大多數(shù)美國(guó)鑄造廠都是家族企業(yè)和私營(yíng)的中小型公司，投資于數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃的資金很少。然而，在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)中，越來(lái)越多像Ferroloy公司(一家位于堪薩斯州威奇托市的5萬(wàn)平方英尺的鋼鐵鑄造廠)這樣的中小型企業(yè)深刻認(rèn)識(shí)到新方法與創(chuàng)新技術(shù)對(duì)于企業(yè)成功的關(guān)鍵意義。
 

　　Ferroloy公司急需找到一種更高效的解決方案，來(lái)取代其高度依賴于人工的數(shù)據(jù)收集過(guò)程，該過(guò)程存在諸多不準(zhǔn)確、且未得到有效利用的大量數(shù)據(jù)。公司期望能尋得一個(gè)解決方案借此提高產(chǎn)量與質(zhì)量，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，并實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有軟件及專用機(jī)械設(shè)備的集成。最終，該公司選擇了由系統(tǒng)集成商Artek公司在其鑄造廠內(nèi)，實(shí)施一套涵蓋監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCAD)、人機(jī)界面(HMI)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)等功能的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。
 

　　SCADA作為中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)
 

　　在鑄造廠的環(huán)境里， SCADA系統(tǒng)可不像 Excel 電子表格或便簽紙那般隨處可見(jiàn)。

 

　　Artek公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Jerry Eppler談道：“實(shí)際上，許多其它鑄造廠也在尋覓類似的解決方案，只是他們毫無(wú)頭緒，不知從何開(kāi)始。Ferroloy公司當(dāng)初也面臨著同樣的狀況，幸運(yùn)的是在項(xiàng)目起始的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，他們聯(lián)系到了我們。我們?yōu)檎麄€(gè)過(guò)程的推進(jìn)提供幫助，把客戶的想法以及其所洞察到的潛在機(jī)會(huì)，切實(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際成果。”
 

　　為確保項(xiàng)目順利推進(jìn)并取得成功，雙方搭建了新的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。Ferroloy公司的派出內(nèi)部工程師Clint VenJohn擔(dān)任新項(xiàng)目的工藝工程師。雖說(shuō)VenJohn與Artek公司的設(shè)計(jì)服務(wù)工程師Jim LaPratt在軟件經(jīng)驗(yàn)上存在差異，但在Ferroloy公司工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程中，兩人都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
 

　　LaPratt在鑄造行業(yè)擁有長(zhǎng)達(dá)25年的豐富從業(yè)經(jīng)歷，對(duì)該平臺(tái)的了解極為廣泛。而VenJohn在此之前則毫無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。LaPratt表示，VenJohn身為工廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)理所具備的運(yùn)營(yíng)技術(shù)(OT)背景，加之其在信息技術(shù)方面的天賦，再結(jié)合供應(yīng)商提供的免費(fèi)學(xué)習(xí)資源，這些非但不是不利因素，反而讓他迅速為項(xiàng)目貢獻(xiàn)出了 “一些極為出色的想法”。
 

　　通過(guò)部署這套Ignition系統(tǒng)，F(xiàn)erroloy公司期望推行精益生產(chǎn)實(shí)踐，以此促使整體行為發(fā)生轉(zhuǎn)變，降低對(duì)個(gè)人技能的依賴，轉(zhuǎn)而更多依靠系統(tǒng)運(yùn)作。VenJohn稱：“我們努力要做的，是把一個(gè)老舊的過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，提升過(guò)程的可視化程度，從而挖掘出其中潛藏的巨大潛力。”
 

　　以往，數(shù)據(jù)主要被用于解決個(gè)別孤立的問(wèn)題，很少被用于實(shí)施公司層面的整體舉措。為打造一個(gè)既能讓一線操作人員受益，又能助力高層管理人員決策的SCADA系統(tǒng)，Artek公司在 Ferroloy公司的服務(wù)器上搭建并配置了一個(gè)MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，隨后將其接入工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)，尤其是連接到一個(gè)標(biāo)簽歷史記錄模塊，將其作為中央存儲(chǔ)庫(kù)，旨在最大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與分析。如此一來(lái)，便創(chuàng)建出一個(gè)可供公司內(nèi)任何人參考的唯一真實(shí)數(shù)據(jù)源。

