机 电 设 备 系 统 集 成 优 化 方 案 供 制 造 业 共 享 的 机 电 设 备 集 成 优 化 方 案...... 全 面... 扩 展... 安 全... 兼 容... 开 放 ODVA 与 OPC 基 金 会 及 Sercos 国 际 组 织 合 作 奉 献 PUB00266R1 Page 1 of 8.
执 行 纲 要 机 电 设 备 是 生 产 过 程 的 核 心, 如 何 优 化 它 与 企 业 中 其 它 设 备 以 及 监 管 系 统 间 的 集 成, 是 制 造 商 力 争 的 焦 点 所 在 制 造 商 通 常 将 资 产 周 转 率 作 为 这 种 高 价 值 设 备 的 基 准, 以 衡 量 一 家 公 司 资 产 产 生 收 入 的 效 率 但 是 在 今 天 的 经 济 环 境 下, 生 产 专 家 和 企 业 高 层 都 需 要 更 加 全 面 的 关 注 点, 所 以 除 了 资 产 ( 即 机 电 设 备 ) 周 转 率 外, 制 造 商 必 须 衡 量 资 产 本 身 的 能 力, 以 帮 助 企 业 实 现 整 体 业 务 目 标 并 适 应 瞬 息 万 变 的 市 场 需 求. 易 于 集 成 则 至 交 重 要. ODVA 提 供 一 种 开 放 的, 可 互 操 作 的 通 讯 架 构 来 优 化 机 电 设 备 集 成, 这 种 架 构 无 论 对 于 制 造 商 还 是 机 电 设 备 生 产 商 来 讲, 都 是 全 面 的 可 扩 展 的 安 全 的 开 放 并 且 兼 容 的 在 此 架 构 的 基 础 上,ODVA 通 过 与 OPC 基 金 会 和 Sercos 国 际 组 织 合 作 的 举 措, 力 求 促 进 协 同 合 作 与 创 新 机 电 设 备 系 统 集 成 优 化 方 案 (OMI ), 通 过 简 化 设 备 与 设 备 之 间 的 通 讯, 以 及 设 备 与 监 控 系 统 之 间 的 通 讯, 为 机 器 生 产 商 来 提 供 了 创 造 附 加 值 的 机 会 OMI 通 过 将 数 据 转 换 成 信 息, 为 动 态 决 策 提 供 工 具, 从 而 最 大 程 度 地 提 高 机 电 设 备 生 产 率 和 性 能, 并 增 强 设 备 资 产 的 预 防 性 维 护 能 力 因 此,OMI 会 提 升 机 电 设 备 的 价 值, 延 长 设 备 的 生 命 周 期, 水 到 渠 成 地 帮 助 制 造 商 完 成 整 体 业 务 目 标, 包 括 劳 动 力 利 润 率 以 及 可 持 续 发 展 的 目 标 本 白 皮 书 介 绍 了 制 造 业 优 化 机 电 设 备 系 统 集 成 的 良 机, 并 概 述 了 一 种 用 于 机 电 设 备 通 讯 的 开 放 统 一 的 集 成 模 式, 内 容 包 括 如 下 : 工 业 生 态 系 统 中 的 机 电 设 备 机 器 在 生 产 领 域 中 的 共 同 愿 景 OMI 的 工 业 使 用 案 例 ; OMI 的 实 践 应 用. 此 文 献 给 在 制 造 业 和 机 电 设 备 生 产 企 业 中, 为 完 成 企 业 整 体 业 务 目 标 而 不 断 努 力 探 索 可 长 期 使 用 的 信 息 集 成 通 讯 技 术 的 业 务 和 技 术 骨 干 们 PUB00266R1 Page 2 of 8.
