跨越制造智能—對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步挖掘和分析

羅克韋爾自動(dòng)化（中國）有限公司 華镕

企業(yè)制造智能（EM I）

企業(yè)智造智能簡稱為制造智能（M I），是一個(gè)專用名詞，即使用軟件把公司制造相關(guān)的數(shù)據(jù)從多個(gè)源收集到一起，完成報(bào)告、分析、可視概要、企業(yè)級(jí)和工廠級(jí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹Ｓ捎跀?shù)據(jù)的收集來自多個(gè)源，所以計(jì)算的結(jié)果能夠體現(xiàn)一種新結(jié)構(gòu)或新內(nèi)容，從而引發(fā)新思考，能夠幫助用戶找到哪些地方需要忽略，哪些地方需要改進(jìn)。制造智能的基本目的就是把大量的制造數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際有用的知識(shí)，并且通過這些知識(shí)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，獲得更多的收益。

制造智能有五個(gè)核心功能，每個(gè)實(shí)施企業(yè)制造智能的應(yīng)用都應(yīng)該體驗(yàn)到：

? 數(shù)據(jù)收集：使來自多源的數(shù)據(jù)（大多來自數(shù)據(jù)庫）更有意義；

? 融入背景：提供一種新結(jié)構(gòu)或新模型，使結(jié)果能夠幫助用戶找到他們所需要的內(nèi)容。文件夾通常使用一種分層的樹型結(jié)構(gòu)，類似于ISA-95標(biāo)準(zhǔn)提到的形式。

? 數(shù)據(jù)分析：能使用戶能夠跨越源、特別是超越生產(chǎn)地點(diǎn)來分析數(shù)據(jù)。這通常包括了真實(shí)、特別報(bào)告的能力。

? 數(shù)據(jù)可視：提供工具創(chuàng)建數(shù)據(jù)的可視概要 ，對(duì)瞬間最重要的信息可提醒和告知決策者注意。最常用的可視化工具是儀表板。

? 數(shù)據(jù)傳播：數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，從生產(chǎn)現(xiàn)場到企業(yè)級(jí)系統(tǒng)，諸如SAP。

對(duì)數(shù)據(jù)切割、粉碎、混合、攪拌

羅克韋爾自動(dòng)化的FactoryTalk Metrics（智能制造）軟件、FactoryTalk Historian（歷史數(shù)據(jù)庫）軟件，通過關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）和整體設(shè)備性能（OEE），可以為用戶提供一種協(xié)同、基于角色改進(jìn)性能的方法。

目前的制造設(shè)施，由于系統(tǒng)獨(dú)立、數(shù)據(jù)分散而造成很多效率低下的問題。在這種環(huán)境下生產(chǎn)，實(shí)際上會(huì)造成成本升高，阻礙生產(chǎn)率的提高，得到的信息不完整，導(dǎo)致做出的決定不明智，結(jié)果會(huì)使材料浪費(fèi)和產(chǎn)品召回，丟失我們的忠實(shí)客戶，延遲新產(chǎn)品的發(fā)布。使用來自羅克韋爾自動(dòng)化的組合工具，制造商能夠?qū)崿F(xiàn)信息可視化，避免人工數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)報(bào)告錯(cuò)誤的發(fā)生。統(tǒng)一生產(chǎn)模型（UPM）把采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸饬x的可執(zhí)行行動(dòng)，在工廠里能夠迅速提高基于用戶角色的操作能力，如圖1所示。

圖1 FactoryTalk軟件實(shí)現(xiàn)信息可視化

關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI），諸如停機(jī)時(shí)間、生產(chǎn)量和勞動(dòng)成本，長期以來一直是制造商衡量生產(chǎn)運(yùn)行是否良好的標(biāo)準(zhǔn)，但這些指標(biāo)也對(duì)系統(tǒng)提出了更高的要求：

? 信息是精確和及時(shí)的嗎？

? 怎樣把工廠中出現(xiàn)的問題融入運(yùn)行畫面？

? 怎樣把系統(tǒng)獲取的信息得到實(shí)際的利用？

自動(dòng)數(shù)據(jù)采集可以克服由于人工記錄KPI例如停機(jī)時(shí)間精度和實(shí)時(shí)性的問題。使用羅克韋爾自動(dòng)化的FactoryTalk Metrics來記錄機(jī)器事件，不管是停機(jī)還是運(yùn)行，不管是否成為下游的瓶頸，都可以清楚地顯示在操作員的屏幕上。但知道停機(jī)出現(xiàn)僅是事件的一個(gè)部分。如果與FactoryTalk Historian的時(shí)間戳信息聯(lián)系在一起，制造商就能夠把各自的過程變量像溫度、壓力、速度、和現(xiàn)在其他的生產(chǎn)變量與該產(chǎn)品的歷史最佳參數(shù)進(jìn)行比較。

