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

從食品飲料加工的工藝過(guò)程，到工廠自動(dòng)化設(shè)備為主的商品包裝線，生產(chǎn)設(shè)備開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)向采用智能氣動(dòng)技術(shù)來(lái)提高能效。在壓縮空氣系統(tǒng)中，些許的效率改進(jìn)就意味著每月節(jié)省數(shù)萬(wàn)美元的能源成本。但是，智能氣動(dòng)技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)不止節(jié)能。通過(guò)收集之前閥門(mén)、汽缸和氣源處理系統(tǒng)等“非智能”項(xiàng)目中的過(guò)程數(shù)據(jù)，協(xié)同硬件和軟件組合能提供實(shí)用洞見(jiàn)，助力縮短停機(jī)時(shí)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(shí)挑戰(zhàn)

在氣動(dòng)系統(tǒng)中，氣動(dòng)元件會(huì)發(fā)生磨損并引發(fā)泄漏。隨著時(shí)間的推移，能源消耗不斷惡化，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本提高，碳排放加劇。事實(shí)上，廠商平均每年都會(huì)因泄漏而損失高達(dá)30~35%的壓縮空氣。泄漏越嚴(yán)重，能源損耗就越大，同時(shí)還會(huì)增加停機(jī)時(shí)間和運(yùn)營(yíng)成本。部分運(yùn)營(yíng)商每年每臺(tái)機(jī)器的損失甚至高達(dá)5萬(wàn)美元以上！

對(duì)于很多運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，識(shí)別和解決壓縮空氣系統(tǒng)中的泄漏損失還能提高整體設(shè)備效率（OEE)，因?yàn)榭諝庑孤┩馕吨嬖谄渌阅軉?wèn)題。OEE是一種度量制造過(guò)程中生產(chǎn)力效用的實(shí)用工具，可通過(guò)以下變量確定：  

-   可用性：即機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)間。生產(chǎn)過(guò)程是否在計(jì)劃的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)連續(xù)運(yùn)行？

-   性能：表示與機(jī)器運(yùn)行速度相關(guān)的變量。生產(chǎn)過(guò)程是否能以最大速度運(yùn)行，并且

     不會(huì)導(dǎo)致慢速循環(huán)發(fā)生？

-   質(zhì)量：表示組件磨損對(duì)最終產(chǎn)品影響的相關(guān)變量。生產(chǎn)是否無(wú)缺陷？無(wú)返工？ 

可用性、性能或質(zhì)量中的任何一項(xiàng)未能達(dá)到最佳都會(huì)影響OEE評(píng)級(jí)。事實(shí)上，艾默生氣動(dòng)系統(tǒng)專(zhuān)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(shè)計(jì)生產(chǎn)能力運(yùn)行的系統(tǒng)要比未達(dá)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(shí)到每臺(tái)機(jī)器上，確保其都具有最大效率。

智能氣動(dòng)技術(shù)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(guān)工業(yè)過(guò)程，逐步將數(shù)字化轉(zhuǎn)型引入各種規(guī)模的氣動(dòng)系統(tǒng)中。這種轉(zhuǎn)型使得操作人員能從氣動(dòng)元件和其他機(jī)器元件中采集和處理數(shù)據(jù)，以提供新的實(shí)用的洞見(jiàn)。例如，優(yōu)化壓縮空氣就是一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)進(jìn)步，它通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的空氣流量來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)泄漏情況，同時(shí)采集進(jìn)氣管線中的壓力和溫度等其他數(shù)據(jù)。 

將來(lái)自智能氣動(dòng)系統(tǒng)的原始物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有實(shí)際效用的信息是減少停機(jī)時(shí)間、降低能源成本、縮短周期時(shí)間并提高整體生產(chǎn)力的關(guān)鍵。但如何確定所收集的機(jī)器數(shù)據(jù)是具有實(shí)際效用的？如何應(yīng)用這些數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)車(chē)間運(yùn)營(yíng)和制定更高級(jí)別的決策？ 

