案例研究。小型生产设施迈向工业4.0的第一步

伙伴 公司新闻, 连接器, 一般性 留下评论

IIoT和工业4.0是当今行业展会和博客文章中无处不在的话题。很多产品都承诺帮助你实现生产流程和数据与ERP等企业软件的垂直整合。但通常情况下,也有一个陷阱:要么你得到的是 复杂的产品,同样惊人的价格。 - 或尽管 IIoT的 承诺完全的跨厂商互操作性,你将会转为 厂商锁定特别是当你考虑到生产机器供应商与其设备一起销售的软件解决方案时。  

对于资源有限、IT部门规模较小或只有一人的小公司来说,这是一个两难的问题。虽然这类公司依靠灵活性与大企业竞争,因此需要采用工业4.0这样的模式,但这通常伴随着巨大的投资和一堵看似不可逾越的技术复杂性。  

在这个案例中,我想告诉大家,Connecting Software的? Connect Bridge集成平台 有助于填补这一空白,并提供 一个易于使用的工具箱,用于快速开始开发定制化产品 IIoT解决方案。  

关于客户和他的要求

客户是 一个小型的工业供应商,主要提供不锈钢板产品。 批量小(低至一个),产品组合复杂。  

为了能够在这个领域与其他厂家竞争,工厂需要技术的进步和生产工艺的不断进化。因此,客户已经开始 在生产过程中引入机器人激光焊接。s.虽然固态激光焊接具有许多优点,如失真度较低、焊缝几乎没有后期制作等,但由于其固有的精度需求和其他复杂的要求,它也是一个具有挑战性的过程。  

另一个挑战是将这种机器人焊接解决方案整合到生产计划中,获得必要的数据以(后)计算成本、质量控制等。  

尽管协作机器人技术的兴起,从而使这种应用渗透到生产中,但如今它们大多用于高度重复性的任务,所处理的产品/工艺几乎没有变化。因此,能够满足我的客户需求的生产计划软件的选择实际上是不存在的,因此,随着激光焊接工艺在其生产链中的不断适应,对定制解决方案的需求也在不断增加。  

所需经费 总之, 

  • 从机器人焊接系统(及其部件)中获取数据,用于(后)成本计算、质量控制、生产计划等目的。
  • 将这些数据整合到客户定制的ERP环境中。
  • 为机器人焊接提供一个生产计划工具,该工具是开放的,可供未来改进(如离线编程)。
  • 适应性强的解决方案,与公司共同成长
  • 避免供应商锁定,尽可能降低整个软件生态系统的复杂性和维护需求。

客户的IT环境

客户的IT环境是一个自然成长的环境,因此本身就很复杂。在它的基础上,它使用了一个传统的ERP系统,该系统通过定制的PHP网络应用和其他软件产品的接口(如CAD,CAM,如激光打样软件......)和客户系统进行直接的数据交换。所有这些都是在一个Windows/Linux混合的服务器环境和一个几乎完全基于Windows的活动目录的客户池中进行的。文件服务主要基于Windows共享和Dropbox(在较小程度上)。  

随着微软Windows 10和Office 365的不断迁移,像SharePoint或OneDrive在公司IT流程中的实施等话题可能会引起人们的兴趣。   

一般来说,客户的策略是通过尝试减少不同技术的使用量(LAMP堆栈、AD、Windows、O365、遗留系统等)来降低其IT基础设施的复杂性,从而提高可管理性,降低整个生态系统的维护成本。

生产环境

生产机械通常具有固有的较长使用期。因此,并不是所有的机器都为工业4.0应用而配备,或者在这方面提供的功能非常有限。因此,本文只关注机器人焊接应用及其集成需求。 

该焊接系统是由德国知名厂商提供的交钥匙解决方案,包括一个固态激光源、一个带旋转倾斜台的机器人、一个带摄像系统的加工头、高功率激光应用所需的保护电池、控制系统和辅助系统(吸气、集尘、冷却)。  

