某重型機械制造企業(yè)是全球最大的混凝土機械制造商,2020年以98,705臺挖掘機的銷量,首奪全球挖掘機銷量冠軍。該企業(yè)產(chǎn)品包括混凝土機械、挖掘機械、起重機械、樁工機械、筑路機械。其中,混凝土設備為全球第一品牌,挖掘機、大噸位起重機、旋挖鉆機、路面成套設備等主導產(chǎn)品已成為中國第一品牌。但取得成就的同時,該企業(yè)也遇到了重型機械制造業(yè)普遍會遇到的困難。
生產(chǎn)制造遇到瓶頸,企業(yè)工廠亟待轉(zhuǎn)型
該企業(yè)的制造工廠中配備了一些大型數(shù)控機床,用來制造各種零件,然后由工廠的其他部分組裝成重型設備。操作員的工作包括調(diào)度和手動輸入每一個單獨的工單到不同的數(shù)控機床。一旦操作人員長期工作疲勞而不小心在數(shù)控機床上輸入了錯誤的信息,就意味著生產(chǎn)過程發(fā)生變化,這些錯誤往往會導致機器停工返工,以及重新制造新零件,增加生產(chǎn)成本。
并且該企業(yè)也曾嘗試過升級工廠全自動化,并在整個過程中部署了消費級4G/無線設備,但仍無法解決信號差的問題,這就意味著由于網(wǎng)絡不穩(wěn)定,機器無法準確接收生產(chǎn)數(shù)據(jù)。因此,該企業(yè)決定采用5G技術(shù)重新開始改造其生產(chǎn)工廠。
研華助力工廠5G部署,提供可擴展性解決方案
為了實現(xiàn)生產(chǎn)工廠的升級轉(zhuǎn)型,該企業(yè)需要做到以下三點:
(1)在數(shù)控機床之間搭建MES系統(tǒng)以實現(xiàn)IT/OT融合。
(2)采集數(shù)控機床的電機、伺服、核心軸和運行時間的數(shù)據(jù),以實現(xiàn)預測性維護。
(3)管理所有工廠流程,因此在所有生產(chǎn)站都安裝了模塊以進行跟蹤和監(jiān)控。
針對該企業(yè)的需求,研華提供支持5G的工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)邊緣控制器UNO-137解決方案。UNO-137是一款多功能設備,實現(xiàn)了工控機、網(wǎng)關(guān)和5G CPE的綜合功能,是符合OPC-UA的以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。UNO-137采用了模組化設計,可以擴展更多的I/O接口,支持最新的5G通訊,可以兼容市面上大多數(shù)5G通訊模組,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的無時延、大帶寬上傳。同時UNO-137采用了接口全隔離的設計,達到了更高的工業(yè)等級,運行溫度達到了-40℃~70℃,通過了IEC 61010標準,更適合在工業(yè)控制現(xiàn)場使用,并且提供了15年的供貨周期,方便設計定型后的長時間供貨。滿足工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的需求,連通IT和OT之間的鴻溝。
在該項目中,UNO-137被放置在高架機柜中使用,并內(nèi)置AIW-355 5G模塊??刂破鲝臄?shù)控機床采集數(shù)據(jù),再通過電信公司提供的專用5G網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)。
UNO-137可以很方便快捷地與工廠原有的生產(chǎn)平臺集成,將數(shù)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)從數(shù)控控制器傳輸?shù)焦S的MES或私有云。UNO-137充當以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān),將多種功能集于一身,幫助客戶快速部署5G工廠全自動化。
研華解決方案具有可擴展性,如果未來客戶需要更多的模擬/數(shù)字I/O來采集機器狀態(tài)數(shù)據(jù),ADAM-6300系列遠程以太網(wǎng)I/O模塊可以集成具有安全OPC UA協(xié)議的5G網(wǎng)絡,實現(xiàn)IT/OT無縫融合。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要硬件產(chǎn)品包括:
(1)UNO-137:工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)邊緣控制器。UNO-137是一個可擴展、高可靠、面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的硬件平臺,適用于多元化應用,可以應用于數(shù)據(jù)采集、設備上云、PC-Base控制,將IT與OT無縫連接,助力設備和工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,能夠快速、經(jīng)濟、高效地實現(xiàn)多樣化的工業(yè)應用。
(2)AIW-355:具有M.2 3052 Key-B接口的高度集成的5G WWAN模塊。
(3)ADAM-6300:OPC UA以太網(wǎng)I/O模塊。
結(jié)語
5G作為新一代的無線連接技術(shù),在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和B2B市場中扮演著關(guān)鍵角色。隨著5G逐漸在垂直市場中的應用,越來越多的行業(yè)將從中獲益,以5G為核心,將極大地提高制造企業(yè)運營效率。
在中國,5G技術(shù)正在蓬勃發(fā)展,基礎設施/站點正在快速建設中,但支持5G且足夠可靠,足以運行整個運營的邊緣系統(tǒng)仍然相對較少。由于該項目的成功,該解決方案被當?shù)卣x為5G示范項目,用以展示5G工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)制造的成功應用,獲得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
精彩對話
研華科技工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)群資深產(chǎn)品經(jīng)理王逸
自動化博覽:研華科技在市場競爭中的特點和核心優(yōu)勢是什么?
