图1 自动化金字塔。
图1 自动化金字塔。
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纺织染整领域的自动化始于80年代,今天纺织工厂要达成工业4.0不需要从零开始。整个生产链上的公开统一标准在不远的将来是不会发生的。现在互用性催生了新技术:建立完善的计划、定期性的维护、以及预测性的能源管理,可以立即带来实际和经济方面的好处。

愿景与现实

工业4.0、智能工厂和大数据——我们一直处于新闻报道和大量出版刊物的包围之中,向我们灌输数字化所带来的好处。欧洲的工程组织已成立了工作组,制定白皮书和标准化规范。制造商也许会有这样的想法: 新技术使许多事情都在飞速发展变化,也许最好是等待技术更为成熟时再进行投资。

但实际情况是: 与互联网主机实时通信或内置有PLC的智能传感器等技术,在可见的将来并不会取代今天纺织生产的技术。

当然,从销售人员的经济观点来看,最有利可图的途径是以公开统一标准推动蓝海战略。现实中,由于技术问题,在染整领域这种情况是不会发生的。

图1中的自动化金字塔有5层,每一层由高度专业化的解决方案占据,产品都按照技术和安全要求进行优化。有关MES功能(Manufacturing Execution System,制造执行系统)的详细信息可以从国际标准IEC 61512中获取。

我们可以理解,在机器层面或ERP上工作时,“实时”可以有不同的解释。

追溯到90年代早期,当时研究机构设法使全球各种现场总线系统标准化,即所谓的“总线战争”。视乎应用领域,现场总线具有不同的协议、组件和拓扑结构。直到2000年的时候,最终制定了IEC 61158标准,但其结果只是8种规范的折衷。在2002年,已扩充到更多类型。

当扩展到电脑操作系统方面,到目前为止,微软Windows、苹果IOS或谷歌Android之间并不兼容。这说明了统一标准化这些组件或操作系统的难度有多大,最终的标准可能涉及诸多可能性。

数据已在你的系统中

由于低工资国家所带来的竞争越来越激烈,加上交付时间越来越短,能源和环境成本越来越高,因此自上世纪90年代以来,纺织生产迫切需要创新。多年来,许多公司推出了用于数据管理的ERP软件。但是,在高效协调和优化生产方面,这并不足够。

另一方面,机器和控制系统的功能越来越强大,并可以连接到监控软件。在这一层次上已经可以收集并传输来自制造过程的所有信息和数据,但这种同一层次定向方式的效率不高。ERP的计划系统和监控软件的功能没有办法融合,必须进行协调让企业获益。(参见图2)

对于传统系统,单个生产过程的优化需要许多时间和成本,但新系统例如德国SETEX OrgaTEX中控可以提供全新的可能性。可以说,中控不只是单单将系统价值提升到工业4.0的水平。过去几年,MES软件总体上都增加了许多功能。但是,可持续性和高效方法只有通过将生产单元植入高效双向通讯网络才可实现——与机器的通讯和机器之间通讯。在这方面,SETEX系统通过其集成的网络基础架构,为工业4.0解决方案提供了坚实的基础。

工业4.0机械定期检修案例

为了达到性能最佳,最可靠的水平,纺织印染和整理机械需要定期对各种部件进行维护,视乎其使用年期、工作时间、使用频率、工艺具体要求或综合这些因素而定。

为了实现数字化定期检修工作流程,包括基于数据分析的预防性维护,存在的挑战是要在每个系统层增添新的功能,而且实现各种系统层之间高效的通讯。

智能维护对各方面都带来好处。因为生产机械的意外停机,会向维护人员发出紧急通知,从而影响人员的调配、生产的交期、和运营的成本。图3解释了一些细节。

MES中的一个软件模块会管理所需数据,预测、规划维护工作,并与日常生产计划互动。该软件会有每个机器维护部件的定义(信息物理融合系统)、维护规则(来自机器制造商)、详细数字化文件和计划板。

维护计划是通过分析参数来进行预测,这些参数需要添加到PLC和HMI中。PLC和HMI层使用规定的操作系统和专有功能。标准MES软件需要“翻译器”在各层之间通讯。出于安全、技术和其他原因,这种接口的工作功能没有本地直接通讯般强大。

由于SETEX是机器控制系统和MES软件的供应商,所以每个系统层都具有可互操作的附加功能。

所形成的这种可互操作系统提升了各方面的价值。维护模块集成到MES中,可以更好地进行生产规划,更好地处理复杂的情况。通过预测定期检修能够延长机械设备的使用寿命,具有经济效益上的优点。

预测性能源管理系统

为了经济及环保的可持续性,机器设备制造商必须向价值链的高端移动,这里涉及能源和资产的管理。功能强大的软件和经适当设计的网络可实现所有相关系统之间的智能实时通讯,甚至可实现“机器到机器”连接。

与传统监控能源流量系统不同,预测性能源管理系统会提早在达到峰值之前便采取对应行动。

一个令人感兴趣的工作区域是避开电力和天然气使用高峰,高峰期使用会大幅增加成本。虽然在不同的国家、不同的客户需要不同的技术“功能”,但所有最后都归结为 “下一步最佳行动”概念的算法。

图5中的应用范例是控制平衡能源负荷。程序会按照时段配置系统天然气和电力负荷参数。

计算逻辑预测到临界蒸汽负荷后,应用软件会选择行动效果,采取对生产时间和成本影响最小的行动。例如,在生产过程中可以改变运行参数,避免对质量和计划产生影响。行动链包括加染化料系统、热水锅炉、机器料桶、每个工作机器程序的步骤、生产工艺情况等。如果两台机器的生产步骤相同,机器自身之间会采取直接行动。

到目前为止,预测是基于适当参数的规范分析机理。越来越多的人要求更多分析工具(无分析师)的趋势将促进业务分析软件的发展,软件将具有进行趋势分析的认知能力。

在我们的计算机变得比人类既有的知识更聪明之前,还是应该由现代MES系统(如OrgaTEX)收集并贮存数据,从一开始便通过数字化工作流程来发挥染整领域的潜力。

Jürgen Jerzembeck是智达纺织电脑有限公司(SETEX)的市場營銷部主管。