工业 4.0 将为我们带来可观的价值和利益,如果用一个词来概括,就是“效率”。新兴技术、新的通信标准能够驱使工厂进一步智能化,根据各种采集数据进行评估,并将我们掌握的知识应用到生产设施中。这样一来无论是生产力,还是效率和安全性都将获得极速提升。谈到灵活性,它为何如此重要? 对于消费者而言,需求趋势在不断改变,客户更希望拥有定制化产品和即时交付;企业则必须紧跟消费者的需求,提供灵活的服务,做到快速制造、更 改和转换不同的产品。这需要从生产设施中获取更大的敏捷性,并尽可能重复利用资产以提 高生产率,如此一来企业内部才能从容面对世界大事和供应链变革,实现新的生产率和营收 目标,以在全球舞台保持竞争力。
ADI 公司有自己的工业 4.0 战略,其中一些关键技术产品将有助于客户快速抓住市场机遇、迅速推出开发成果,最终实现工业 4.0 的目标。例如软件可配置 I/O 系统、智能边缘节点、实时确定性以太网通信、高精度运动控制以及设备健康监测等。
工业 4.0 的其中一方面,实际上就是控制网络的演变,下图是一个具有代表性的过程控制系统,但也适用于工厂自动化等。演变从图左侧的当前状况开始,它采用 4 至 20 mA 和现场总线技术,该技术已经广泛应用多年,非常稳定、安全且易于理解。但其中的问题是,从传 感器和执行器获得的信息数据速率极低,为 1.2 kbps,而可以传递给该传感器的最大功率约为 30 至 40 mW。
(图:向T1L过渡中的灵活性)
在图的最右侧可以看到被称为 10BASE-T1L 的技术,也就是 IEEE 802.3cg 标准,它可以实现传感器到以太网的连接,完全替代 PLC 和 DCS 的传统 I/O 功能。不过,它需要在控制系统中使用全新的仪器仪表和架构。 图中间部分则是“Brownfield Ethernet”。 可以把它想象成一个现有工厂,您可能想对一些传感器进行升级,希望尽可能多地重复利用现有工厂设施,同 时又希望充分利用高性能 PLC、DCS 及通信标准。
这里的关注重点就是远程 I/O,它可用于与现有工厂进行通信,在 4 至 20 mA 或现场总线之间进行转换,再回传至以太网以利用资产。右侧 T1L 技术的一个要点是,该传感器创建以太网数据,然后一路向上回传到云中。 一切都是为了尽可能提高资产性能的目的,这正是业界所需要的。
(图:灵活性能够在整个产品生命周期中,不断为客户创造价值)
就为客户创造价值而言,真正的灵活性可以在整个产品生命周期中创造价值。
对于灵活系统或可用于多种不同模式的系统,从系统架构方面来看,您可以简化该架构,因为您无需使用大量的不同元件,不必考虑多个不同硬件的互操作性;从硬件设计方面来说, 您将专注于单一平台进行开发;同样,利用软件,您只需要开发一个单一平台,之后可在软件中进行自定义;从业务开发方面来看,同样可利用该平台根据客户的实际确切需求进行配置;在 BOM 物流方面,由于专注于单一平台的开发,因此可以尽可能提高物料清单的利用率并降低物流成本;在制造方面,单一设计、单一产品和制造可以使您从中获得规模效益; 同样对测试来说,这是单一产品的测试;从产品物流(即产品支持及实际产品运输)方面来说,您所关心的同样是投放到市场的单一平台。
若与固定功能实现方案相比较,从系统架构层面来说,我们仅需设计单个产品,然后通过定制化软件来满足众多客户的不同需求。在硬件设计方面,如下图所述,实际上专注于可重复利用设计,这样您只需设计一组硬件,并在软件中对其进行配置,就可以执行多种不同功能, 减少投入该平台的研发费用。
软件设计方面同样可重复利用,您只需选择选项并针对不同应用配置硬件,或配置硬件使其 适合不同的应用,就能减少测试量,缩短开发时间并释放资源。至于业务开发方面,通常对 于控制系统开发一个全新的 PLC 系列,就必须开发大量的 I/O 产品与之配合工作,在整个平台完成时可能会有多达 50 或 60 种不同的 I/O 产品。如此需要花费非常长的时间才能真正将所有功能交付市场,可配置实现方案能够缩短上市时间(TTM)和解决问题时间(TTR),以更快速地获取收益。
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