Beckhoff 工業(yè) 4.0 模型

工業(yè)4.0 的目的是通過通訊和智能聯(lián)網(wǎng)功能使得生產(chǎn)過程更加靈活、高效并具有可持續(xù)發(fā)展性，從而提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。這一方案的一個(gè)主要部分是控制技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的潛能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被激發(fā)出來。成熟的通訊方法，信息和自動(dòng)化技術(shù)的不斷融合將帶來重大的技術(shù)進(jìn)步— 而這也正是 Beckhoff 多年來其基于 PC 的控制和現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)所關(guān)注的焦點(diǎn)。

信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的融合是工業(yè) 4.0 的核心理論，而 Beckhoff 毫無(wú)疑問是最早提出這一核心理念的先驅(qū)，早在 25 年前，Beckhoff 就推出了其基于 PC 的控制技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)為未來的發(fā)展提供了理想的控制架構(gòu)。基于PC的自動(dòng)化控制解決方案成為智慧工廠的核心技術(shù)。隨著 PC 作為公認(rèn)的技術(shù)平臺(tái)，與 Beckhoff 的自動(dòng)化設(shè)備規(guī)范（ADS）、EtherCAT 自動(dòng)化協(xié)議（EAP）和 OPC 統(tǒng)一架構(gòu)（OPC UA）相結(jié)合，用戶擁有了他們實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 所要求的各種縱向和橫向整合的所需的所有資源。

在實(shí)施工業(yè)4.0 的過程中，Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)為這些方案提供了理想的工具箱?，F(xiàn)在，越來越多的用戶將 Beckhoff 的控制器集成到他們的生產(chǎn)系統(tǒng)中，讓這些控制器與數(shù)據(jù)庫(kù)通訊，通過因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)或要求基于云計(jì)算機(jī)的服務(wù)。Beckhoff 為這些領(lǐng)域提供了各種相關(guān)技術(shù)、功能和服務(wù)。新的產(chǎn)品和技術(shù)上的進(jìn)步將在未來幾年內(nèi)繼續(xù)為工業(yè) 4.0 的發(fā)展提供支持。

 eckhoff 基于 PC的控制技術(shù)使得今天將生產(chǎn)系統(tǒng)和軟件模塊無(wú)縫集成到現(xiàn)有的或新的系統(tǒng)中成為可能，且它們不僅可以實(shí)現(xiàn)相互間的通訊，還可以與上位生產(chǎn)規(guī)劃和控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊。因此作業(yè)計(jì)劃或目前的生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的任何變化都會(huì)對(duì)生產(chǎn)流程產(chǎn)生直接的影響。所有這一切都已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。但要全面實(shí)施工業(yè) 4.0 仍然需要在未來幾年里開展更多的研究和開發(fā)工作。

Beckhoff 的技術(shù)涵蓋了智慧工廠的各個(gè)子過程：

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◆傳感器與云計(jì)算機(jī)之間一直保持通信

◆通過“物聯(lián)網(wǎng)”實(shí)現(xiàn) M2M（機(jī)器到機(jī)器/人） 通信

◆以基于Web 的操作控制臺(tái)和谷歌眼鏡形式呈現(xiàn)的最新操作和診斷方案

◆通過集成的測(cè)量技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能提高工藝過程的可靠性

◆通過電力監(jiān)控和能源管理實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)

◆RFID 作為部件跟蹤和“智能產(chǎn)品”的基礎(chǔ)

◆機(jī)器人技術(shù)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)技術(shù)的整合

◆通過XTS 線性傳輸系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)定位能力實(shí)現(xiàn)靈活、高效的 1...n 范圍的批量生產(chǎn)

◆安全和保障一體化

◆一致的工程設(shè)計(jì)

◆通過實(shí)時(shí)仿真減少調(diào)試時(shí)間

◆為全球各地提供遠(yuǎn)程生產(chǎn)設(shè)施維護(hù)