 

　　Eppler指出，新項(xiàng)目的目標(biāo)在于通過(guò)高效的數(shù)據(jù)收集與分析，推動(dòng)這家嚴(yán)重依賴人工紙質(zhì)數(shù)據(jù)收集且缺乏互聯(lián)互通的鑄造廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。Ferroloy 公司設(shè)定了頗具雄心的目標(biāo)，計(jì)劃將產(chǎn)能提升 25% 至 30%，同時(shí)把廢品率降低 30% 至 35%。
 

　　新的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)助力Ferroloy在定量數(shù)據(jù)的支撐下探尋提升效率的途徑。VenJohn稱，“有了新軟件，我們基本能夠?qū)崟r(shí)獲取最新生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而以往我們得到的信息大概會(huì)滯后一周左右，借助這些數(shù)據(jù)，公司能夠識(shí)別生產(chǎn)趨勢(shì)并查看輪班報(bào)告。這些都是極為顯著的改進(jìn)，讓我們能夠快速識(shí)別問(wèn)題并及時(shí)做出反應(yīng)。”
 

　　為實(shí)現(xiàn)這種全新的數(shù)據(jù)收集水平而言，工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)堪稱一個(gè)極具成本效益的解決方案，這一點(diǎn)對(duì)于Ferroloy這樣規(guī)模的鑄造廠尤為關(guān)鍵。Ferroloy公司總裁Mark Soucie表示，依托新軟件推動(dòng)的數(shù)據(jù)分析，未來(lái)的發(fā)展機(jī)會(huì)或許是無(wú)限的。 他的信心并非源于初始成本低廉，而在于該系統(tǒng)能夠依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)靈活調(diào)整、快速做出改變。
 

　　以最少的投入實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)字化
 

　　實(shí)際情況顯示，數(shù)字化絕非只是從紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)換為HMI這般簡(jiǎn)單，其中人的因素不可忽視。對(duì)于Ferroloy公司和Artek公司而言，在澆注高達(dá)2700華氏度鐵水的快節(jié)奏工作場(chǎng)景下(見(jiàn)圖3)，分散操作人員的注意力是他們最不愿看到的事情。

 

　　一開(kāi)始，團(tuán)隊(duì)打算遵循高性能的灰度設(shè)計(jì)理念。然而，LaPratt和VenJohn為更好地滿足員工實(shí)際需求，對(duì)方案做出了調(diào)整。他們簡(jiǎn)化屏幕顯示，將重點(diǎn)放在提升界面的易用性和信息的易讀性上，確保操作人員能迅速理解并便捷操作。
 

　　VenJohn表示：“在我們的員工中，有不少人不太懂技術(shù)，有些年齡偏大，還有一些存在語(yǔ)言溝通障礙。HMI的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)，讓他們能夠輕松與之互動(dòng)，順利且準(zhǔn)確地完成工作任務(wù)。”
 

　　該系統(tǒng)的所有可視化界面均通過(guò)軟件設(shè)計(jì)完成，每個(gè)屏幕上的按鈕數(shù)量被減到最少，將交互操作簡(jiǎn)化為特定過(guò)程的基本操作步驟。鑒于視覺(jué)組件較少，HMI需要借助色彩，讓關(guān)鍵信息“脫穎而出”，如此一來(lái)，操作人員便能迅速判斷當(dāng)前過(guò)程的狀態(tài)。
 

　　Eppler指出：“在鑄造廠里，熔化鐵所需的溫度極高，所以安全始終是首要關(guān)注點(diǎn)。我們力求讓屏幕操作界面極其直觀、簡(jiǎn)潔，防止分散操作人員對(duì)周圍潛在危險(xiǎn)的注意力。”
 

　　和眾多鑄造廠的情況類似，F(xiàn)erroloy公司內(nèi)配備著各種不同制造商、不同時(shí)期生產(chǎn)的可編程邏輯控制器(PLC)，除此之外，還有一些其它設(shè)備，根本無(wú)法通過(guò)PLC進(jìn)行通信。
 

