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歐洲最大的櫥柜制造商柏麗櫥柜公司位于德國(guó)威爾市的兩家工廠每年能夠生產(chǎn)超過58萬套櫥柜。這是真正意義上的批量生產(chǎn)，但這里真正的特色是同時(shí)還可以完成客戶定制訂單。Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)部件和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的通用透明性提供了理想的基礎(chǔ)，能夠在數(shù)量為 1 的批量生產(chǎn)中靈活、有效地提供個(gè)性化櫥柜——完全符合工業(yè) 4.0 的理念。

每天有約 2600 套整體櫥柜從柏麗的兩個(gè)生產(chǎn)工廠離開，交付到客戶手中。柏麗技術(shù)總監(jiān) Martin Henkenjohann 表示：“盡管是批量生產(chǎn)，我們完全根據(jù)客戶的意愿來制造櫥柜，這意味著生產(chǎn)批量數(shù)量最小可以為 1。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們?cè)缭?1990 年開始，就保持整個(gè)生產(chǎn)過程中所有的部件和生產(chǎn)數(shù)據(jù)透明性和通用性 ，包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和個(gè)性化加工步驟，我們始終能夠確切地知道哪里有某個(gè)特定的廚房家具在加工序列中，從而讓我們能夠應(yīng)對(duì)日益變化的客戶需求。”

工業(yè) 4.0 要求整個(gè)工藝過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的工業(yè) 4 . 0 理念， 以及在生產(chǎn)中獲得更高的靈活性的前提是確保所有機(jī)器和部件數(shù)據(jù)的透明性。Mar t inHenkenjohann 在解釋這對(duì)于柏麗的意義時(shí)說道：“實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)工藝過程的能力是基本要求。在柏麗這通過貼上一個(gè)包含一件家具所有必要信息的條形碼標(biāo)簽開始，標(biāo)簽包含關(guān)于各種機(jī)器上進(jìn)一步的加工步驟的生產(chǎn)方面的信息與詳細(xì)的物流信息，如裝貨時(shí)間和卡車信息或送貨地址。每臺(tái)加工機(jī)器掃描條形碼并從中央Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)或從Web服務(wù)檢索相關(guān)的機(jī)器數(shù)據(jù)。”

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的透明性使得每天生產(chǎn)2600套個(gè)性化櫥柜成為可能。88個(gè)不同的門板設(shè)計(jì)構(gòu)成這一過程的基礎(chǔ)，而且每個(gè)設(shè)計(jì)的后面都有250個(gè)不同的條目。根據(jù)門板的樣式，以及諸如配件和把手或面板型號(hào)等，可以打造出各種落地櫥柜、壁柜和立式櫥柜。在談及各種整體櫥柜的物流管理時(shí)，Martin Henkenjohann解釋說道：“例如，一個(gè)抽屜前板的條形碼包含整個(gè)抽屜的配置，包括其寬度和深度、后板的高度和把手類型。生產(chǎn)設(shè)施相應(yīng)地提供所有必需的部件，啟動(dòng)正確的加工順序，并確保所需的抽屜‘準(zhǔn)時(shí)化順序供應(yīng)’地放在一個(gè)貨運(yùn)車廂中。貨車然后開到裝配區(qū)，在那里，成品櫥柜柜體與抽屜和其它部件（如推拉門）組裝在一起。通過實(shí)時(shí)跟蹤，我們可以隨時(shí)確切地知道每個(gè)部件在生產(chǎn)過程中的哪個(gè)步驟中。這完全符合工業(yè) 4.0 理念。”

生產(chǎn)過程通過時(shí)間單位控制，并按照日期排列

柏麗廚房家具的生產(chǎn)規(guī)劃是通過時(shí)間單位來控制的，即跟蹤立式櫥柜、落地櫥柜和壁櫥，以確定它們?cè)谀膫€(gè)生產(chǎn)序列中，這些序列的排列是否正確。最終，所有的部件必須在正確的時(shí)間內(nèi)從總共 9 個(gè)裝配線進(jìn)入到裝貨流水線，從而讓每套整體櫥柜的所有柜體、電器和附件可以全部按時(shí)裝到正確的卡車上。

導(dǎo)入客戶訂單的規(guī)劃以及生產(chǎn)控制由調(diào)度部門負(fù)責(zé)，調(diào)度部門在計(jì)劃交付櫥柜之前短短四天才最后定下生產(chǎn)計(jì)劃，因此產(chǎn)能利用率必須非常靈活。為了在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)正確地考慮到所有客戶要求，柏麗已在很大程度上保存了產(chǎn)品型號(hào)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。除此之外，用于立式櫥柜、落地櫥柜及壁柜的三個(gè)裝配線的每一個(gè)也都可用于在一定限度內(nèi)生產(chǎn)其它兩個(gè)櫥柜類型之一。Beckhoff公司銷售經(jīng)理Dieter Grossekatthofer說明了這一點(diǎn)：“通過使用基于PC的控制技術(shù)和為盡可能多的不同的加工工藝設(shè)計(jì)的裝置，機(jī)器涵蓋的范圍非常廣泛。可以通過對(duì)機(jī)器進(jìn)行優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)靈活性。”