工 业 生 态 系 统 中 的 机 电 设 备 ODVA 设 想 提 供 一 个 机 电 设 备 间 可 互 操 作 的 框 架, 它 涵 盖 工 业 生 态 系 统 的 三 大 领 域 : 生 产 企 业 及 电 网 ( 参 见 图 1) 该 方 案 关 注 通 讯 在 生 产 过 程 设 备 控 制 中 的 重 要 性, 同 时 强 调 查 看 和 调 用 机 电 设 备 信 息 的 可 能 性, 例 如 能 源 指 标 和 安 全 系 数 可 以 作 为 共 享 的 资 源 在 制 造 业 的 各 领 域 中 流 通 OMI 在 生 产 领 域 中 的 愿 景 尽 管 机 电 设 备 在 制 造 业 中 是 必 不 可 少 的, 生 产 专 员 却 始 终 没 有 获 得 标 准 的 工 具 和 指 导 去 全 面 地 简 化 机 电 设 备 的 集 成 OMI 将 切 实 有 效 地 改 变 这 种 境 况 通 过 实 施 OMI, 制 造 商 能 够 用 一 种 标 准 的 方 法, 直 观 地 获 得 生 产 领 域 各 个 层 面 机 电 设 备 的 信 息, 同 时 简 化 设 备 间 通 讯 所 需 的 连 接, 从 而 获 利 反 过 来, 这 也 将 帮 助 设 备 生 产 商 推 进 创 新, 同 时 帮 助 制 造 商 们 显 著 提 高 生 产 率 生 产 领 域 中 机 电 设 备 的 集 成 是 OMI 的 主 要 关 注 点 庞 大 的 设 备 供 应 商 群 体, 都 是 ODVA,OPC 基 金 会 和 Sercos 国 际 组 织 的 成 员, 他 们 提 供 用 于 该 领 域 的 信 息 及 通 讯 解 决 方 案, 因 而 能 够 共 同 提 供 一 种 整 体 的 技 术 与 途 径, 具 备 以 下 特 点 : 全 面 性, 着 眼 于 机 电 设 备 在 生 产 领 域 中 的 集 成 以 及 与 工 业 生 态 系 统 中 其 它 领 域 集 成 的 长 期 需 要 ; 可 扩 展 性, 制 造 规 模 由 小 及 大 ; 安 全 性, 对 于 设 备 与 监 管 层 的 信 息 的 远 程 访 问 ; 包 容 性, 集 合 多 种 不 同 网 络 及 标 准 ; 开 放 性, 使 用 由 独 立 的 第 三 方 组 织 管 理 的 多 厂 商 通 用 标 准 PUB00266R1 Page 3 of 8.
OMI 使 用 案 例 对 于 工 业 用 户 而 言, 实 现 OMI 需 要 三 管 齐 下 :(1) 通 讯 的 连 通 性 ; (2) 机 电 设 备 与 监 控 系 统 间 的 通 讯 ; (3) 机 电 设 备 之 间 的 通 讯 ODVA 的 OMI 方 案 源 于 机 电 设 备 生 产 商 与 制 造 商 们 在 集 成 设 备 时 面 临 的 挑 战 这 些 挑 战 包 括 : 1. 机 器 自 动 化 过 程 中 自 动 化 网 络 的 激 增 2. 机 电 设 备 的 使 用 寿 命 较 长, 以 致 留 下 许 多 陈 旧 的 网 络 装 置 3. 设 备 生 产 商 热 衷 于 提 供 高 价 值 的 设 备, 这 使 得 他 们 在 与 资 产 周 转 率 相 关 的 性 价 比 上 更 有 竞 争 力, 而 不 是 设 备 整 体 的 效 能 4. 为 了 维 护 设 备, 制 造 商 需 要 让 OEM 厂 商 能 够 安 全 地 远 程 地 访 问 信 息, 这 不 仅 包 括 设 备 间 的 共 享 信 息, 也 包 括 设 备 与 监 控 系 统, 如 线 控 制 器,MES 和 企 业 应 用 层 间 共 享 的 信 息 ODVA 通 过 与 其 机 电 倡 议 联 盟 伙 伴 (OPC 基 金 会 和 Sercos 国 际 组 织 ) 间 的 合 作, 携 手 各 自 尊 贵 的 会 员 公 司, 将 促 进 解 决 这 些 挑 战 OPC 基 金 会 一 直 致 力 于 创 建 和 维 护 开 放 的 规 范, 将 安 全 通 讯 过 程 数 据 分 析 报 警 及 事 件 的 记 录 历 史 数 据 以 及 多 厂 商 系 统 间 和 生 产 设 备 间 的 批 量 数 据 处 理, 完 全 地 标 准 化 与 此 同 时,Sercos 国 际 组 织 则 致 力 于 将 用 于 运 动 控 制 设 备 和 系 统 的 运 动 控 制 器 驱 动 器 I/O 传 感 器 和 执 行 器 进 行 互 连 为 了 生 产 系 统 之 间 的 互 操 作 性, 以 及 生 产 系 统 和 其 它 系 统 之 间 的 集 成,ODVA 主 张 尽 可 能 采 用 现 成 的 标 准 的 未 经 修 改 的 英 特 网 和 以 太 网 技 术 这 些 组 织 计 划 与 他 们 尊 贵 的 会 员 公 司 一 起 建 立 一 个 开 放 而 统 一 的 集 成 模 式, 这 种 模 式 将 为 机 电 设 备 生 产 商 在 设 计 安 装 和 维 护 设 备 方 面 提 供 标 准 和 指 导, 还 能 够 帮 助 用 户 获 取 设 备 数 据, 并 且 将 这 些 数 据 与 从 线 控 制 器 和 MES 系 统 中 得 到 的 数 据 相 关 联 PUB00266R1 Page 4 of 8.