　　新的工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)有一套設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，使Ferroloy公司能夠連接其所有硬件設(shè)備。這種靈活性也激發(fā)了更多創(chuàng)造性解決方案的靈感；鑄造廠環(huán)境本身就布滿灰塵，對(duì)電子設(shè)備尤其不利，因此他們需要一種能夠在更換成本較低的設(shè)備上運(yùn)行的軟件。該公司在六條生產(chǎn)線的上方配置了智能電視，用作顯示關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)的儀表板，以便快速查閱。
 

　　Ferroloy公司面臨的主要問(wèn)題是，在車間收集的數(shù)據(jù)與設(shè)備相互隔離。如果你需要這些信息，就必須親自走到設(shè)備那里去獲取。新的系統(tǒng)將來(lái)自不同設(shè)備的孤立數(shù)據(jù)直接整合到屏幕上，這些屏幕可以在車間使用，以便在使用產(chǎn)品時(shí)驗(yàn)證其質(zhì)量是否合格。
 

　　將新的軟件接入 Ferroloy 公司的Sinto模具機(jī)后，模具生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠借助應(yīng)用程序編程接口(API)，反饋至企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)系統(tǒng)中。這一舉措使得操作人員免于在車間執(zhí)行手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的繁瑣工作，有效降低了數(shù)據(jù)錄入時(shí)出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。
 

　　起初，系統(tǒng)集成商打算采用第三方解決方案，把工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)與從模具機(jī)收集數(shù)據(jù)的可編程邏輯控制器(PLC)相連。不過(guò)，機(jī)緣巧合的是，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段，軟件供應(yīng)商發(fā)布了所需的PLC驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序支持PLC中的工業(yè)通信，實(shí)現(xiàn)了直接連接，無(wú)需借助任何額外軟件，與此同時(shí)，也減少了項(xiàng)目的整體成本開(kāi)支。
 

　　集成SCADA與ERP系統(tǒng)
 

　　除了將過(guò)程數(shù)據(jù)從“辦公桌抽屜”轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫(kù)之外，系統(tǒng)集成商還面臨著一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，還需要將新的工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)與Ferroloy公司早在十多年前就已實(shí)施的一款ERP軟件即服務(wù)(SaaS)進(jìn)行集成。從ERP系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)是這個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵所在，因?yàn)檫@一操作避免了數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入，進(jìn)而消除了因人為錄入而可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
 

　　系統(tǒng)集成商創(chuàng)建了通過(guò) API 接口運(yùn)行的同步例程，以監(jiān)控ERP并實(shí)時(shí)查找更改。當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，更新的信息會(huì)被引入 Ignition 系統(tǒng)，以便操作員可以立即了解正在進(jìn)行的訂單，包括工單和相關(guān)產(chǎn)品，以及重量和溫度范圍等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
 

　　SCADA和ERP系統(tǒng)的集成至關(guān)重要，因?yàn)殍T鐵過(guò)程中的某些步驟有嚴(yán)格的時(shí)間限制?，F(xiàn)在，HMI不僅能展示六條澆注線的實(shí)時(shí)狀況，包括每條線上模具的流轉(zhuǎn)情況，還能呈現(xiàn)從ERP系統(tǒng)同步而來(lái)的數(shù)據(jù)信息。這一功能讓操作人員在開(kāi)啟熔爐向鐵水包中倒入鐵水時(shí)，能夠清楚知曉當(dāng)前正在澆注的具體內(nèi)容。要知道，一旦啟用新的鐵水包，鐵水的有效使用時(shí)間僅僅只有10分鐘，所以這些實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確的信息，對(duì)于一線生產(chǎn)操作人員來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的。
 

　　未來(lái)，通過(guò)將Ignition系統(tǒng)與分析澆注鐵元素含量的光譜儀集成，F(xiàn)erroloy公司計(jì)劃提高煉鐵過(guò)程的可追溯性。這也使其能夠密切監(jiān)測(cè)所有測(cè)量元素的變化，并及時(shí)進(jìn)行微小的調(diào)整。這將改善鑄造廠技術(shù)人員的工作流程，使他們能夠直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)，而不是要求他們?cè)诜泵Φ蔫T造車間到處尋找信息。