事件和比較的可視化能力對(duì)于制造商是至關(guān)重要的。通過這些參數(shù)可以找出機(jī)器事件和過程變量之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)問題所在，及時(shí)做出調(diào)整，這是制造智能能夠提高運(yùn)行效能的金科玉律。

比如，一臺(tái)包裝機(jī)寫進(jìn)了一份OEM的采購合同，規(guī)定這臺(tái)設(shè)備必須以90%的效率運(yùn)行。當(dāng)機(jī)器放在現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)采集開始后，用戶非常清楚地發(fā)現(xiàn)：它達(dá)不到這個(gè)性能等級(jí)。無論制造商如何調(diào)節(jié)參數(shù)，得到的是相同的結(jié)果。制造商然后注意到：每當(dāng)生產(chǎn)線速度提高時(shí)，設(shè)備就要停機(jī)，因?yàn)闄C(jī)器需要一段時(shí)間加熱，然后才能正常運(yùn)行。因?yàn)闄C(jī)器事件帶有記錄的過程數(shù)據(jù)，制造商通過分析，很容易證明：這臺(tái)設(shè)備的加熱器尺寸不夠大，這是OEM設(shè)備的一個(gè)設(shè)計(jì)缺陷，因此不得不進(jìn)行修改，否則會(huì)一直得到壞結(jié)果。

這種機(jī)器事件的相關(guān)性過程數(shù)據(jù)，使用Fac to ry Ta lk VantagePoint就可以獲得。FactoryTalk VantagePoint收集多種數(shù)據(jù)，如果把它們放在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中，可以為基于角色的操作員提供顯示和報(bào)告，同時(shí)提供行動(dòng)指南。它還可以為用戶創(chuàng)建直接指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行的KPI，從一條生產(chǎn)線到多個(gè)工廠，判斷生產(chǎn)狀態(tài)是否都在有效運(yùn)行。

“這個(gè)想法非常簡單。”麥特 · 喬達(dá)諾說，他是羅克韋爾自動(dòng)化的產(chǎn)品經(jīng)理,“如果問題是停機(jī)，用戶不用查別的，報(bào)告會(huì)給出問題的原因。信息無論是來自控制器或者歷史數(shù)據(jù)庫，質(zhì)量系統(tǒng)能夠給出相關(guān)的報(bào)告，提供解決問題的明確方法。”

另外，F(xiàn)actoryTalk VantagePoint為用戶提供了可視化，顯示停機(jī)事件或其他相關(guān)的KPI數(shù)據(jù)，所以，當(dāng)某一數(shù)據(jù)開始走偏，用戶可以對(duì)系統(tǒng)用鼠標(biāo)一級(jí)一級(jí)地挖掘，找到問題的原因，采用相關(guān)建議，執(zhí)行糾偏措施，這就達(dá)到了最佳成本效益，如圖2所示。

圖2 FactoryTalk VantagePoint顯示界面

例如，一位操作員可以在機(jī)器等級(jí)的儀表板上看到整體設(shè)備效能（OEE），這個(gè)數(shù)據(jù)嵌入進(jìn)每臺(tái)HM I的屏幕中，當(dāng)過程變量達(dá)到它們的上限值或下限值時(shí)會(huì)提醒操作員。當(dāng)一條生產(chǎn)線的管理員看到OEE的數(shù)據(jù)低于預(yù)計(jì)的運(yùn)行水平時(shí)，可以進(jìn)一步挖掘在線速度或質(zhì)量百分比詳細(xì)報(bào)告。一位工廠經(jīng)理可以使用一種簡單的顯示——帶有三種顏色的條狀指示器：紅、黃、綠，告訴他現(xiàn)在工廠是否在正常生產(chǎn)，或生產(chǎn)出現(xiàn)了問題。一位總經(jīng)理可以關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的生產(chǎn)量與財(cái)務(wù)信息，信息的一部分來自企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)；還可以挖掘出像浪費(fèi)的材料或工時(shí)、實(shí)際生產(chǎn)量與銷售量的差別等信息。