使 用 案 例 类 型 1: 设 备 间 的 通 讯 使 用 案 例 类 型 2: 设 备 与 监 控 系 统 间 的 通 讯 使 用 案 例 类 型 3: 通 讯 连 通 机 电 设 备 间 的 通 讯 是 OMI 的 基 础 建 立 标 准 能 够 降 低 机 电 设 备 集 成 的 时 间 与 成 本, 并 且 减 少 客 户 用 于 集 成 来 自 不 同 供 应 商 的 设 备 所 需 要 定 制 的 软 件 和 特 殊 的 硬 件 机 电 设 备 间 互 操 作 时 所 需 要 的 关 键 功 能 通 过 一 种 统 一 的 集 成 模 式 实 现, 包 括 命 令 配 置 和 控 制, 并 通 过 一 种 通 用 的 数 据 模 型 来 连 接 关 键 的 设 备 属 性, 使 机 电 设 备 生 产 商 和 制 造 商 们 能 够 更 容 易 更 迅 速 更 节 省 地 集 成 来 自 不 同 厂 商 和 不 同 设 计 年 代 的 机 电 设 备 机 电 设 备 与 监 控 系 统 间 的 通 讯 是 OMI 的 增 强 剂 利 用 线 控 制 器 和 制 造 执 行 系 统 (MES), 制 造 商 能 够 通 过 合 并 与 交 换 系 统 间 的 设 备 信 息 来 收 集 生 产 数 据, 协 助 进 行 资 产 管 理, 并 且 汇 报 诊 断 及 报 警 信 息 这 种 设 备 的 监 控 和 管 理 有 助 于 减 少 停 机 时 间, 促 进 高 效 利 用, 同 时 通 过 自 动 化 操 作 提 高 整 体 设 备 效 率, 使 机 电 设 备 集 成 带 来 的 好 处 成 倍 增 加 OMI 允 许 现 有 的 自 动 化 系 统 接 纳 实 现 机 器 使 用 新 效 能 所 需 的 功 能, 从 而 保 护 用 户 对 现 有 技 术 的 投 资 数 据 连 通 是 OMI 的 推 动 器 工 业 生 态 系 统 中 的 机 电 设 备 的 特 点 是 由 多 个 错 纵 复 杂 的 网 络 组 成, 连 接 着 制 造 企 业 内 外 许 多 不 同 的 物 理 区 域 通 过 对 物 理 介 质 网 络 设 施 和 安 全 远 程 访 问 制 定 共 同 的 标 准, 用 户 和 设 备 生 产 商 都 能 够 降 低 设 备 集 成 的 成 本 和 复 杂 性, 同 时 提 高 可 维 护 性 以 及 设 备 的 安 全 性 由 于 可 靠 性 也 至 关 重 要,OMI 将 确 定 在 设 备 不 可 用 时 如 何 解 决 通 讯 问 题 技 术 途 经 用 户 将 受 益 于 一 个 开 放 的 可 互 操 作 的 通 讯 联 接 架 构, 这 种 架 构 为 生 产 领 域 和 工 业 生 态 系 统 中 其 它 领 域 的 机 电 设 备 和 系 统 之 间 的 集 成 提 供 了 一 个 平 台 基 于 现 有 标 准 的 发 展, 这 将 维 护 并 提 高 用 户 的 投 资 回 报 率 OMI 通 过 以 下 技 术 途 经 达 到 这 些 目 的 : 增 强 性 能 在 保 存 现 有 操 作 和 维 护 任 务 的 同 时, 潜 在 地 提 高 设 备 的 整 体 效 能 ; 增 值 增 加 现 有 设 备 的 关 键 技 术 和 网 络 技 术 含 量 ; 优 先 级 首 先 致 力 于 设 备 间 的 通 讯 和 连 接 ; 其 次 支 持 设 备 与 监 控 系 统 间 的 通 讯 ; 最 后 为 工 业 制 造 系 统 的 设 备 集 成 构 造 一 个 全 方 位 的 平 台 PUB00266R1 Page 5 of 8.
