跨越制造智能—對數據的進一步挖掘和分析

羅克韋爾自動化（中國）有限公司 華镕

企業制造智能（EM I）

企業智造智能簡稱為制造智能（M I），是一個專用名詞，即使用軟件把公司制造相關的數據從多個源收集到一起，完成報告、分析、可視概要、企業級和工廠級系統數據傳輸的目的。由于數據的收集來自多個源，所以計算的結果能夠體現一種新結構或新內容，從而引發新思考，能夠幫助用戶找到哪些地方需要忽略，哪些地方需要改進。制造智能的基本目的就是把大量的制造數據轉換成實際有用的知識，并且通過這些知識優化業務流程，獲得更多的收益。

制造智能有五個核心功能，每個實施企業制造智能的應用都應該體驗到：

? 數據收集：使來自多源的數據（大多來自數據庫）更有意義；

? 融入背景：提供一種新結構或新模型，使結果能夠幫助用戶找到他們所需要的內容。文件夾通常使用一種分層的樹型結構，類似于ISA-95標準提到的形式。

? 數據分析：能使用戶能夠跨越源、特別是超越生產地點來分析數據。這通常包括了真實、特別報告的能力。

? 數據可視：提供工具創建數據的可視概要 ，對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。

? 數據傳播：數據能夠自動實現雙向傳輸，從生產現場到企業級系統，諸如SAP。

對數據切割、粉碎、混合、攪拌

羅克韋爾自動化的FactoryTalk Metrics（智能制造）軟件、FactoryTalk Historian（歷史數據庫）軟件，通過關鍵性能指標（KPI）和整體設備性能（OEE），可以為用戶提供一種協同、基于角色改進性能的方法。

目前的制造設施，由于系統獨立、數據分散而造成很多效率低下的問題。在這種環境下生產，實際上會造成成本升高，阻礙生產率的提高，得到的信息不完整，導致做出的決定不明智，結果會使材料浪費和產品召回，丟失我們的忠實客戶，延遲新產品的發布。使用來自羅克韋爾自動化的組合工具，制造商能夠實現信息可視化，避免人工數據采集、生產報告錯誤的發生。統一生產模型（UPM）把采集數據轉變為有意義的可執行行動，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軟件實現信息可視化

關鍵性能指標（KPI），諸如停機時間、生產量和勞動成本，長期以來一直是制造商衡量生產運行是否良好的標準，但這些指標也對系統提出了更高的要求：

? 信息是精確和及時的嗎？

? 怎樣把工廠中出現的問題融入運行畫面？

? 怎樣把系統獲取的信息得到實際的利用？

自動數據采集可以克服由于人工記錄KPI例如停機時間精度和實時性的問題。使用羅克韋爾自動化的FactoryTalk Metrics來記錄機器事件，不管是停機還是運行，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。但知道停機出現僅是事件的一個部分。如果與FactoryTalk Historian的時間戳信息聯系在一起，制造商就能夠把各自的過程變量像溫度、壓力、速度、和現在其他的生產變量與該產品的歷史最佳參數進行比較。

事件和比較的可視化能力對于制造商是至關重要的。通過這些參數可以找出機器事件和過程變量之間的聯系，發現問題所在，及時做出調整，這是制造智能能夠提高運行效能的金科玉律。

比如，一臺包裝機寫進了一份OEM的采購合同，規定這臺設備必須以90%的效率運行。當機器放在現場運行數據采集開始后，用戶非常清楚地發現：它達不到這個性能等級。無論制造商如何調節參數，得到的是相同的結果。制造商然后注意到：每當生產線速度提高時，設備就要停機，因為機器需要一段時間加熱，然后才能正常運行。因為機器事件帶有記錄的過程數據，制造商通過分析，很容易證明：這臺設備的加熱器尺寸不夠大，這是OEM設備的一個設計缺陷，因此不得不進行修改，否則會一直得到壞結果。

這種機器事件的相關性過程數據，使用Fac to ry Ta lk VantagePoint就可以獲得。FactoryTalk VantagePoint收集多種數據，如果把它們放在適當的環境中，可以為基于角色的操作員提供顯示和報告，同時提供行動指南。它還可以為用戶創建直接指導生產運行的KPI，從一條生產線到多個工廠，判斷生產狀態是否都在有效運行。