“制造智能正在從生產(chǎn)運(yùn)行向企業(yè)集成的方向轉(zhuǎn)移：工廠與他們的供應(yīng)鏈、分銷系統(tǒng)、客戶關(guān)系和商業(yè)系統(tǒng)。”喬達(dá)諾說，“所有這些系統(tǒng)的協(xié)同使得我們能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行切割、粉碎、混合、攪拌，以一種我們從前不能想象的方式使用。以一種前所未有的畫面進(jìn)行顯示，使我們的制造企業(yè)能夠達(dá)到最大的收益。”

應(yīng)用案例：制造智能為瑞典家具制造商提高效益

一家為瑞典家具巨頭供貨的供應(yīng)商，一直面對(duì)其它供應(yīng)商的殘酷競爭。小批量生產(chǎn)的缺點(diǎn)是訂單經(jīng)常跑到競爭對(duì)手公司的手里。然而，如果能夠采用高水平的機(jī)器監(jiān)視，提高機(jī)器的可用性，公司能夠獲得更強(qiáng)的競爭力，獲得更多的訂單。

“我們每年的生產(chǎn)能力大約為制造一千三百萬個(gè)抽屜，我們準(zhǔn)備安裝第四條機(jī)械生產(chǎn)線提高生產(chǎn)能力。”制造商的技術(shù)經(jīng)理說道，“因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)備的運(yùn)行完全是自動(dòng)化的，我們一直努力追求機(jī)械的高利用性。”

公司需要用一種簡單的方法收集機(jī)器信息，把當(dāng)前的運(yùn)行情況通過網(wǎng)絡(luò)，與它的目標(biāo)相關(guān)，傳送到公司內(nèi)的不同功能部門。“我們選擇在FactoryTalk Metrics軟件上進(jìn)行投資。”經(jīng)理解釋到，“它可以收集來自機(jī)器的可編程控制器（PLC）數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成整體設(shè)備效能（OEE）的圖型顯示，并且對(duì)需要看到的人員進(jìn)行顯示。”

FactoryTalk Metrics軟件來自羅克韋爾自動(dòng)化，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視工廠的現(xiàn)場設(shè)備，對(duì)機(jī)器性能提供準(zhǔn)確、及時(shí)、精細(xì)、特定的信息。這些數(shù)據(jù)對(duì)分析設(shè)備低效、浪費(fèi)、減產(chǎn)的成因提供了基礎(chǔ)。

開放的通信協(xié)議，諸如EtherNet/IP和DeviceNet，使該軟件可以使用已經(jīng)存在于工廠和辦公室網(wǎng)絡(luò)的接口，促進(jìn)了信息的雙向流動(dòng)，保證了從現(xiàn)場底層到企業(yè)頂層數(shù)據(jù)的暢通無阻，通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)頁界面實(shí)現(xiàn)了工廠運(yùn)行的可視化。

“FactoryTalk M etric使我們對(duì)每條生產(chǎn)線可觀察其質(zhì)量數(shù)據(jù)、機(jī)器利用水平和運(yùn)行效率。”技術(shù)經(jīng)理說道，“關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）、整體設(shè)備效率（OEE）和停機(jī)時(shí)間與原因能夠顯示在中控室的屏幕上，所以每個(gè)人都能看到機(jī)器的性能如何，與建立的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行比較。”

“在安裝之前，所有的測量工作都由人工來完成。”他解釋道，“不同的人可能提交不同的測量數(shù)據(jù)，作為最終結(jié)果，我們的機(jī)器使用率為60%。現(xiàn)在，所有數(shù)據(jù)的測量都按照標(biāo)準(zhǔn)化的格式，所有的停機(jī)時(shí)間都能精確地監(jiān)視。作為最終結(jié)果，設(shè)備和人員的工作效率大大提高，這對(duì)抵御低價(jià)惡性競爭是至關(guān)重要的。僅在四個(gè)月后，我們的機(jī)器利用率接近到了70%。”

經(jīng)理總結(jié)道：“我們已經(jīng)成為市場領(lǐng)域的強(qiáng)者，比起過去我們能夠銷售更多的產(chǎn)品。使用 FactoryTalk Metrics是我們所做出的最佳的投資決策之一。”