Beckhoff 積極參與德國(guó)工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略

Beckhoff 積極參與到德國(guó)工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略中，發(fā)起了“ScAut”（科技自動(dòng)化）研究項(xiàng)目。為了實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)系統(tǒng)更加智能化的目標(biāo)，該項(xiàng)目主要集中在將不同應(yīng)用領(lǐng)域的工程知識(shí)和科學(xué)研究成果整合到自動(dòng)化技術(shù)中。ScAut 是“it’s OWL”（北威州智能技術(shù)系統(tǒng)）技術(shù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 45 個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目之一。2012 年，“it’s OWL”被宣布為德國(guó)聯(lián)邦教育和科研部（BMBF）高科技戰(zhàn)略中的“尖端集群”。

ScAut 項(xiàng)目的目標(biāo)是為開發(fā)和運(yùn)行智能、自我優(yōu)化的機(jī)器和系統(tǒng)提供一個(gè)科技自動(dòng)化平臺(tái)，對(duì)于智能化、可重復(fù)使用的自動(dòng)化解決方案的實(shí)施，Beckhoff 提供軟件模塊或智能總線端子模塊。憑借這些創(chuàng)新，生產(chǎn)系統(tǒng)將能夠自動(dòng)調(diào)整自己的行為：智能技術(shù)系統(tǒng)預(yù)測(cè)磨損，減少排放和污染，優(yōu)化能效，避免制造缺陷。因此，可以減少?gòu)U品、吞吐時(shí)間和有害物質(zhì)的排放，且可以延長(zhǎng)工具的使用壽命，提高機(jī)器的可持續(xù)性，無(wú)需為自動(dòng)化技術(shù)花費(fèi)很多成本。

平臺(tái)將由四個(gè)試點(diǎn)應(yīng)用合作開發(fā)。系統(tǒng)制造商 Hüttenh?lscher Maschinenbau GmbH & Co.KG（威爾）、木材加工系統(tǒng)制造商IMA Klessmann GmbH（呂貝克）和 Schirmer Maschinen GmbH（威爾）以及廚具制造商 Nobilia-Werke J. Stickling GmbH & Co. KG（威爾）都積極參與了此次合作。他們定義了新的自動(dòng)化解決方案的需求，開發(fā)了解決方案并在實(shí)施中共同測(cè)試和驗(yàn)證。項(xiàng)目所需的基本技術(shù)和科學(xué)研究是與帕德博恩大學(xué)合作完成的。

這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教育和科研部（BMBF）在尖端集群“北威州智能技術(shù)系統(tǒng)”（it’s OWL）提供資金，并由卡爾斯魯厄項(xiàng)目管理中心（PTKA）管理。作者為本出版物中的內(nèi)容負(fù)責(zé)。項(xiàng)目資金參考號(hào)：02PQ2000

倍福中國(guó)積極推廣智慧工廠理念

倍福在中國(guó)積極推廣“智慧工廠”理念，“智慧工廠”是由中國(guó)科技自動(dòng)化聯(lián)盟提出的現(xiàn)代化工廠理念。

中國(guó)科技自動(dòng)化聯(lián)盟是以“科技自動(dòng)化”為核心理念的，以科技創(chuàng)新與自動(dòng)化相結(jié)合為主題的，從事科技自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用、服務(wù)等業(yè)務(wù)的企業(yè)、事業(yè)單位自愿組成的行業(yè)性聯(lián)盟。

“智慧工廠（Smart Factory）”是以現(xiàn)代管理理念和先進(jìn)制造技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)為核心的，更靈活、更高效、更安全、更環(huán)保、更和諧和可持續(xù)的新一代制造業(yè)范式。有三點(diǎn)說明，第一，“智慧工廠”中的“工廠”不是狹義理解的制造車間或生產(chǎn)車間，而是指每一個(gè)制造業(yè)內(nèi)的企業(yè)（包括研發(fā)型企業(yè)和制造服務(wù)企業(yè)）及其上下游生態(tài)系統(tǒng)。所以，智慧工廠實(shí)際上是指智慧型的制造業(yè)企業(yè)及其生態(tài)系統(tǒng)；“智能車間”、“數(shù)字化工廠”、“虛擬制造系統(tǒng)”是“智慧工廠”的一部分，不等于智慧工廠；第二，新一代制造業(yè)范式，強(qiáng)調(diào)最佳管理理念和先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合，它是一系列戰(zhàn)略、流程、技術(shù)、組織和系統(tǒng)的組合，是制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)卓越運(yùn)營(yíng)的一系列最佳實(shí)踐；第三，“智慧工廠”強(qiáng)調(diào)在智能裝備和 IT 系統(tǒng)支持下，組織中不同角色的人基于數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)能進(jìn)行更有效、更及時(shí)的決策。智慧來自于智能裝備和智能產(chǎn)品、更來自于人。