王逸民:研華是國內(nèi)工控機市場的領(lǐng)軍者,多年積累的口碑是研華最大的優(yōu)勢,同時作為Intel IoT事業(yè)群的核心伙伴,研華在X86平臺機器的研發(fā)能力和技術(shù)積淀也是有目共睹的,產(chǎn)品更新迭代和產(chǎn)品線豐富程度上,研華也要遠遠領(lǐng)先于其他廠商。
自動化博覽: 您認為近年來工控機/嵌入式系統(tǒng)在技術(shù)發(fā)展上體現(xiàn)出哪些特點?研華科技近期在工控機/嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新有哪些?
王逸民:近年來工控機/嵌入式系統(tǒng)兩極分化越來越明顯,一方面,工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起,讓工控機在IT/OT融合方面扮演了重要角色,這部分應用對機器性能、AI算力要求更高;另一方面,工業(yè)4.0的逐步推進,讓原有的PLC/DCS為主的自動化系統(tǒng)變得更加彈性和智能,并且和傳統(tǒng)的上位系統(tǒng)間的區(qū)別越來越小。研華也順應這個趨勢推出了工業(yè)級服務器、AI平臺以及PC-Based控制系統(tǒng),兩者互相配合,可以幫助客戶實現(xiàn)從云到端,從客戶到工廠,從管理層到一線工人的智能化、透明化的管理和生產(chǎn)。
自動化博覽: 您感受到近年來在工控機/嵌入式系統(tǒng)用戶需求和市場發(fā)展方面呈現(xiàn)出怎樣的變化?
王逸民:其一,工控機/嵌入式系統(tǒng)的用戶群體將會大大擴展,從原有的自動化工人,到企業(yè)的辦公人員、IT人員,從原來的硬件系統(tǒng)集成商,到云平臺、SaaS系統(tǒng)集成商,都會廣泛使用工控機。
其二,工控機/嵌入式系統(tǒng)將會變得越來越不像一臺“Pc機”,設備廠家,會對其進行專門定制,使其融入客戶設備中;最終用戶,則會要求工控機/嵌入式系統(tǒng)更加貼近項目應用需求,使其“一機多能”。
自動化博覽: 定制化和專用化將是未來工控機重要的發(fā)展趨勢之一,研華科技在此方面有何布局?
王逸民:研華工控機/嵌入式系統(tǒng)各個產(chǎn)品線都有專門的定制化團隊,可實現(xiàn)板級、系統(tǒng)級的全新定制。研華同時也成立了許多行業(yè)化系統(tǒng)開發(fā)團隊,如運動控制和視覺、交通、電力、環(huán)保、量測、油氣、AI、醫(yī)療、零售、物流等行業(yè)化團隊,專門研發(fā)不同行業(yè)的專用工控機。
自動化博覽: 自主可控、安全可信是近幾年國家一直倡導發(fā)展的方向,研華科技在此方面有何應對策略?
王逸民:對于自主可控,研華專門在北京、昆山、深圳三地成立了大陸本土研發(fā)團隊,專門針對國產(chǎn)化需求進行了全新的開發(fā),包括兆芯、海光、飛騰、瑞芯微,研華都有對應的產(chǎn)品上市。對于安全可信,研華的嵌入式工控機UNO系列,全系標配了TPM芯片,保證了數(shù)據(jù)的安全可信,并且針對國家商用密碼局的要求,全部提供TCM芯片出貨。
摘自《自動化博覽》2021年11月刊