開放靈活解決方案：以智馭氣，高效制勝

文/作者：羅鼎 艾默生自動化解決方案機器自動化亞太區產品經理

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，生產設備開始逐步轉向采用智能氣動技術來提高能效。在壓縮空氣系統中，些許的效率改進就意味著每月節省數萬美元的能源成本。但是，智能氣動技術帶來的優勢遠不止節能。通過收集之前閥門、汽缸和氣源處理系統等“非智能”項目中的過程數據，協同硬件和軟件組合能提供實用洞見，助力縮短停機時間，加快生產節拍，提高整體生產力。

（圖片由艾默生Emerson? 提供）

優化效率面臨現實挑戰

在氣動系統中，氣動元件會發生磨損并引發泄漏。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。生產過程是否在計劃的生產時間內連續運行？

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

     不會導致慢速循環發生？

-   質量：表示組件磨損對最終產品影響的相關變量。生產是否無缺陷？無返工？ 

可用性、性能或質量中的任何一項未能達到最佳都會影響OEE評級。事實上，艾默生氣動系統專家研究表明，典型包裝生產線的OEE 僅為45%~55%左右。顯然，那些按照或接近設計生產能力運行的系統要比未達到的系統更節能、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

工業物聯網 (IIoT) 正在改變生產制造、包裝和相關工業過程，逐步將數字化轉型引入各種規模的氣動系統中。這種轉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據，以提供新的實用的洞見。例如，優化壓縮空氣就是一種工業物聯網驅動的技術進步，它通過持續監測系統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據。 

將來自智能氣動系統的原始物理數據轉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力的關鍵。但如何確定所收集的機器數據是具有實際效用的？如何應用這些數據來改進車間運營和制定更高級別的決策？ 

單刀直入的方法

只需設置若干個數據點，就能輕松實現本地級智能氣動系統監測，無須部署云系統。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，系統能識別任何所有出現問題的機器并創建相應的警報，同時顯示在簡單易用的儀表盤上，或實時發送給最終用戶。從少量的小型單個零件著手，無需大量數據分析，操作人員就能獲得可行的洞見，這樣能很快達到降低成本、提高生產質量、增加產能和減少氣動系統能源消耗的目標。

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據。（圖片由艾默生Emerson? 提供）

借助于AVENTICS? 智能氣動分析儀 (SPA)，客戶通過監測氣動系統參數，可以輕松獲取實時數據從而提高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，而非復雜的數據集，可確定哪些特定執行器或閥組性能欠佳，并給出解決可疑問題的指導。PACEdge IIoT平臺不僅易于開發和實施，還能根據周期計數或其他參數提供預測性維護建議。該平臺能實時分析問題的根源，并根據嚴重程度發出一系列警告或嚴重警報。這些數據的收集和可視化獨立于主機控制器，適用于傳統或第三方控制器。

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品時需特別留意，防止將自己與特定設備、網關、云服務或其他封閉生態系統綁定。某些解決方案可能還需要大量時間和前期資本投資。例如，收集數據的一種方法是通過網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，數據仍然發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“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力和節能效果，且無需云環境來實時可視化數據。傳感器和其他邊緣設備等采集模塊通過網關直接連接，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據進行處理。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。

與傳統的基于消費者的物聯網項目不同，工業物聯網設備通常具有高度的交叉兼容性，這是為了確保平穩運行可編程及可擴展的開放軟件（如PACEdge平臺）的關鍵因素，開放式通信協議可以是基于云的、本地的，也可以集成到現有軟件系統（比如OPC統一架構，MQTT）中。例如上文提到的AF2系列流量傳感器與OPC 統一架構兼容，使用戶能直接連接到上層系統或其他工業物聯網網關以進行高級分析。

無論是本地的還是基于云的系統，IIoT技術的最佳供應商都會根據運營商的當前基礎架構為其量身定制系統，通過網關、控制系統及開放式IIoT協議為設備提供所需的預見。知識淵博、經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字化轉型。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）

顯著優勢 

過去，投資于監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停機時間也習以為常。但是現在，信息化改變了游戲規則。 

單個獨立執行器故障，可能會影響整個系統的效率。由IIOT驅動的智能氣動技術能連接自動化孤島，釋放機器數據潛能，并從根本上提高OEE，使用恰當的話能幫助制造商識別執行器缺陷等問題。如果生產一個產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測磨損，從而幫助維護            和生產團隊更好地了解機器內不斷惡化的問題。結合周期指標，運營商能清楚掌握            剩余系統壽命，并通過實施預測性維護來縮短停機時間。 

-   改善節能：減少泄漏能降低整個系統的能耗，進而達到節能減排的目的。

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

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，可幫助不同規模的運營商優化流程并提供實用預見。借助智能氣動技術、PACEdge平臺等系統，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、縮短生產周期并提高整體生產力。 

文/作者：羅鼎 艾默生自動化解決方案機器自動化亞太區產品經理

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