立足于我國(guó)制造業(yè)當(dāng)前情況，我們將未來三至五年能夠?qū)崿F(xiàn)的智慧工廠目標(biāo)稱之為“中國(guó)智慧工廠 1.0”“中國(guó)智慧工廠 1.0”可以概述為“兩結(jié)合三集成三模型”，具體而言：

1 兩結(jié)合：體現(xiàn)了數(shù)字制造和智能制造的結(jié)合。

1.1 數(shù)字制造包括了產(chǎn)品、管理、服務(wù)和裝備的數(shù)字化，將數(shù)字樣機(jī)、虛擬試驗(yàn)/制造過程體系與實(shí)際數(shù)字制造過程體系整合起來。

1.2 智能制造涵蓋了智能部件、裝置和系統(tǒng)，可向上構(gòu)建數(shù)字化車間和數(shù)字化企業(yè)。

2 三集成：裝備的橫向集成，信息的縱向集成，產(chǎn)品生命周期和企業(yè)價(jià)值鏈集成。

2.1 裝備的橫向集成。包括智能裝備內(nèi)部自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，包括生產(chǎn)線上裝備與裝備之間的聯(lián)網(wǎng)，也包括生產(chǎn)線和生產(chǎn)線之間、車間和車間之間、工廠和工廠之間的聯(lián)網(wǎng)，這

是實(shí)現(xiàn)智慧工廠的物理基礎(chǔ)。

2.2 信息的縱向集成，則是指主要設(shè)備互操作性和關(guān)鍵信息一致性得到解決，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件平臺(tái)對(duì)裝備資產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的管理，數(shù)據(jù)或信息可以自上而下和自下而上有效流動(dòng)，從而為下一步的大數(shù)據(jù)分析和高級(jí)智能決策奠定內(nèi)容基礎(chǔ)。

2.3 產(chǎn)品生命周期和企業(yè)價(jià)值鏈集成。首先，把裝備產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運(yùn)維升級(jí)、報(bào)廢拆解直至進(jìn)入再循環(huán)的整個(gè)生命周期集成起來；其次，將產(chǎn)品制造企業(yè)的分析需求、獲取訂單、供應(yīng)鏈和制造、物流交付、獲取收入、售后服務(wù)直至獲取新的訂單的整個(gè)循環(huán)集成起來。

3 三模型：物理模型、信息模型和資源模型。

3.1 物理模型，用不同自動(dòng)化公司的產(chǎn)品組合借助統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)控制一條生產(chǎn)線上的不同裝備。

3.2 信息模型，借助統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)和信息穿透管理層、控制層直至最底層的 I/O 和執(zhí)行器。

3.3 資源模型，站在能源（如電，天然氣，油）和資源（如水，稀土及貴重金屬）管理的角度對(duì)工廠的各個(gè)運(yùn)營(yíng)層面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析及管理。

“中國(guó)智慧工廠 1.0”面向裝備制造企業(yè)和終端產(chǎn)品制造企業(yè)提出了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：

1 裝備制造企業(yè)總目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)裝備電子化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化、知識(shí)化和服務(wù)化奠定基礎(chǔ)。

2 終端產(chǎn)品制造企業(yè)總目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)精益制造和敏捷制造，開始由資源驅(qū)動(dòng)型向信息驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變。

可以看出，“中國(guó)智慧工廠 1.0”實(shí)際上站在企業(yè)戰(zhàn)略、過程、組織、技術(shù)和系統(tǒng)的綜合角度，為中國(guó)制造業(yè)的大多數(shù)企業(yè)描繪出一個(gè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)和自我跨越的現(xiàn)實(shí)路徑。正如德國(guó)工業(yè)4.0 一樣，中國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越應(yīng)該在政府的倡導(dǎo)下，變成企業(yè)家及廣大從業(yè)者的自覺行動(dòng)。