过程提速:从数字工厂到实时工厂 -凯发推荐

uesoft 发表于 2010-1-15 13:49:00

过程提速:从数字工厂到实时工厂

过程提速:从数字工厂到实时工厂
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 2008-1-24 14:22:57 来源:网络 

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  在许多工厂和工业中,数字化工厂已经在产品开发过程中成为一个集成的部分,而且对于中小企业来说,其重要性也日渐增加。

  一个集成的过程链——从产品创意到生产——,需要一个无缝的处理过程,从数字工厂到实际的工厂。这需要技术型的开发环境,能将工厂生产周期中的所有环节都能规划和合并起来。

  制造工厂对市场需求的响应速度的快慢,是成功与否的重要因素。需要能快速适应目前的生产设备和生产状况的改变。新的工厂必须能快速设立,而且还需具有高水平的规划,高可靠性和高质量。同时,在成本增长的压力下,生产力也必须增加。

  能解决这些问题的,且已经建立或已经得到验证的方案,就是数字工厂,它能将产品开发和生产过程计划联系在一起。在未来,在数字工厂的范围内,数字工程提供方法,支持所有生产过程中的工艺段,从工厂计划到电气和机械设计,一直到虚拟运行和对工厂维护和服务的支持。

  所有的数据都输入配置工具和软件。产品创造的整个过程,都由数字化规划成整体的生产过程。

  转换

  当计划、开发和建立一个工厂

  ,各个不同的部分都有不同的软件工具。计划阶段由初始数据开始,如部件列表、采购条件等类似滚轴传送机的资源。随着在工厂开发过程的不断深入,产生或指派的数据就越来越多。在机械设计阶段,资源的基本数据被定义,如驱动或传感器、流量图表(电动、气动或液压),以及2d和3d模块。然后电气设计增加更多的数据,如电气元件、i/o,以及一些必须的软件模块。所有这些不同的数据由不同的专业软件工具产生。数据产生后被存储在相对应的数据库内。目前,在过程中存在的缺陷是,不同软件工具和它们数据之间的不完全融合。用户需要一个方案,能将所有的配置数据综合起来,支持一次性数据输入,并保证数据在所有软件中的一致性。必须可能改变参数和数据的设置,无须专门的软件工具。

  适用模块

  配置软件主要的功能是结构化模块和它的数据模块。在模块设计的规划阶段,很有必要详细地考评数字工厂和工艺环境的需求,特别是it的支持。以下是一些比较重要的因素:一个数字化工厂通常需要基于用户的工艺。每个工艺的每一分步,都要在组织单元中被规划好;为实现优化,工艺随时需要改变,或根据新的环境重新适应;对于过程优化来说,标准的资源的重要性不断提高;这个同时简化了配置工厂维护;资源通常根据它们在工厂中的特性定义。资源之间的的关系也需被仔细的定义。

  能通过软件实现的生产力水平的高低,是根据每个工艺被支持的程度来的确定,以及,现有的系统环境能规划的程度确定。这意味着,基本的功能必须能保证运作,而且功能能在过程的中进行扩展;工厂的整体规划可看成是各个不同的范畴通信的一个中央枢纽,涉及了不同人群众,如客户、工厂工程公司,操作员等。

  以下的重要模块标准建立在如下这些观点的基础上:集成至现有过程环境的开放性;囊括新的功能的延展性;支持标准资源和资源组;以资源间的技术的关系构成数据库;集成工厂规划,支持相关的但属于不同范畴各部分之间的通信。

  结构模块

  数字化工程的配置工具的结构必须能支持开放性和可扩展性。数据界面须能在xml的输入/输出界面中应用,能实现大量的数据同其他软件工具间的交换和同步。对于并行的配置任务,相关的软件工具间的双向的数据交换是必须的。改变标记、数据信息、明确标签(甚至对外部系统采集来的数据)是定义xml方案的中心元件。

扩展性是通过功能性界面来保证的。扩展套件能通过这些界面加载。这些套件提供更强大的功能和数据机构,能分析现有的配置数据。例如,用户能为其自身的发电机增加plc程序,或其他软件工具。作为可选增加项,扩展性套件能从供应商处获得。

  数据模块

  创造一个数据模块需要规划分层式的工厂结构,数据库的使用,以及根据不同的标准搜索到的所有的性能。以下描述仅仅说明了数据模块的局部,其对促进生产力的增长起到相当重要的作用。

  工厂元件,例如工作站、传送带和传感器等,都在采用了电子资源方式进行了规划。有了端口,用户能描述工厂各个部分之间的关系。这可以包括所有特有部件的关系(例如,传送带由皮带、传感器和马达组成),以及功能化结构关系,如在不同传送机之间的原料流。

  此外,某些资源,包括各种数据,共同描述了各种特性。例如,可以是传送器参数部分的plc程序,如传送器速度和相关连续控制。此外,数据能提供界面定义,被指定成资源的端口。这个指定从文字上提供了资源的所谓的“插头和插座”功能。基于这些功能,有可能通过一个信号端口产生各种必要的信号关系。

  规划型工厂的配置

  如上所述,工厂规划是技术导向型过程的重要因素之一。这就是说,自动化方案的图形化的配置是数字化工程概念的重要组成部分。这一概念包括了将工厂设计计划融入配置环境。资源的模版,包含各种数据,并能在数据库中得以使用。这些都放置在规划中,并相互连接。然后,原料流能被设置(不同资源之间的上游/下游关系),不同的功能组,如plc区域,控制台区域、紧急停车电路、操作模式组等。

  数字化工程方式能形成基于规划的所有资源的配置,而且还能描述各个资源间的关系。在囊括了工厂规划后,用户得到工厂技术的整体观点,可用于清晰地描述工程和各个功能。

  连接软件工具的各个项目能通过专业的程序产生器自动建立,同时也能保证高质量(相对于手工编程方式)。

  类真实模拟

  在工程环境中,下一步就是虚拟试运行。这里,曾使用在基于规划的工厂配置中的虚拟工厂模型,现在由真实的自动化技术转换并控制。自动化技术中不仅包含了硬件,也包含了软件。这个阶段,虚拟的试运行成为一个

  类真实的模拟,不需要建立真正的工厂。采用这种方法,用户能在真正运行前检测并消除任何工厂配置中的故障。

  虚拟运行需要什么?

  第一步,测试生成的软件项目,在一个模拟的环境中,用工厂的虚拟的数据模型实现。其次,保证软件在真实的plc上能运行。此时,相互连接的现场设备仍然是虚拟的。然后,真正的操作员控制台能被集成在整个环境中,以确保操作员提前控制工厂。也就是说,虚拟的元件由真正的工厂元件一步一步来替代。

  虚拟运行确保早期设计阶段高质量的配置方案。这也意味着在实际的工厂运行中需要的时间更少。

用户支持工厂现场

  另外,对于工程环境,还有一个重要的步骤,用户需要支持工厂现场。工厂规划将被包括在hmi系统中。通过连接工厂规划和工厂的过程信号,用户能对工厂的整体有个相当清晰的整体观点。所有来自自动化系统的信息,如诊断信息,都直接在工厂规划上清晰的显示出来。

  未来之路

  数字化工程能使同一的方法、应用方式和过程,并采用统一的数据库。即,这个新的工程方法,能减低成本,减少规划时间,提高功能模块的可靠性。从数据工厂到真正的工厂的转化中,很重要的一个方面归功于先进的各学科之间、各个部门之间的协同工作。

  我们已经在集成工程的发展中,取得的初步的进步,但前方的路仍然很长。

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