该系统的各部件通过各种标准工业互连(数字IO。 剖面图, 以太猫,标准以太网)。)根据供应商的规范,只有一个标准以太网接口暴露在客户的网络基础设施中。 该接口连接到机器供应商的整体PLC系统,并只提供非常有限的访问机器数据和控制系统。 它提供了一个OPC UA接口,只有很少的数据点(低于10个)可用。而且只有当工厂使用机器供应商的生产计划软件在机器的PLC上运行时,它们才会被填充。因此,事实证明,这个接口对我的客户现在并不太有用。这种情况可能会改变。不过,由于这个暴露的OPC UA接口是一个正在进行中的工作,它可能会在未来的更新中得到更多有用的功能。 

但由于许多机器的子部件使用标准的以太网作为通信方式,因此可以实现更多的访问。在机器的内部网络中,机器人的PLC、激光源和焊接头的摄像系统都是可以访问的。但如果不做进一步的修改,并不是所有的机器都能提供必要的工具来提供方便的OPC UA访问。  

第一个步骤

第一步,目标是直接从机器的部件中获取数据。  

通过Connect Bridge(CB)直接控制这些系统不是目标,因为它可能会违反机器安全所必需的单点控制原则。  CB为OPC UA标准提供了一个易于使用的接口,而OPC UA标准在当今的PLC和机器中越来越普遍。 虽然这个标准可以用来建立实时通信,并因此取代目前由工业现场总线系统实现的功能,但在我们的方案中,实时功能是不必要的。虽然有SDK可以直接将OPC UA堆栈集成到我的客户的应用中,但它们通常是复杂的,因此与降低复杂性的目标相矛盾。  

因此,选择权落在了 Connect Bridge 其优势在于 设置简单,免去SQL的烦恼 基于接口的OPC UA,以及其他本地和云端服务,以及。 超高性价比

数据调查的频率

在这家工厂,新技术正在经历适应过程,所以机器人焊接系统只在单班运行,即使在工作时间内,机器也不会持续运行。因此,此时获得的数据可能是有用的,但也可能证明对于未来的使用或预测目的是不可靠的。这是基于客户从其他生产机器(如激光切割机)上采集数据的经验。某些因素--当一个生产周期结束时,机器操作员是否在场,数据采集何时被触发--证明了即使是看似高度准确的数据也可能描绘出错误的画面,而且细粒度并不总是判断生产过程效率的必要条件。 

因此: 30秒的投票频率相当低 目前用于数据采集。  

在这第一步中,客户要从这3个主要组件中轮询数据。  

  • 激光源。 
  • 机器人的PLC。
  • 摄像系统。 

不过,目前只能连接激光源,机器人的PLC和摄像系统因其原因无法使用。  

为什么机器人PLC无法连接

该机器人PLC可通过以太网访问,但运行的是传统的OPC接口。由于其制造商的软件限制,它不能运行OPC UA。一个OPC-OPC UA接口也许能够挽救这种情况,但在兼容性方面没有得到机器制造商的绿灯,安装这种软件似乎并不可行。 此刻客户正在开发一种变通方法:机器人的PLC的数字IO将通过工业PC连接,以获得准确的信息(如生产过程何时开始或结束),并触发一个更严格的数据采集窗口。  

为什么相机无法连接

摄像系统与整个机器的PLC相连,外部客户似乎无法访问。由于视觉系统对质量控制和过程记录很有用,目前正在评估使用一个额外的外部摄像系统来解决这个问题。

激光源的OPC UA

这就剩下激光源了。幸运的是,这个系统配备了 融合了先进的OPC UA接口的先进控制器。 与几个级别的访问:匿名访问与有限的读取能力,只读,读写。如前所述,出于机器安全的考虑,读写式访问是不可能的。因此,选择了只读访问。  

这个界面提供了大量的数据。  

  • 激光系统的整体状态
  • 运行周期、使用功率、...
  • 错误和维护信息

通过CB,客户在C#中开发了一个Windows服务,以定期轮询数据,并将其编入几个SQL数据库表,供将来使用。这些表可以提供诸如一般数据、设备使用情况、激光源产生的维护/错误信息表等信息。  

但如何应用这些数据呢? 