單刀直入的方法

只需設(shè)置若干個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，就能輕松實(shí)現(xiàn)本地級(jí)智能氣動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，無(wú)須部署云系統(tǒng)。通過(guò)艾默生的AVENTICS?系列AF2流量傳感器等組件來(lái)測(cè)量氣流，或使用AVENTICS智能氣動(dòng)分析儀 (SPA) 等便攜式解決方案，系統(tǒng)能識(shí)別任何所有出現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)器并創(chuàng)建相應(yīng)的警報(bào)，同時(shí)顯示在簡(jiǎn)單易用的儀表盤(pán)上，或?qū)崟r(shí)發(fā)送給最終用戶。從少量的小型單個(gè)零件著手，無(wú)需大量數(shù)據(jù)分析，操作人員就能獲得可行的洞見(jiàn)，這樣能很快達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量、增加產(chǎn)能和減少氣動(dòng)系統(tǒng)能源消耗的目標(biāo)。

AVENTICS? AF2流量傳感器能實(shí)時(shí)測(cè)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(dòng)分析儀 (SPA)，客戶通過(guò)監(jiān)測(cè)氣動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，可以輕松獲取實(shí)時(shí)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(dòng)分析儀，AVENTICS? AF2 Ethernet空氣流量傳感器等設(shè)備結(jié)合使用，并針對(duì)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(cè)量值等提供簡(jiǎn)單易懂的操作洞見(jiàn)。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

近期案例中，艾默生為一家包裝機(jī)械制造商提供分析解決方案，通過(guò)強(qiáng)大的分析功能幫助其提升碼垛和卸垛設(shè)備的整體設(shè)備效率。該解決方案基于艾默生的PACEdge IIoT平臺(tái)，而非復(fù)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(wèn)題的指導(dǎo)。PACEdge IIoT平臺(tái)不僅易于開(kāi)發(fā)和實(shí)施，還能根據(jù)周期計(jì)數(shù)或其他參數(shù)提供預(yù)測(cè)性維護(hù)建議。該平臺(tái)能實(shí)時(shí)分析問(wèn)題的根源，并根據(jù)嚴(yán)重程度發(fā)出一系列警告或嚴(yán)重警報(bào)。這些數(shù)據(jù)的收集和可視化獨(dú)立于主機(jī)控制器，適用于傳統(tǒng)或第三方控制器。

通過(guò)最初聚焦的幾臺(tái)機(jī)器或特定的痛點(diǎn)，可定義項(xiàng)目范圍，并直觀量化結(jié)果。值得重視的是，須確保所選擇的監(jiān)測(cè)解決方案具有可擴(kuò)展性，可隨著未來(lái)的需求和期望不斷擴(kuò)展。選擇與產(chǎn)品組合齊全的供應(yīng)商合作，能避免設(shè)備堆積，防止長(zhǎng)期成本增加。

運(yùn)營(yíng)商在選擇合作伙伴和產(chǎn)品時(shí)需特別留意，防止將自己與特定設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)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(shí)間和前期資本投資。例如，收集數(shù)據(jù)的一種方法是通過(guò)網(wǎng)關(guān)從可編程邏輯控制器（PLC）上傳到云；另一種方法則是將氣動(dòng)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(jìn)行分析和可視化。以上兩種情況都涉及PLC，這可能需要對(duì)PLC邏輯進(jìn)行重大更改，才能借助PLC通過(guò)云捕獲分析，實(shí)現(xiàn)“本地”可視化。 

對(duì)于沒(méi)有意愿或缺乏基礎(chǔ)設(shè)施支持復(fù)雜云場(chǎng)景的生產(chǎn)過(guò)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(wú)需云環(huán)境來(lái)實(shí)時(shí)可視化數(shù)據(jù)。傳感器和其他邊緣設(shè)備等采集模塊通過(guò)網(wǎng)關(guān)直接連接，無(wú)需更改 PLC設(shè)置及程序。這一點(diǎn)非常重要！因?yàn)楦腜LC邏輯可能需要投入大量時(shí)間和資源，而且許多運(yùn)營(yíng)商可能不想更改其PLC編程，特別是在改造項(xiàng)目方面。通過(guò)更靈活的解決方案（如艾默生提供的解決方案），無(wú)論使用何種控制器的改造項(xiàng)目，皆可通過(guò)云或者本地的邊緣計(jì)算設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在新建項(xiàng)目中，客戶可以使用將PLC和邊緣技術(shù)集成在一個(gè)單元中的艾默生通用邊緣控制器替換PLC架構(gòu)。