柏麗櫥柜自1990年以來，就一直注重實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化制造

PC 控制作為一個(gè)開放、高效的系統(tǒng)

柏麗櫥柜數(shù)據(jù)透明性的想法孕育于1990年，以滿足對(duì)生產(chǎn)能力不斷增長(zhǎng)的需求。據(jù)Martin Henkenjohann所述，自最初柏麗就決定選用基于PC的控制技術(shù)：“這些年來，我們一直都與Beckhoff專業(yè)合作伙伴有著非常密切和富有成效的合作。沒有PC控制的開放性和高性能，對(duì)我們的異構(gòu)生產(chǎn)環(huán)境，通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)很可能無法實(shí)現(xiàn)。此外，整個(gè)系統(tǒng)是非常靈活的，因此具有可持續(xù)發(fā)展性，這意味著它可以輕松應(yīng)對(duì)不斷變化的要求。”

每一個(gè)部件都可以通過唯一的條形碼非常明確地分配給正確的廚房家具

在整個(gè)訂單相關(guān)的生產(chǎn)序列中，不僅是機(jī)器信息，還有有關(guān)家具部件生產(chǎn)狀態(tài)的信息，都可以通過Beckhoff的控制面板和面板型PC進(jìn)行檢索。

通過Beckhoff的控制技術(shù)以及與柏麗合作開發(fā)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，ERP和設(shè)計(jì)軟件之間建立了一個(gè)緊密結(jié)合的中央鏈路。這樣可以滿足歷史性的增長(zhǎng)和相應(yīng)的異構(gòu)生產(chǎn)景觀要求。同時(shí)，它可以通過不斷集成獨(dú)立的解決方案繼續(xù)挖掘產(chǎn)能潛力。1996年柏麗引進(jìn)了Beckhoff的基于Windows的TwinCAT自動(dòng)化軟件，有了TwinCAT后，整個(gè)系統(tǒng)不再需要由一臺(tái)控制計(jì)算機(jī)完全控制。對(duì)于每一臺(tái)這類設(shè)備，都可以提供一個(gè)預(yù)先定義的、定制化TwinCAT應(yīng)用程序，這僅需要簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置。一方面，這樣可以簡(jiǎn)單地將現(xiàn)有的知識(shí)傳輸?shù)剿械脑O(shè)備中，另一方面，軟件工程可以更加高效。

Dieter Grossekatthofer認(rèn)為能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行模塊化是TwinCAT的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“相對(duì)于較早的、沒有真正重疊通信的獨(dú)立解決方案，現(xiàn)在可以創(chuàng)建個(gè)性化的功能模塊。這在調(diào)試期間是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@些模塊可以單獨(dú)調(diào)試，然后簡(jiǎn)單地組合。這樣大大縮短了調(diào)試時(shí)間，便于對(duì)柏麗生產(chǎn)線不斷進(jìn)行現(xiàn)代化改造。”

通用的 PC 控制技術(shù)

柏麗在其兩個(gè)生產(chǎn)工廠中普遍采用Beckhoff 的PC控制技術(shù)，從EtherCAT I/O系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制直到控制柜式工業(yè)PC和控制面板以及TwinCAT PLC/NC。即使是一些采用傳統(tǒng)PLC技術(shù)的舊機(jī)器，也可以通過基于PC的控制技術(shù)集成。Matthias Gehle總結(jié)道：“盡管機(jī)器池非常龐雜，也可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)同構(gòu)數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)保存在柏麗中央數(shù)據(jù)庫(kù)中。在生產(chǎn)工廠實(shí)施的由Beckhoff開發(fā)的專用高級(jí)語(yǔ)言應(yīng)用程序與這一數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通訊，并給各自的設(shè)備控制器提供適配信息。這些年來，這一直是不斷提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵所在。”

進(jìn)一步提高產(chǎn)能潛力，邁向工業(yè) 4.0 時(shí)代

工業(yè)4.0是一個(gè)在未來10至20年才會(huì)全面實(shí)施的概念。現(xiàn)在，柏麗已經(jīng)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了這一概念，但Martin Henkenjohann看到一些中短期進(jìn)一步發(fā)展的潛力：“經(jīng)過測(cè)試后，目前，我們正在使用RFID和RTLS（實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)），旨在使得家具的識(shí)別更加可變（與條形碼系統(tǒng)相比），并更清楚地給它們提供所有必要的信息。此外，我們的生產(chǎn)控制也將從它最佳支持的TwinCAT3和多核工業(yè)PC技術(shù)中獲益。”

