文/作者：羅鼎 艾默生自動化解決方案機器自動化亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理

從食品飲料加工的工藝過程，到工廠自動化設備為主的商品包裝線，生產(chǎn)設備開始逐步轉(zhuǎn)向采用智能氣動技術來提高能效。在壓縮空氣系統(tǒng)中，些許的效率改進就意味著每月節(jié)省數(shù)萬美元的能源成本。但是，智能氣動技術帶來的優(yōu)勢遠不止節(jié)能。通過收集之前閥門、汽缸和氣源處理系統(tǒng)等“非智能”項目中的過程數(shù)據(jù)，協(xié)同硬件和軟件組合能提供實用洞見，助力縮短停機時間，加快生產(chǎn)節(jié)拍，提高整體生產(chǎn)力。

（圖片由艾默生Emerson? 提供）

優(yōu)化效率面臨現(xiàn)實挑戰(zhàn)

在氣動系統(tǒng)中，氣動元件會發(fā)生磨損并引發(fā)泄漏。隨著時間的推移，能源消耗不斷惡化，導致運營成本提高，碳排放加劇。事實上，廠商平均每年都會因泄漏而損失高達30~35%的壓縮空氣。泄漏越嚴重，能源損耗就越大，同時還會增加停機時間和運營成本。部分運營商每年每臺機器的損失甚至高達5萬美元以上！

對于很多運營商來說，識別和解決壓縮空氣系統(tǒng)中的泄漏損失還能提高整體設備效率（OEE)，因為空氣泄漏往往意味著存在其他性能問題。OEE是一種度量制造過程中生產(chǎn)力效用的實用工具，可通過以下變量確定：  

-   可用性：即機器的正常運行時間。生產(chǎn)過程是否在計劃的生產(chǎn)時間內(nèi)連續(xù)運行？

-   性能：表示與機器運行速度相關的變量。生產(chǎn)過程是否能以最大速度運行，并且

     不會導致慢速循環(huán)發(fā)生？

-   質(zhì)量：表示組件磨損對最終產(chǎn)品影響的相關變量。生產(chǎn)是否無缺陷？無返工？ 

可用性、性能或質(zhì)量中的任何一項未能達到最佳都會影響OEE評級。事實上，艾默生氣動系統(tǒng)專家研究表明，典型包裝生產(chǎn)線的OEE 僅為45%~55%左右。顯然，那些按照或接近設計生產(chǎn)能力運行的系統(tǒng)要比未達到的系統(tǒng)更節(jié)能、更高效。但是，如果要真正了解哪些地方能提高效率和降低成本，必須要落實到每臺機器上，確保其都具有最大效率。

智能氣動技術解決方案的興起

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 正在改變生產(chǎn)制造、包裝和相關工業(yè)過程，逐步將數(shù)字化轉(zhuǎn)型引入各種規(guī)模的氣動系統(tǒng)中。這種轉(zhuǎn)型使得操作人員能從氣動元件和其他機器元件中采集和處理數(shù)據(jù)，以提供新的實用的洞見。例如，優(yōu)化壓縮空氣就是一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的技術進步，它通過持續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)中的空氣流量來實時檢測泄漏情況，同時采集進氣管線中的壓力和溫度等其他數(shù)據(jù)。 

將來自智能氣動系統(tǒng)的原始物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有實際效用的信息是減少停機時間、降低能源成本、縮短周期時間并提高整體生產(chǎn)力的關鍵。但如何確定所收集的機器數(shù)據(jù)是具有實際效用的？如何應用這些數(shù)據(jù)來改進車間運營和制定更高級別的決策？ 

單刀直入的方法

只需設置若干個數(shù)據(jù)點，就能輕松實現(xiàn)本地級智能氣動系統(tǒng)監(jiān)測，無須部署云系統(tǒng)。通過艾默生的AVENTICS?系列AF2流量傳感器等組件來測量氣流，或使用AVENTICS智能氣動分析儀 (SPA) 等便攜式解決方案，系統(tǒng)能識別任何所有出現(xiàn)問題的機器并創(chuàng)建相應的警報，同時顯示在簡單易用的儀表盤上，或?qū)崟r發(fā)送給最終用戶。從少量的小型單個零件著手，無需大量數(shù)據(jù)分析，操作人員就能獲得可行的洞見，這樣能很快達到降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量、增加產(chǎn)能和減少氣動系統(tǒng)能源消耗的目標。

AVENTICS? AF2流量傳感器能實時測量氣體流量，并采集管道中的壓力和溫度數(shù)據(jù)。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

借助于AVENTICS? 智能氣動分析儀 (SPA)，客戶通過監(jiān)測氣動系統(tǒng)參數(shù)，可以輕松獲取實時數(shù)據(jù)從而提高OEE。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

艾默生的SPA軟件能與智能氣動分析儀，AVENTICS? AF2 Ethernet空氣流量傳感器等設備結合使用，并針對空氣流量、壓力、空氣消耗量和泄漏（包括耗氣量和泄漏成本）、CO2測量值等提供簡單易懂的操作洞見。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

近期案例中，艾默生為一家包裝機械制造商提供分析解決方案，通過強大的分析功能幫助其提升碼垛和卸垛設備的整體設備效率。該解決方案基于艾默生的PACEdge IIoT平臺，而非復雜的數(shù)據(jù)集，可確定哪些特定執(zhí)行器或閥組性能欠佳，并給出解決可疑問題的指導。PACEdge IIoT平臺不僅易于開發(fā)和實施，還能根據(jù)周期計數(shù)或其他參數(shù)提供預測性維護建議。該平臺能實時分析問題的根源，并根據(jù)嚴重程度發(fā)出一系列警告或嚴重警報。這些數(shù)據(jù)的收集和可視化獨立于主機控制器，適用于傳統(tǒng)或第三方控制器。

