標(biāo)準(zhǔn)化接口助力實現(xiàn)工業(yè)4.0

文/ Martin Dubovy

標(biāo)準(zhǔn)化接口助力實現(xiàn)工業(yè)4.0

文/ Martin Dubovy

從設(shè)計到運(yùn)營的一致、連續(xù)的數(shù)據(jù)流——“德國制造”在世界各地都代表著高品質(zhì)，并具有決定性的競爭優(yōu)勢。要在國際上保持領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)化也是成功的關(guān)鍵。然而如果標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)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(zé)任不僅在于流程工業(yè)的設(shè)計系統(tǒng)和組件的制造商，也與用戶本身有關(guān)。除非他們要求在實踐中實施標(biāo)準(zhǔn)化，否則不會有任何改善。

NAMUR協(xié)會已經(jīng)認(rèn)識到接口的標(biāo)準(zhǔn)化是國際協(xié)會的重要任務(wù)。4～20 mA信號是早期的例子，然而在工業(yè)4.0的時代，需要采取更廣泛的界面標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)化

裝置設(shè)計是一個循環(huán)

當(dāng)建設(shè)一個新工廠時，初步設(shè)計-基本設(shè)計-詳細(xì)設(shè)計-調(diào)試各步驟的設(shè)計和實現(xiàn)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(xù)地發(fā)生，而是并行發(fā)生，這意味著即使在基本設(shè)計完成之前，詳細(xì)設(shè)計也在進(jìn)行中。因此，相關(guān)接口的通信變得越來越重要。初步設(shè)計、基本設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和調(diào)試不能視為一段時間內(nèi)完成的線性過程。只要這個過程工業(yè)工廠正 在運(yùn)行，它將連續(xù)不斷地發(fā)展，要么提高產(chǎn)品質(zhì)量，要么使工藝更有效率，或讓技術(shù)水平與時俱進(jìn)。因此，從初步設(shè)計到調(diào)試這個過程需要不斷重復(fù)。標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)（DCS）設(shè)計等都非常必要。

圖2 設(shè)計和工程過程以及各個工程領(lǐng)域之間的接口， I＆C系統(tǒng)是工廠設(shè)計的關(guān)鍵

對工廠設(shè)計的建議

在選擇適合每個應(yīng)用的開發(fā)工具時，Namur的三項建議（NE）成為設(shè)計人員在整個工廠設(shè)計過程中保持獨(dú)立于特定制造商的先決條件，最適合的組件或最優(yōu)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(fā)展的第一步是P＆I設(shè)計。設(shè)計管道和儀表，并在下一步，即過程工程設(shè)計中被更詳細(xì)地制定。這里DEXPI作為標(biāo)準(zhǔn)化接口，在數(shù)據(jù)交換中避免出現(xiàn)潛在的錯誤。NE159目前仍處于開發(fā)階段，主要在PE和I＆C設(shè)計之間的界面上有效。該建議的目的是制定一個可行的獨(dú)立制造商和半自動接口的要求，用于PE和I＆C設(shè)計的工程系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)交換。

NE100是對I＆C設(shè)備（傳感器和執(zhí)行器等）基于特性的國際標(biāo)準(zhǔn)描述。它描述了工廠開發(fā)者系統(tǒng)和供應(yīng)商系統(tǒng)之間的雙向傳輸數(shù)據(jù)，用于詳細(xì)設(shè)計和調(diào)試之間的界面。它可以對各個組件進(jìn)行更好的技術(shù)比較，從設(shè)計到采購到維護(hù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)整合。實現(xiàn)更高的效率是實踐中應(yīng)用NE100的重要原因，此外，標(biāo)準(zhǔn)化也保障了數(shù)據(jù)質(zhì)量。

NE150是CAE系統(tǒng)和DCS工程工具之間交換工程數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口。圖2中設(shè)計和工業(yè)過程的圖形表示各個工程領(lǐng)域之間的接口。

圖3 Namur的建議改進(jìn)了初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和調(diào)試之間的溝通交流

I&C-CAE系統(tǒng)ProDOK

設(shè)計階段的數(shù)據(jù)只有用于運(yùn)行、維護(hù)和裝置現(xiàn)代化，現(xiàn)代過程工業(yè)裝置才能有效運(yùn)行。 竣工后的工廠和設(shè)計文檔必須可靠地對應(yīng)。只有當(dāng)所有數(shù)據(jù)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?qū)崿F(xiàn)具有統(tǒng)一規(guī)則的綜合規(guī)劃流程，由于所有數(shù)據(jù)在一個系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行收集和交換，所以不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)傳輸錯誤。功能包括新建項目的基本設(shè)計、功能設(shè)計、施工設(shè)計和安裝設(shè)計，工廠改建和擴(kuò)建以及業(yè)務(wù)支持。支持工廠的完整生命周期，通過其持續(xù)和一致的文檔，ProDOK確保文檔真實反映了工廠現(xiàn)實，明顯提高質(zhì)量和效率，節(jié)省了大量時間和成本。

I＆C設(shè)計是整個過程的核心和關(guān)鍵所在。R?sberg公司的I＆C-CAE系統(tǒng)ProDOK實現(xiàn)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(tǒng)。R?sberg公司執(zhí)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(zhì)量方面的優(yōu)勢。我們認(rèn)為，只有通過標(biāo)準(zhǔn)化，才能實現(xiàn)這些標(biāo)準(zhǔn)，并且將這些標(biāo)準(zhǔn)在I＆C-CAE系統(tǒng)中付諸實踐。市場上有眾多供應(yīng)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(nèi)部組件。”

為此，R?sberg積極參加各種標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行合作。

圖4 R?sberg積極參加各種標(biāo)準(zhǔn)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(fā)揮作用

在工業(yè)應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢十分明顯。為了實現(xiàn)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(xiàn)這樣的想法需要購買整個工廠模塊，而不是自己開發(fā)。在這種情況下，工廠文件的完整性（尤其是連續(xù)一致的文件）也至關(guān)重要。只有這樣，各元素才可以一起工作，而不需要重新開發(fā)每個購買模塊的連接、操作和監(jiān)控協(xié)議。

但是，為了實際應(yīng)用Namur的建議，用戶也必須發(fā)揮自身的作用。用戶最終從標(biāo)準(zhǔn)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(dú)立于特定的制造商。對于他們來說，單個產(chǎn)品的清晰可比性與通過從初始設(shè)計到工廠運(yùn)行的一致性數(shù)據(jù)流相比，對于改進(jìn)工廠質(zhì)量或提高工廠效率同樣重要。然而，在某些情況下，標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)與工程工具、組件制造商以及工作的成本相關(guān)，只有用戶一直要求實施這些標(biāo)準(zhǔn)才能實現(xiàn)。

本文作者系羅斯博格公司工廠解決方案管理總監(jiān)。