大多數(shù)美國鑄造廠都是家族企業(yè)和私營的中小型公司，投資于數(shù)字化轉(zhuǎn)型計劃的資金很少。然而，在競爭日益激烈的市場中，越來越多像Ferroloy公司(一家位于堪薩斯州威奇托市的5萬平方英尺的鋼鐵鑄造廠)這樣的中小型企業(yè)深刻認識到新方法與創(chuàng)新技術(shù)對于企業(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，來取代其高度依賴于人工的數(shù)據(jù)收集過程，該過程存在諸多不準確、且未得到有效利用的大量數(shù)據(jù)。公司期望能尋得一個解決方案借此提高產(chǎn)量與質(zhì)量，減少設(shè)備停機時間，并實現(xiàn)與現(xiàn)有軟件及專用機械設(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)，實施一套涵蓋監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCAD)、人機界面(HMI)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)等功能的工業(yè)自動化系統(tǒng)。
 

　　SCADA作為中央數(shù)據(jù)存儲庫
 

　　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。

 

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

　　為確保項目順利推進并取得成功，雙方搭建了新的技術(shù)團隊。Ferroloy公司的派出內(nèi)部工程師Clint VenJohn擔任新項目的工藝工程師。雖說VenJohn與Artek公司的設(shè)計服務(wù)工程師Jim LaPratt在軟件經(jīng)驗上存在差異，但在Ferroloy公司工業(yè)自動化平臺的設(shè)計與實施過程中，兩人都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
 

　　LaPratt在鑄造行業(yè)擁有長達25年的豐富從業(yè)經(jīng)歷，對該平臺的了解極為廣泛。而VenJohn在此之前則毫無相關(guān)經(jīng)驗。LaPratt表示，VenJohn身為工廠運營經(jīng)理所具備的運營技術(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)商提供的免費學習資源，這些非但不是不利因素，反而讓他迅速為項目貢獻出了 “一些極為出色的想法”。
 

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

　　以往，數(shù)據(jù)主要被用于解決個別孤立的問題，很少被用于實施公司層面的整體舉措。為打造一個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MySQL 數(shù)據(jù)庫，隨后將其接入工業(yè)自動化平臺，尤其是連接到一個標簽歷史記錄模塊，將其作為中央存儲庫，旨在最大限度地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與分析。如此一來，便創(chuàng)建出一個可供公司內(nèi)任何人參考的唯一真實數(shù)據(jù)源。

 

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

　　新的工業(yè)自動化系統(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獲取最新生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而以往我們得到的信息大概會滯后一周左右，借助這些數(shù)據(jù)，公司能夠識別生產(chǎn)趨勢并查看輪班報告。這些都是極為顯著的改進，讓我們能夠快速識別問題并及時做出反應(yīng)。”
 

　　為實現(xiàn)這種全新的數(shù)據(jù)收集水平而言，工業(yè)自動化平臺堪稱一個極具成本效益的解決方案，這一點對于Ferroloy這樣規(guī)模的鑄造廠尤為關(guān)鍵。Ferroloy公司總裁Mark Soucie表示，依托新軟件推動的數(shù)據(jù)分析，未來的發(fā)展機會或許是無限的。 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)實時數(shù)據(jù)靈活調(diào)整、快速做出改變。
 

　　以最少的投入實現(xiàn)有效的數(shù)字化
 

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

 

　　一開始，團隊打算遵循高性能的灰度設(shè)計理念。然而，LaPratt和VenJohn為更好地滿足員工實際需求，對方案做出了調(diào)整。他們簡化屏幕顯示，將重點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，還有一些存在語言溝通障礙。HMI的簡潔設(shè)計，讓他們能夠輕松與之互動，順利且準確地完成工作任務(wù)。”
 

　　該系統(tǒng)的所有可視化界面均通過軟件設(shè)計完成，每個屏幕上的按鈕數(shù)量被減到最少，將交互操作簡化為特定過程的基本操作步驟。鑒于視覺組件較少，HMI需要借助色彩，讓關(guān)鍵信息“脫穎而出”，如此一來，操作人員便能迅速判斷當前過程的狀態(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。我們力求讓屏幕操作界面極其直觀、簡潔，防止分散操作人員對周圍潛在危險的注意力。”
 

　　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，根本無法通過PLC進行通信。
 

　　新的工業(yè)自動化平臺有一套設(shè)備驅(qū)動程序，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)鍵績效指標(KPI)的儀表板，以便快速查閱。
 

　　Ferroloy公司面臨的主要問題是，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)品時驗證其質(zhì)量是否合格。
 

　　將新的軟件接入 Ferroloy 公司的Sinto模具機后，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)行手動輸入數(shù)據(jù)的繁瑣工作，有效降低了數(shù)據(jù)錄入時出錯的風險。
 

　　起初，系統(tǒng)集成商打算采用第三方解決方案，把工業(yè)自動化平臺與從模具機收集數(shù)據(jù)的可編程邏輯控制器(PLC)相連。不過，機緣巧合的是，在項目開發(fā)階段，軟件供應(yīng)商發(fā)布了所需的PLC驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序支持PLC中的工業(yè)通信，實現(xiàn)了直接連接，無需借助任何額外軟件，與此同時，也減少了項目的整體成本開支。
 

　　集成SCADA與ERP系統(tǒng)
 

　　除了將過程數(shù)據(jù)從“辦公桌抽屜”轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)庫之外，系統(tǒng)集成商還面臨著一項關(guān)鍵任務(wù)，還需要將新的工業(yè)自動化平臺與Ferroloy公司早在十多年前就已實施的一款ERP軟件即服務(wù)(SaaS)進行集成。從ERP系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)是這個項目的關(guān)鍵所在，因為這一操作避免了數(shù)據(jù)的重復錄入，進而消除了因人為錄入而可能產(chǎn)生的錯誤。
 

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

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

　　未來，通過將Ignition系統(tǒng)與分析澆注鐵元素含量的光譜儀集成，F(xiàn)erroloy公司計劃提高煉鐵過程的可追溯性。這也使其能夠密切監(jiān)測所有測量元素的變化，并及時進行微小的調(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數(shù)據(jù)，而不是要求他們在繁忙的鑄造車間到處尋找信息。