通過最初聚焦的幾臺機器或特定的痛點，可定義項目范圍，并直觀量化結果。值得重視的是，須確保所選擇的監(jiān)測解決方案具有可擴展性，可隨著未來的需求和期望不斷擴展。選擇與產(chǎn)品組合齊全的供應商合作，能避免設備堆積，防止長期成本增加。

運營商在選擇合作伙伴和產(chǎn)品時需特別留意，防止將自己與特定設備、網(wǎng)關、云服務或其他封閉生態(tài)系統(tǒng)綁定。某些解決方案可能還需要大量時間和前期資本投資。例如，收集數(shù)據(jù)的一種方法是通過網(wǎng)關從可編程邏輯控制器（PLC）上傳到云；另一種方法則是將氣動裝置和其他模塊直接連接到PLC，數(shù)據(jù)仍然發(fā)送到云上進行分析和可視化。以上兩種情況都涉及PLC，這可能需要對PLC邏輯進行重大更改，才能借助PLC通過云捕獲分析，實現(xiàn)“本地”可視化。 

對于沒有意愿或缺乏基礎設施支持復雜云場景的生產(chǎn)過程，艾默生提供高度靈活和安全的解決方案幫助提高生產(chǎn)力和節(jié)能效果，且無需云環(huán)境來實時可視化數(shù)據(jù)。傳感器和其他邊緣設備等采集模塊通過網(wǎng)關直接連接，無需更改 PLC設置及程序。這一點非常重要！因為更改PLC邏輯可能需要投入大量時間和資源，而且許多運營商可能不想更改其PLC編程，特別是在改造項目方面。通過更靈活的解決方案（如艾默生提供的解決方案），無論使用何種控制器的改造項目，皆可通過云或者本地的邊緣計算設備對數(shù)據(jù)進行處理。在新建項目中，客戶可以使用將PLC和邊緣技術集成在一個單元中的艾默生通用邊緣控制器替換PLC架構。

與傳統(tǒng)的基于消費者的物聯(lián)網(wǎng)項目不同，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備通常具有高度的交叉兼容性，這是為了確保平穩(wěn)運行可編程及可擴展的開放軟件（如PACEdge平臺）的關鍵因素，開放式通信協(xié)議可以是基于云的、本地的，也可以集成到現(xiàn)有軟件系統(tǒng)（比如OPC統(tǒng)一架構，MQTT）中。例如上文提到的AF2系列流量傳感器與OPC 統(tǒng)一架構兼容，使用戶能直接連接到上層系統(tǒng)或其他工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關以進行高級分析。

無論是本地的還是基于云的系統(tǒng)，IIoT技術的最佳供應商都會根據(jù)運營商的當前基礎架構為其量身定制系統(tǒng)，通過網(wǎng)關、控制系統(tǒng)及開放式IIoT協(xié)議為設備提供所需的預見。知識淵博、經(jīng)驗豐富且技術靈活的供應商更會深入了解運營商的特定需求，針對具體IIoT實施定制方案。

離散和混合應用程序的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能氣動技術與可編程且可擴展的開放軟件平臺相結合，可確保所選的監(jiān)測解決方案能隨著未來的需求和期望不斷擴展。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

顯著優(yōu)勢 

過去，投資于監(jiān)測成本較低的氣動元件毫無意義，廠商對于更換費用和相關的生產(chǎn)停機時間也習以為常。但是現(xiàn)在，信息化改變了游戲規(guī)則。 

單個獨立執(zhí)行器故障，可能會影響整個系統(tǒng)的效率。由IIOT驅(qū)動的智能氣動技術能連接自動化孤島，釋放機器數(shù)據(jù)潛能，并從根本上提高OEE，使用恰當?shù)脑捘軒椭圃焐套R別執(zhí)行器缺陷等問題。如果生產(chǎn)一個產(chǎn)品涉及幾臺或者幾十臺機器，其影響可能更大。一臺機器的低效率可能在整個工廠中產(chǎn)生連鎖效應。通過連接信息孤島，運營商有望通過下列方式獲得投資回報： 

-   縮短停機時間：智能氣動技術通過測量使用情況和周期來監(jiān)測磨損，從而幫助維護            和生產(chǎn)團隊更好地了解機器內(nèi)不斷惡化的問題。結合周期指標，運營商能清楚掌握            剩余系統(tǒng)壽命，并通過實施預測性維護來縮短停機時間。 

-   改善節(jié)能：減少泄漏能降低整個系統(tǒng)的能耗，進而達到節(jié)能減排的目的。

-   提高生產(chǎn)力：智能氣動技術能及時發(fā)出通知和警報，提示制造過程出現(xiàn)泄漏、異常            或超出閾值。這有助于確保最佳OEE和最大生產(chǎn)力。 

艾默生提供從氣動裝置、控制器、到應用支持平臺的一站式解決方案，可幫助不同規(guī)模的運營商優(yōu)化流程并提供實用預見。借助智能氣動技術、PACEdge平臺等系統(tǒng)，我們能為運營商提供深刻洞見，幫助避免意外停機、降低能源成本、縮短生產(chǎn)周期并提高整體生產(chǎn)力。 

文/作者：羅鼎 艾默生自動化解決方案機器自動化亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理

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