一个大问题:如何使用机器数据

第一个有价值的见解是 汇编机器日志信息s.我的客户过去的经验是,并非所有的机器都能通过重新启动来保存其日志文件。此外,机器操作员并不总是准确地向他们的主管报告故障和错误。当发生严重故障时,这可能导致机器停机时间超过必要的时间。 如果这一天机器还在运行的话 - 是一个重要的问题。 

为了方便公司技术管理部门的访问,这样的日常报告会被生成PDF文件,并存储在共享的Dropbox中,以备需要打开机器厂商的支持电话。  

当然,目前这只是CB巨大能力的一个非常有限的应用。客户正在制定的下一步措施是:  

  • 连接到机器人的PLC(如果不能通过数字IO,则通过数字IO),以获得生产周期的精确启动/停止时间。 

结合公司的考勤表系统,可以更好地了解机器的时间。 其实在 生产,以及有多少时间用于教学(机器人编程)和/或装载/卸载/维护; 

  • 摄像系统接入:由于激光焊接是一种不同的焊接工艺,我的客户在交付任何真正的产品之前,需要对这种生产方式进行认证。如果能够不断地、自动地交付完整的焊接过程文件,这样的过程将更容易实现。 

此外,随着计划中使用的复杂性和服务的减少,一旦在所有相关客户上推出,从Dropbox-Shared转向OneDrive就迫在眉睫。该客户还对可能的数据分析感兴趣,以便进行预测性维护。 

结论

如上文所述,该项目正处于起步阶段,距离一个功能齐全的IIoT解决方案还有很长的路要走。但是,只要付出很少的初期努力,就可以利用该项目为客户开发一个有用的演示器。 Connect Bridge的强大能力.作为一个开发者。 它帮助我避免了进入另一个连接栈的细节。 (如OPC UA或Dropbox API)。而对于我的客户来说,它提供了 集中通信栈 与其他供应商的解决方案相比,其价格也非常具有竞争力,因为其他供应商的解决方案有时具有复杂的许可设置,其许可基于其工具访问的设备数量,甚至是获取的数据点数量。 

使用的缩略语

CB--Connect Bridge 集成平台

PLC - 可编程逻辑控制器 
一般来说,具有实时能力的计算机系统,处理能力相对较低(与标准PC设备相比),具有工业现场总线接口和数字IO,用于控制机械。 

IIoT--工业物联网 

OPC UA - OPC统一架构 

CAD - 计算机辅助设计 

CAM - 计算机辅助制造 

背景资料

本案例研究分析了OPC UA协议在奥地利一个小型生产设施中收集最新机器数据的应用。一个 OPC UA连接器 建在 Connect Bridge集成平台Connecting Software 用于将机器数据拉到报表表中,以便及时维护生产设施中的设备。该集成平台通过标准的ODBC、JDBC和Web服务驱动程序接受简单的创建、读取、更新和删除(CRUD)SQL查询。然后,这些查询被翻译成目标系统的标准API调用"""。一些预建的连接器允许将这些数据传送到ERP、MES、CRM、DMS系统等,以便进一步开发。 

关于作者

理查德-马耶 创始人 flupo Systemtechnik e.U. 专注于中小企业的工业IT和自动化技术。在创办自己的公司之前,Richard曾在一家高功率激光应用的研发机构工作(在激光技术、有限元模拟、工业机器人、PLC编程、工业现场总线系统方面积累了经验),并在一般IT领域有超过10年的经验,专注于中小企业环境下的软件开发(不同软件产品之间的接口、生产计划应用)。他拥有 硕士 维也纳大学数学学位 

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注