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，從而提高德國工業(yè)的競爭力。這一方案的一個主要部分是控制技術(shù)，該項技術(shù)的潛能還遠遠沒有被激發(fā)出來。成熟的通訊方法，信息和自動化技術(shù)的不斷融合將帶來重大的技術(shù)進步— 而這也正是 Beckhoff 多年來其基于 PC 的控制和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)所關(guān)注的焦點。

信息技術(shù)和自動化技術(shù)的融合是工業(yè) 4.0 的核心理論，而 Beckhoff 毫無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 作為公認的技術(shù)平臺，與 Beckhoff 的自動化設(shè)備規(guī)范（ADS）、EtherCAT 自動化協(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)庫通訊，通過因特網(wǎng)進行遠程維護或要求基于云計算機的服務(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)進行通訊。因此作業(yè)計劃或目前的生產(chǎn)運行中出現(xiàn)的任何變化都會對生產(chǎn)流程產(chǎn)生直接的影響。所有這一切都已經(jīng)在實際應(yīng)用中得到驗證。但要全面實施工業(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子過程：

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◆傳感器與云計算機之間一直保持通信

◆通過“物聯(lián)網(wǎng)”實現(xiàn) M2M（機器到機器/人） 通信

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

◆通過集成的測量技術(shù)和狀態(tài)監(jiān)測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)

◆機器人技術(shù)和創(chuàng)新驅(qū)動技術(shù)的整合

◆通過XTS 線性傳輸系統(tǒng)的高動態(tài)定位能力實現(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

◆通過實時仿真減少調(diào)試時間

◆為全球各地提供遠程生產(chǎn)設(shè)施維護

Beckhoff 積極參與德國工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略

Beckhoff 積極參與到德國工業(yè) 4.0 戰(zhàn)略中，發(fā)起了“ScAut”（科技自動化）研究項目。為了實現(xiàn)制造技術(shù)系統(tǒng)更加智能化的目標，該項目主要集中在將不同應(yīng)用領(lǐng)域的工程知識和科學(xué)研究成果整合到自動化技術(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 個創(chuàng)新項目之一。2012 年，“it’s OWL”被宣布為德國聯(lián)邦教育和科研部（BMBF）高科技戰(zhàn)略中的“尖端集群”。

ScAut 項目的目標是為開發(fā)和運行智能、自我優(yōu)化的機器和系統(tǒng)提供一個科技自動化平臺，對于智能化、可重復(fù)使用的自動化解決方案的實施，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)將能夠自動調(diào)整自己的行為：智能技術(shù)系統(tǒng)預(yù)測磨損，減少排放和污染，優(yōu)化能效，避免制造缺陷。因此，可以減少廢品、吞吐時間和有害物質(zhì)的排放，且可以延長工具的使用壽命，提高機器的可持續(xù)性，無需為自動化技術(shù)花費很多成本。

平臺將由四個試點應(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化解決方案的需求，開發(fā)了解決方案并在實施中共同測試和驗證。項目所需的基本技術(shù)和科學(xué)研究是與帕德博恩大學(xué)合作完成的。

這個研發(fā)項目由德國聯(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，并由卡爾斯魯厄項目管理中心（PTKA）管理。作者為本出版物中的內(nèi)容負責(zé)。項目資金參考號：02PQ2000

倍福中國積極推廣智慧工廠理念

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

中國科技自動化聯(lián)盟是以“科技自動化”為核心理念的，以科技創(chuàng)新與自動化相結(jié)合為主題的，從事科技自動化相關(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)代管理理念和先進制造技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)、信息和知識為核心的，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，強調(diào)最佳管理理念和先進制造技術(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)實現(xiàn)卓越運營的一系列最佳實踐；第三，“智慧工廠”強調(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)、信息和知識能進行更有效、更及時的決策。智慧來自于智能裝備和智能產(chǎn)品、更來自于人。

立足于我國制造業(yè)當前情況，我們將未來三至五年能夠?qū)崿F(xiàn)的智慧工廠目標稱之為“中國智慧工廠 1.0”“中國智慧工廠 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、虛擬試驗/制造過程體系與實際數(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)價值鏈集成。

2.1 裝備的橫向集成。包括智能裝備內(nèi)部自動化系統(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)庫和軟件平臺對裝備資產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行初步的管理，數(shù)據(jù)或信息可以自上而下和自下而上有效流動，從而為下一步的大數(shù)據(jù)分析和高級智能決策奠定內(nèi)容基礎(chǔ)。

2.3 產(chǎn)品生命周期和企業(yè)價值鏈集成。首先，把裝備產(chǎn)品的概念設(shè)計、創(chuàng)新研發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝調(diào)試、運維升級、報廢拆解直至進入再循環(huán)的整個生命周期集成起來；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）管理的角度對工廠的各個運營層面進行監(jiān)測，分析及管理。

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

1 裝備制造企業(yè)總目標：實現(xiàn)裝備電子化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，為進一步實現(xiàn)智能化、知識化和服務(wù)化奠定基礎(chǔ)。

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

可以看出，“中國智慧工廠 1.0”實際上站在企業(yè)戰(zhàn)略、過程、組織、技術(shù)和系統(tǒng)的綜合角度，為中國制造業(yè)的大多數(shù)企業(yè)描繪出一個實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級和自我跨越的現(xiàn)實路徑。正如德國工業(yè)4.0 一樣，中國制造業(yè)實現(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。