OMI 技 术 方 法 的 核 心 是 一 个 统 一 的 机 电 设 备 集 成 模 式 OMI 启 动 资 产 是 一 台 与 网 络 连 接 的 机 电 设 备, 能 够 在 设 备 间 的 任 务 过 程 中 生 产 和 消 费 数 据, 或 与 监 控 系 统 设 备 之 间 作 外 部 信 息 交 换 此 基 础 中 包 含 的 技 术 有 : 通 用 工 业 协 议 (CIP ) 以 及 CIP 网 络 家 族, 如 EtherNet/IP ; Sercos 协 议 及 Sercos 网 络 家 族, 如 sercos III; OPC 统 一 架 构 (OPC UA) 如 图 3 所 示, 这 种 集 成 模 式 能 够 确 保 设 备 之 间 设 备 与 其 它 重 要 的 制 造 系 统 之 间 信 息 的 适 应 性 和 可 传 递 性 这 些 机 电 设 备 可 以 支 持 设 备 间 的 命 令 控 制 和 配 置 所 需 的 服 务 ; 为 线 控 制 器 和 制 造 执 行 系 统 提 供 生 产 数 据 ; 并 且 / 或 者 确 保 安 全 的 远 程 访 问 远 程 访 问 提 供 了 一 种 可 扩 展 的 方 法, 通 过 让 场 外 工 作 人 员 或 外 部 专 家 与 设 备 资 产 连 接 并 进 行 实 时 通 讯, 以 便 对 机 电 设 备 进 行 维 护 服 务 和 支 持 对 这 些 资 产 的 安 全 远 程 访 问 是 一 项 强 大 的 安 全 设 计 的 关 键 优 势 所 在, 也 是 ODVA OPC 基 金 会, 和 Sercos 国 际 组 织 会 员 单 位 们 的 共 同 努 力, 通 过 数 据 传 输 建 立 网 络 基 础 设 施 模 型 以 及 最 佳 实 践 而 实 现 的 一 个 协 议 中 立 的 数 据 模 型, 允 许 通 过 多 种 协 议 灵 活 地 传 播 机 电 设 备 信 息, 以 促 进 电 子 商 务 的 模 式, 例 如 捕 获 机 电 设 备 正 常 运 行 时 间 和 其 它 关 键 性 能 指 标 ( 或 称 为 KPIs) PUB00266R1 Page 6 of 8.
OMI 的 实 践 应 用 OMI 全 面 的 方 法 能 够 使 工 业 消 费 者 将 工 业 生 态 系 统 中 每 个 领 域 内 或 不 同 领 域 之 间 的 机 电 设 备 都 视 为 可 以 共 享 的 资 源 在 衡 量 机 电 设 备 投 资 回 报 率 的 生 产 领 域 中, 设 备 信 息 需 要 被 三 个 层 面 所 获 取 : 设 备 资 产 层 监 控 系 统 层 和 MES 层, 并 用 分 层 组 织 形 式 来 呈 现 控 制 和 管 理 所 有 信 息 OMI 首 先 意 识 到, 一 台 设 备 何 时 与 另 一 台 设 备 集 成 更 加 容 易 快 速 和 节 约 成 本 最 终,OMI 将 启 用 一 个 优 化 的 机 器 部 署 和 集 成 方 案, 使 在 整 个 企 业 间 动 态 地 共 享 信 息, 最 大 限 度 地 提 高 设 备 整 体 效 能 在 实 践 中,OMI 启 动 设 备 资 产 能 够 与 其 它 的 机 电 设 备 或 监 控 设 备 通 讯 OMI 方 法 使 设 备 信 息 能 够 互 通, 继 而 被 汇 总 和 采 用 而 结 果 是 设 备 信 息 能 够 更 容 易 地 被 可 编 程 自 动 控 制 器 (PACs) 和 线 控 制 器 系 统 使 用 和 操 作, 并 且 通 过 应 用 基 于 过 程 的 决 策 规 则, 做 出 可 视 化 和 控 制 决 定 应 用 案 例 : OMI 在 装 箱 流 水 线 上 的 应 用 在 产 品 包 装 行 业 中, 装 箱 设 备 是 包 装 流 水 线 上 非 常 重 要 的 部 分 当 务 之 急 是 为 用 户 监 控 关 键 的 操 作 变 量, 如 生 产 部 件 进 入 机 器 ( 如 : 瓶 子, 纸 箱, 包 装 袋 等 ) 的 数 量, 综 合 生 产 部 件 退 出 设 