標準化接口助力實現工業4.0

文/ Martin Dubovy

標準化接口助力實現工業4.0

文/ Martin Dubovy

從設計到運營的一致、連續的數據流——“德國制造”在世界各地都代表著高品質，并具有決定性的競爭優勢。要在國際上保持領先地位，制造商必須以最高的效率工作，自動化在其中扮演著重要的角色，標準化也是成功的關鍵。然而如果標準、準則和操作建議只是空洞的理論，沒有由用戶付諸實踐，則沒有效果。這里的責任不僅在于流程工業的設計系統和組件的制造商，也與用戶本身有關。除非他們要求在實踐中實施標準化，否則不會有任何改善。

NAMUR協會已經認識到接口的標準化是國際協會的重要任務。4～20 mA信號是早期的例子，然而在工業4.0的時代，需要采取更廣泛的界面標準化觀點。

圖1 在整個裝置的生命周期中，裝置正在改變、更新和優化

裝置設計是一個循環

當建設一個新工廠時，初步設計-基本設計-詳細設計-調試各步驟的設計和實現變得越來越具體。如今，為了縮短上市時間，這些步驟通常不是連續地發生，而是并行發生，這意味著即使在基本設計完成之前，詳細設計也在進行中。因此，相關接口的通信變得越來越重要。初步設計、基本設計、詳細設計和調試不能視為一段時間內完成的線性過程。只要這個過程工業工廠正 在運行，它將連續不斷地發展，要么提高產品質量，要么使工藝更有效率，或讓技術水平與時俱進。因此，從初步設計到調試這個過程需要不斷重復。標準化對于在管道和儀器（P＆I）、過程工程（PE）、儀表和控制（I＆C）、分布式控制系統（DCS）設計等都非常必要。

圖2 設計和工程過程以及各個工程領域之間的接口， I＆C系統是工廠設計的關鍵

對工廠設計的建議

在選擇適合每個應用的開發工具時，Namur的三項建議（NE）成為設計人員在整個工廠設計過程中保持獨立于特定制造商的先決條件，最適合的組件或最優控制解決方案包括：NE 159，NE 100（與NE 61987和eCL @ SS）和NE150（圖3）。

裝置發展的第一步是P＆I設計。設計管道和儀表，并在下一步，即過程工程設計中被更詳細地制定。這里DEXPI作為標準化接口，在數據交換中避免出現潛在的錯誤。NE159目前仍處于開發階段，主要在PE和I＆C設計之間的界面上有效。該建議的目的是制定一個可行的獨立制造商和半自動接口的要求，用于PE和I＆C設計的工程系統之間的雙向數據交換。

NE100是對I＆C設備（傳感器和執行器等）基于特性的國際標準描述。它描述了工廠開發者系統和供應商系統之間的雙向傳輸數據，用于詳細設計和調試之間的界面。它可以對各個組件進行更好的技術比較，從設計到采購到維護，優化數據整合。實現更高的效率是實踐中應用NE100的重要原因，此外，標準化也保障了數據質量。

NE150是CAE系統和DCS工程工具之間交換工程數據的標準化接口。圖2中設計和工業過程的圖形表示各個工程領域之間的接口。

圖3 Namur的建議改進了初步設計、詳細設計和調試之間的溝通交流

I&C-CAE系統ProDOK

設計階段的數據只有用于運行、維護和裝置現代化，現代過程工業裝置才能有效運行。 竣工后的工廠和設計文檔必須可靠地對應。只有當所有數據一致時，才能避免昂貴的新投入和使用不必要的工程資源，這正是CAE-System ProDOK所針對的地方。它能夠實現具有統一規則的綜合規劃流程，由于所有數據在一個系統內進行收集和交換，所以不必擔心數據傳輸錯誤。功能包括新建項目的基本設計、功能設計、施工設計和安裝設計，工廠改建和擴建以及業務支持。支持工廠的完整生命周期，通過其持續和一致的文檔，ProDOK確保文檔真實反映了工廠現實，明顯提高質量和效率，節省了大量時間和成本。

I＆C設計是整個過程的核心和關鍵所在。R?sberg公司的I＆C-CAE系統ProDOK實現了上述所有的Namur建議，這也是目前市面上唯一可以使用的系統。R?sberg公司執行總裁Ralph R?sberg先生解釋了該體系背后的理念：“德國希望在國際市場上保持競爭力，以及在效率和質量方面的優勢。我們認為，只有通過標準化，才能實現這些標準，并且將這些標準在I＆C-CAE系統中付諸實踐。市場上有眾多供應商，用戶可以選擇最適合其工廠的方案，無論是工程工具，還是工廠內部組件。”

為此，R?sberg積極參加各種標準化委員會。他們參與了Namur的4個工作小組，并在DKE K941和VDI/GMA FA6.16（圖4）上進行合作。

圖4 R?sberg積極參加各種標準化委員會。他們參與了Namur的四個工作小組，同時也參與DKE K941和VDI/GMA FA6.16 Seite 1/3

用戶也要發揮作用

在工業應用中，標準化的優勢十分明顯。為了實現更快的上市時間，各流程需要并行處理，采用模塊化的方法也日趨流行。實現這樣的想法需要購買整個工廠模塊，而不是自己開發。在這種情況下，工廠文件的完整性（尤其是連續一致的文件）也至關重要。只有這樣，各元素才可以一起工作，而不需要重新開發每個購買模塊的連接、操作和監控協議。

但是，為了實際應用Namur的建議，用戶也必須發揮自身的作用。用戶最終從標準化中獲益，因為他們可以自由選擇市場上可用的所有組件，并且可以獨立于特定的制造商。對于他們來說，單個產品的清晰可比性與通過從初始設計到工廠運行的一致性數據流相比，對于改進工廠質量或提高工廠效率同樣重要。然而，在某些情況下，標準的實現與工程工具、組件制造商以及工作的成本相關，只有用戶一直要求實施這些標準才能實現。

本文作者系羅斯博格公司工廠解決方案管理總監。