“這個想法非常簡單。”麥特 · 喬達諾說，他是羅克韋爾自動化的產品經理,“如果問題是停機，用戶不用查別的，報告會給出問題的原因。信息無論是來自控制器或者歷史數據庫，質量系統能夠給出相關的報告，提供解決問題的明確方法。”

另外，FactoryTalk VantagePoint為用戶提供了可視化，顯示停機事件或其他相關的KPI數據，所以，當某一數據開始走偏，用戶可以對系統用鼠標一級一級地挖掘，找到問題的原因，采用相關建議，執行糾偏措施，這就達到了最佳成本效益，如圖2所示。

圖2 FactoryTalk VantagePoint顯示界面

例如，一位操作員可以在機器等級的儀表板上看到整體設備效能（OEE），這個數據嵌入進每臺HM I的屏幕中，當過程變量達到它們的上限值或下限值時會提醒操作員。當一條生產線的管理員看到OEE的數據低于預計的運行水平時，可以進一步挖掘在線速度或質量百分比詳細報告。一位工廠經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，告訴他現在工廠是否在正常生產，或生產出現了問題。一位總經理可以關聯產品的生產量與財務信息，信息的一部分來自企業資源計劃（ERP）系統；還可以挖掘出像浪費的材料或工時、實際生產量與銷售量的差別等信息。

“制造智能正在從生產運行向企業集成的方向轉移：工廠與他們的供應鏈、分銷系統、客戶關系和商業系統。”喬達諾說，“所有這些系統的協同使得我們能夠對數據進行切割、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行顯示，使我們的制造企業能夠達到最大的收益。”

應用案例：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商，一直面對其它供應商的殘酷競爭。小批量生產的缺點是訂單經常跑到競爭對手公司的手里。然而，如果能夠采用高水平的機器監視，提高機器的可用性，公司能夠獲得更強的競爭力，獲得更多的訂單。

“我們每年的生產能力大約為制造一千三百萬個抽屜，我們準備安裝第四條機械生產線提高生產能力。”制造商的技術經理說道，“因為我們設備的運行完全是自動化的，我們一直努力追求機械的高利用性。”

公司需要用一種簡單的方法收集機器信息，把當前的運行情況通過網絡，與它的目標相關，傳送到公司內的不同功能部門。“我們選擇在FactoryTalk Metrics軟件上進行投資。”經理解釋到，“它可以收集來自機器的可編程控制器（PLC）數據，然后把數據轉換成整體設備效能（OEE）的圖型顯示，并且對需要看到的人員進行顯示。”

FactoryTalk Metrics軟件來自羅克韋爾自動化，能夠實時監視工廠的現場設備，對機器性能提供準確、及時、精細、特定的信息。這些數據對分析設備低效、浪費、減產的成因提供了基礎。

開放的通信協議，諸如EtherNet/IP和DeviceNet，使該軟件可以使用已經存在于工廠和辦公室網絡的接口，促進了信息的雙向流動，保證了從現場底層到企業頂層數據的暢通無阻，通過標準的網頁界面實現了工廠運行的可視化。

“FactoryTalk M etric使我們對每條生產線可觀察其質量數據、機器利用水平和運行效率。”技術經理說道，“關鍵性能指標（KPI）、整體設備效率（OEE）和停機時間與原因能夠顯示在中控室的屏幕上，所以每個人都能看到機器的性能如何，與建立的目標參數進行比較。”

“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據，作為最終結果，我們的機器使用率為60%。現在，所有數據的測量都按照標準化的格式，所有的停機時間都能精確地監視。作為最終結果，設備和人員的工作效率大大提高，這對抵御低價惡性競爭是至關重要的。僅在四個月后，我們的機器利用率接近到了70%。”

經理總結道：“我們已經成為市場領域的強者，比起過去我們能夠銷售更多的產品。使用 FactoryTalk Metrics是我們所做出的最佳的投資決策之一。”