过程提速：从数字工厂到实时工厂
过程提速：从数字工厂到实时工厂
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2008-1-24 14:22:57 来源：网络
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在许多工厂和工业中，数字化工厂已经在产品开发过程中成为一个集成的部分，而且对于中小企业来说，其重要性也日渐增加。
一个集成的过程链——从产品创意到生产——，需要一个无缝的处理过程，从数字工厂到实际的工厂。这需要技术型的开发环境，能将工厂生产周期中的所有环节都能规划和合并起来。
制造工厂对市场需求的响应速度的快慢，是成功与否的重要因素。需要能快速适应目前的生产设备和生产状况的改变。新的工厂必须能快速设立，而且还需具有高水平的规划，高可靠性和高质量。同时，在成本增长的压力下，生产力也必须增加。
能解决这些问题的，且已经建立或已经得到验证的方案，就是数字工厂，它能将产品开发和生产过程计划联系在一起。在未来，在数字工厂的范围内，数字工程提供方法，支持所有生产过程中的工艺段，从工厂计划到电气和机械设计，一直到虚拟运行和对工厂维护和服务的支持。
所有的数据都输入配置工具和软件。产品创造的整个过程，都由数字化规划成整体的生产过程。
转换
当计划、开发和建立一个工厂
，各个不同的部分都有不同的软件工具。计划阶段由初始数据开始，如部件列表、采购条件等类似滚轴传送机的资源。随着在工厂开发过程的不断深入，产生或指派的数据就越来越多。在机械设计阶段，资源的基本数据被定义，如驱动或传感器、流量图表（电动、气动或液压），以及2d和3d模块。然后电气设计增加更多的数据，如电气元件、i/o，以及一些必须的软件模块。所有这些不同的数据由不同的专业软件工具产生。数据产生后被存储在相对应的数据库内。目前，在过程中存在的缺陷是，不同软件工具和它们数据之间的不完全融合。用户需要一个方案，能将所有的配置数据综合起来，支持一次性数据输入，并保证数据在所有软件中的一致性。必须可能改变参数和数据的设置，无须专门的软件工具。
适用模块
配置软件主要的功能是结构化模块和它的数据模块。在模块设计的规划阶段，很有必要详细地考评数字工厂和工艺环境的需求，特别是it的支持。以下是一些比较重要的因素：一个数字化工厂通常需要基于用户的工艺。每个工艺的每一分步，都要在组织单元中被规划好；为实现优化，工艺随时需要改变，或根据新的环境重新适应；对于过程优化来说，标准的资源的重要性不断提高；这个同时简化了配置工厂维护；资源通常根据它们在工厂中的特性定义。资源之间的的关系也需被仔细的定义。
能通过软件实现的生产力水平的高低，是根据每个工艺被支持的程度来的确定，以及，现有的系统环境能规划的程度确定。这意味着，基本的功能必须能保证运作，而且功能能在过程的中进行扩展；工厂的整体规划可看成是各个不同的范畴通信的一个中央枢纽，涉及了不同人群众，如客户、工厂工程公司，操作员等。
以下的重要模块标准建立在如下这些观点的基础上：集成至现有过程环境的开放性；囊括新的功能的延展性；支持标准资源和资源组；以资源间的技术的关系构成数据库；集成工厂规划，支持相关的但属于不同范畴各部分之间的通信。
结构模块
数字化工程的配置工具的结构必须能支持开放性和可扩展性。数据界面须能在xml的输入/输出界面中应用，能实现大量的数据同其他软件工具间的交换和同步。对于并行的配置任务，相关的软件工具间的双向的数据交换是必须的。改变标记、数据信息、明确标签（甚至对外部系统采集来的数据）是定义xml方案的中心元件。
扩展性是通过功能性界面来保证的。扩展套件能通过这些界面加载。这些套件提供更强大的功能和数据机构，能分析现有的配置数据。例如，用户能为其自身的发电机增加plc程序，或其他软件工具。作为可选增加项，扩展性套件能从供应商处获得。
数据模块
创造一个数据模块需要规划分层式的工厂结构，数据库的使用，以及根据不同的标准搜索到的所有的性能。以下描述仅仅说明了数据模块的局部，其对促进生产力的增长起到相当重要的作用。
工厂元件，例如工作站、传送带和传感器等，都在采用了电子资源方式进行了规划。有了端口，用户能描述工厂各个部分之间的关系。这可以包括所有特有部件的关系（例如，传送带由皮带、传感器和马达组成），以及功能化结构关系，如在不同传送机之间的原料流。
此外，某些资源，包括各种数据，共同描述了各种特性。例如，可以是传送器参数部分的plc程序，如传送器速度和相关连续控制。此外，数据能提供界面定义，被指定成资源的端口。这个指定从文字上提供了资源的所谓的“插头和插座”功能。基于这些功能，有可能通过一个信号端口产生各种必要的信号关系。
规划型工厂的配置
如上所述，工厂规划是技术导向型过程的重要因素之一。这就是说，自动化方案的图形化的配置是数字化工程概念的重要组成部分。这一概念包括了将工厂设计计划融入配置环境。资源的模版，包含各种数据，并能在数据库中得以使用。这些都放置在规划中，并相互连接。然后，原料流能被设置（不同资源之间的上游/下游关系），不同的功能组，如plc区域，控制台区域、紧急停车电路、操作模式组等。
数字化工程方式能形成基于规划的所有资源的配置，而且还能描述各个资源间的关系。在囊括了工厂规划后，用户得到工厂技术的整体观点，可用于清晰地描述工程和各个功能。
连接软件工具的各个项目能通过专业的程序产生器自动建立，同时也能保证高质量（相对于手工编程方式）。
类真实模拟
在工程环境中，下一步就是虚拟试运行。这里，曾使用在基于规划的工厂配置中的虚拟工厂模型，现在由真实的自动化技术转换并控制。自动化技术中不仅包含了硬件，也包含了软件。这个阶段，虚拟的试运行成为一个
类真实的模拟，不需要建立真正的工厂。采用这种方法，用户能在真正运行前检测并消除任何工厂配置中的故障。
虚拟运行需要什么？
第一步，测试生成的软件项目，在一个模拟的环境中，用工厂的虚拟的数据模型实现。其次，保证软件在真实的plc上能运行。此时，相互连接的现场设备仍然是虚拟的。然后，真正的操作员控制台能被集成在整个环境中，以确保操作员提前控制工厂。也就是说，虚拟的元件由真正的工厂元件一步一步来替代。
虚拟运行确保早期设计阶段高质量的配置方案。这也意味着在实际的工厂运行中需要的时间更少。
用户支持工厂现场
另外，对于工程环境，还有一个重要的步骤，用户需要支持工厂现场。工厂规划将被包括在hmi系统中。通过连接工厂规划和工厂的过程信号，用户能对工厂的整体有个相当清晰的整体观点。所有来自自动化系统的信息，如诊断信息，都直接在工厂规划上清晰的显示出来。
未来之路
数字化工程能使同一的方法、应用方式和过程，并采用统一的数据库。即，这个新的工程方法，能减低成本，减少规划时间，提高功能模块的可靠性。从数据工厂到真正的工厂的转化中，很重要的一个方面归功于先进的各学科之间、各个部门之间的协同工作。
我们已经在集成工程的发展中，取得的初步的进步，但前方的路仍然很长。