)鏈的更好的連接。傳感器數(shù)據(jù)上傳到控制器和云用于保障監(jiān)控和分析，并將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)庫(kù)。
Banda引用該公司創(chuàng)始者Hans Beckhoff的話解釋道，工程師有一種社會(huì)責(zé)任，那就是通過顯著提高產(chǎn)品制造的效率來提高制造業(yè)效率；其挑戰(zhàn)是要更加智能的控制機(jī)器。
德國(guó)的機(jī)柜生產(chǎn)商N(yùn)obilia必須要適應(yīng)大規(guī)模個(gè)性化制造來滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。Nobilia的智能機(jī)器可以互相之間、與智能單元和訂單工具進(jìn)行通訊，使得流程將原材料根據(jù)需要移動(dòng)到供應(yīng)鏈中來。面向?qū)ο蟮臋C(jī)器可以通過基于機(jī)柜訂單的“收據(jù)”實(shí)現(xiàn)互動(dòng)操作。
未來的工廠會(huì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)橫向和縱向連接，以更加經(jīng)濟(jì)有效的方式使用機(jī)器層面的控制器驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，使用人機(jī)界面進(jìn)行分析、趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)和報(bào)警，將信息與其他區(qū)域進(jìn)行交換，這是對(duì)可以更加積極的響應(yīng)客戶需求的智能工廠的要求。工業(yè)4.0促進(jìn)了使用先進(jìn)自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)的制造工業(yè)的進(jìn)一步革新，它提高了橫向和縱向的集成以及產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的整體設(shè)計(jì)。（作者：Mark T. Hoske）
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