备 ( 如 : 整 盒 产 品 ) 的 数 量, 所 使 用 的 包 装 材 料 ( 如 : 瓦 楞 纸 箱 胶 水 标 签 等 ), 还 有 在 生 产 过 程 中 产 生 的 废 料 运 行 时 间 停 机 时 间, 以 及 预 定 的 作 业 时 间 等 等 这 些 参 数 大 多 可 以 在 设 备 中 检 测 到, 并 且 通 过 通 讯 网 络, 或 由 一 个 离 散 信 号 或 者 过 程 信 号 传 到 PAC 的 I/O 模 块 进 行 收 集 其 它 的 参 数, 例 如 时 间, 可 以 通 过 已 知 数 据 计 算 得 出 这 些 数 据 往 往 是 通 过 不 同 的 技 术 采 集 而 得, 必 须 转 换 成 在 设 备 控 制 和 信 息 系 统 中 可 以 使 用 的 数 据 同 样 的 设 备 信 息 通 讯 信 息 的 汇 总 可 视 化 和 控 制 过 程, 可 以 应 用 于 整 个 生 产 领 域, 而 统 一 的 集 成 模 式 是 关 键! 这 一 模 式 能 够 降 低 集 成 的 成 本, 因 为 设 备 信 息 在 生 产 各 环 节 移 动, 而 且 与 其 它 工 业 领 域 整 合 在 一 起 OMI 动 态 方 法 加 上 IP 通 信 模 式, 能 够 优 化 过 程, 提 高 整 体 设 备 效 能, 同 时 仍 然 能 够 在 能 源 的 利 用 机 电 设 备 的 安 全 运 营 的 效 率 和 重 要 的 生 产 目 标 间 达 到 平 衡 OMI 通 讯 连 接 能 够 收 集 传 感 设 备 间 的 数 据 ; 设 备 间 的 连 接 使 装 箱 机 与 其 上 游 和 下 游 的 设 备 环 环 相 扣 ( 通 常 分 别 为 标 签 机 和 码 垛 机 ); 而 OMI 的 设 备 监 管 能 力 使 其 能 够 采 集 协 调 演 示 并 使 用 生 产 和 资 产 数 据 PUB00266R1 Page 7 of 8.
对 OMI 的 承 诺 OMI 是 ODVA 长 期 致 力 于 帮 助 工 业 用 户 实 现 可 持 续 发 展 和 提 高 生 产 率 目 标 的 核 心 所 在 OMI 的 定 义 及 其 路 线 图, 源 于 ODVA 长 期 的 调 研 和 对 机 电 行 业 需 求 的 了 解, 以 及 与 OPC 基 金 会 和 Sercos 国 际 组 织 的 合 作, 旨 在 共 同 支 持 并 推 广 这 种 统 一 的 集 成 模 式 ODVA 预 计 OMI 将 从 2013 年 开 始 为 机 电 设 备 生 产 商 和 制 造 商 带 来 投 资 回 报 从 2012 年 到 2020 年 通 过 三 个 阶 段, 每 年 逐 步 持 续 改 进, 成 为 ODVA 机 电 设 备 行 动 计 划 的 焦 点 和 成 果 ( 如 图 4 所 示 ). 通 过 采 用 统 一 的 方 式 来 集 成 机 电 设 备,OMI 将 能 解 决 设 备 生 产 商 和 制 造 商 们 所 面 临 着 的 挑 战, 包 括 : 简 化 安 装 提 高 可 互 操 作 性 通 过 共 同 的 数 据 模 型 和 连 接 标 准 ; 创 新 的 机 会 利 用 先 进 的 开 放 标 准 进 行 数 据 交 换 ; 提 高 整 体 设 备 效 能 通 过 标 准 的 对 象 和 服 务 在 系 统 间 整 合 并 交 换 信 息 ; 使 维 护 更 快 更 节 约 通 过 安 全 的 远 程 访 问. OPC 基 金 会 与 Sercos 国 际 组 织 共 享 ODVA 的 核 心 价 值 观 : 第 三 方 中 立 开 放 的 参 与 以 及 开 放 的 技 术 这 三 个 组 织 的 合 作, 将 会 为 工 业 自 动 化 市 场 的 领 导 者 们 提 供 理 想 的 讨 论 平 台, 就 下 一 代 的 提 高 生 产 率 的, 达 成 共 识 CIP, EtherNet/IP, OMI and OMI-enabled are trademarks of ODVA. PUB00266R1 Page 8 of 8.