與傳統(tǒng)的基于消費(fèi)者的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目不同，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常具有高度的交叉兼容性，這是為了確保平穩(wěn)運(yùn)行可編程及可擴(kuò)展的開(kāi)放軟件（如PACEdge平臺(tái)）的關(guān)鍵因素，開(kāi)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(gòu)，MQTT）中。例如上文提到的AF2系列流量傳感器與OPC 統(tǒng)一架構(gòu)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(guān)以進(jìn)行高級(jí)分析。

無(wú)論是本地的還是基于云的系統(tǒng)，IIoT技術(shù)的最佳供應(yīng)商都會(huì)根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的當(dāng)前基礎(chǔ)架構(gòu)為其量身定制系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)、控制系統(tǒng)及開(kāi)放式IIoT協(xié)議為設(shè)備提供所需的預(yù)見(jiàn)。知識(shí)淵博、經(jīng)驗(yàn)豐富且技術(shù)靈活的供應(yīng)商更會(huì)深入了解運(yùn)營(yíng)商的特定需求，針對(duì)具體IIoT實(shí)施定制方案。

離散和混合應(yīng)用程序的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能氣動(dòng)技術(shù)與可編程且可擴(kuò)展的開(kāi)放軟件平臺(tái)相結(jié)合，可確保所選的監(jiān)測(cè)解決方案能隨著未來(lái)的需求和期望不斷擴(kuò)展。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

顯著優(yōu)勢(shì) 

過(guò)去，投資于監(jiān)測(cè)成本較低的氣動(dòng)元件毫無(wú)意義，廠商對(duì)于更換費(fèi)用和相關(guān)的生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間也習(xí)以為常。但是現(xiàn)在，信息化改變了游戲規(guī)則。 

單個(gè)獨(dú)立執(zhí)行器故障，可能會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。由IIOT驅(qū)動(dòng)的智能氣動(dòng)技術(shù)能連接自動(dòng)化孤島，釋放機(jī)器數(shù)據(jù)潛能，并從根本上提高OEE，使用恰當(dāng)?shù)脑捘軒椭圃焐套R(shí)別執(zhí)行器缺陷等問(wèn)題。如果生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品涉及幾臺(tái)或者幾十臺(tái)機(jī)器，其影響可能更大。一臺(tái)機(jī)器的低效率可能在整個(gè)工廠中產(chǎn)生連鎖效應(yīng)。通過(guò)連接信息孤島，運(yùn)營(yíng)商有望通過(guò)下列方式獲得投資回報(bào)： 

-   縮短停機(jī)時(shí)間：智能氣動(dòng)技術(shù)通過(guò)測(cè)量使用情況和周期來(lái)監(jiān)測(cè)磨損，從而幫助維護(hù)            和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)更好地了解機(jī)器內(nèi)不斷惡化的問(wèn)題。結(jié)合周期指標(biāo)，運(yùn)營(yíng)商能清楚掌握            剩余系統(tǒng)壽命，并通過(guò)實(shí)施預(yù)測(cè)性維護(hù)來(lái)縮短停機(jī)時(shí)間。 

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

-   提高生產(chǎn)力：智能氣動(dòng)技術(shù)能及時(shí)發(fā)出通知和警報(bào)，提示制造過(guò)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(dòng)裝置、控制器、到應(yīng)用支持平臺(tái)的一站式解決方案，可幫助不同規(guī)模的運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化流程并提供實(shí)用預(yù)見(jiàn)。借助智能氣動(dòng)技術(shù)、PACEdge平臺(tái)等系統(tǒng)，我們能為運(yùn)營(yíng)商提供深刻洞見(jiàn)，幫助避免意外停機(jī)、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(dòng)化解決方案機(jī)器自動(dòng)化亞太區(qū)產(chǎn)品經(jīng)理

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