鏈接采訪

倍福中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)推廣經(jīng)理 范斌

Q：倍福目前在“智能工廠”領(lǐng)域取得的業(yè)績(jī)？

A：工業(yè)4 . 0的核心是自動(dòng)化和IT技術(shù)的融合。而倍福已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域耕耘了20多年。在80年代，倍福就開始用自動(dòng)化專用的控制CPU技術(shù)與來自于IT界的PC技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出工業(yè)用PC；集成了控制專用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與Windows的結(jié)合，開發(fā)了TwinCAT控制軟件，并開創(chuàng)基于PC的控制理念；不斷創(chuàng)新的技術(shù)、產(chǎn)品、解決方案的應(yīng)用都不斷驗(yàn)證了PC控制的高性能、高柔性、高靈活性和低成本優(yōu)勢(shì)。直到后來的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT技術(shù)的推出，將起源于IT的以太網(wǎng)技術(shù)完美應(yīng)用到了自動(dòng)化領(lǐng)域，并打破了現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊瓶頸，革命性地提升系統(tǒng)的性能。而隨著IT技術(shù)的不斷進(jìn)步，倍福又推出了集成有Visual Studio的TwinCAT3控制軟件平臺(tái)。

目前，工業(yè)4.0或者智能制造這些話題承載著太多我們對(duì)于制造業(yè)未來的描述，然而，對(duì)于倍福來說，“智能工廠”今天已經(jīng)實(shí)現(xiàn)：在德國(guó)工業(yè)4.0聯(lián)盟Its OWL中倍福主導(dǎo)的相關(guān)項(xiàng)目里，歐洲頂級(jí)櫥柜品牌柏麗櫥柜的智能制造生產(chǎn)線就是一個(gè)典型的范例。為了更好地支持工業(yè)4.0，倍福在2015紐倫堡SPS/IPC/Drives展會(huì)上推出了TwinCAT IoT和TwinCATAnalystics的功能。前者可以通過MQTT協(xié)議直接將控制器中的數(shù)據(jù)上傳到云。而TwinCAT Analystics是用來做數(shù)據(jù)分析的，它可以在本地網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，也可以在外部服務(wù)器通過獲取云上的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控并掌控機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、健康預(yù)測(cè)等。

因此，無論是工業(yè)4.0，還是智能制造、智能工廠，雖然是近年興起的流行詞匯，但是具體實(shí)現(xiàn)這些理念的技術(shù)、產(chǎn)品和方案并不是一蹴而就的，它需要技術(shù)的沉淀，產(chǎn)品的研發(fā)和實(shí)施，方案的可靠性實(shí)現(xiàn)等等，而倍福在這個(gè)方向上已經(jīng)有二十多年的know how和經(jīng)驗(yàn)，并仍持續(xù)努力實(shí)踐著。

Q：倍福為用戶打造“智能工廠”的核心產(chǎn)品或者解決方案有哪些？具有怎樣的特色和優(yōu)勢(shì)？

A：對(duì)于一個(gè)智能工廠來說，其核心仍然是控制系統(tǒng)。工廠的控制系統(tǒng)、流水線的控制系統(tǒng)、單個(gè)機(jī)器的控制系統(tǒng)的性能決定著整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的性能、效率等。倍福基于PC控制的解決方案，通過利用高性能的（多核的）工業(yè)PC和強(qiáng)大的TwinCAT控制軟件和算法，為控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大的大腦。EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)打破了通訊的瓶頸，將底層的所有數(shù)據(jù)高效率傳輸?shù)絀PC。底層的I/O適用于幾百種信號(hào)類型，特殊I/O甚至可以解耦于PLC運(yùn)算周期實(shí)現(xiàn)超采樣功能，滿足特定測(cè)量測(cè)試的應(yīng)用場(chǎng)合。高動(dòng)態(tài)性能的專為EtherCAT研發(fā)的伺服驅(qū)動(dòng)器為高端的運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用提供可能。這些高性能部件集成的整套PC控制方案，一方面提供了充分的性能，甚至為面向未來的應(yīng)用提供足夠的余量；二來節(jié)省了所有的專用硬件，因?yàn)樗械倪\(yùn)算都可以移植到高性能PC中；三來提供了極高的靈活性，無縫集成各種設(shè)備，來自于不同廠商、不同總線技術(shù)的不同類型的產(chǎn)品和子系統(tǒng)，支持任意的拓?fù)漕愋汀４送猓陡５腡winCAT向上提供了各種接口，包括OPCUA，Oracle database，SAP，TCP/IP或者Profinet等，方便直接與MES對(duì)接，而新近推出的TwinCAT IoT則提供了直接通過MQTT鏈接云的可能。而最重要的一個(gè)特點(diǎn)就是倍福系統(tǒng)的開放性，這點(diǎn)是互聯(lián)互通的核心所在，只有開放的靈活的系統(tǒng)才可以完美地鏈接上層應(yīng)用和底層設(shè)備，倍福提供開放的軟硬件控制平臺(tái)，正是開放性的忠實(shí)實(shí)踐者。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年1月刊