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西門子KP1500顯示屏
 | 6AV2124-1QC02-0AX1 SIMATIC HMI KP1500 Comfort,， 精智面板， 按鍵操作,， 15” 寬屏 TFT 顯示屏,， 一千六百萬色,， PROFINET 接口,， MPI/PROFIBUS-DP 接口， 24MByte 項目組態(tài)存儲器,， WEC 2013,， 可項目組態(tài)的低版本 WinCC Comfort V14 SP1 帶 HSP |
未來制造 數(shù)字之道
——西門子的數(shù)字化體驗
自古以來，有著“天府之國”美譽的成都就是個享受安逸生活的好地方,。安逸的生活也許是一眾好友相邀打上一局酣暢淋漓的,，或三五成群在寬窄巷子的燈影交錯間對飲一杯清茶。然而在安逸之外,，成都也不斷發(fā)生著變化,，國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略啟動后的十余年間，它已成長為地區(qū)生產(chǎn)總值近萬億元的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)市。據(jù)統(tǒng)計,，已有200余家世界500強(qiáng)企業(yè)在成都落戶,，制造業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)的崛起為這座城市增添了科技的標(biāo)簽,。
在這座快速發(fā)展的城市中感受到科技為工業(yè)帶來的變化并不難,。在成都高新西區(qū)，有一座看起來“不起眼”的工廠,。它外觀低調(diào)樸素,，內(nèi)部卻隱藏著巨大。全廠內(nèi)實現(xiàn)了從管理,、產(chǎn)品研發(fā),、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化, 并且通過信息技術(shù)，與德國生產(chǎn)基地和美國的研發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián),。它是一個完整的數(shù)字化企業(yè)平臺——西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡稱“西門子成都工廠”）,。
說起“數(shù)字化”，其實并不難理解,。在西門子成都工廠研發(fā)生產(chǎn)一件新產(chǎn)品,，它都會擁有自己的數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息在研發(fā),、生產(chǎn),、物流的各個環(huán)節(jié)中被不斷豐富，實時保存在一個數(shù)據(jù)平臺中,。而這座工廠的運行,，都是基于這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，ERP,、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)）,、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)及供應(yīng)鏈管理,，全部實現(xiàn)了無縫的信息互聯(lián),，從而造就出了一幅透明工廠的畫面。
更精彩的是,，這個工廠的絕大多數(shù)技術(shù)來自西門子自身,，可謂一座“自己生產(chǎn)自己”的工廠。
數(shù)字化研發(fā)：協(xié)同快速
成都工廠承擔(dān)著西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品研發(fā)的角色,。之所以能勝任,，與NX及Teamcenter等西門子PLM數(shù)字化解決方案的全面應(yīng)用不無關(guān)系。研發(fā)也是數(shù)字化工廠“數(shù)據(jù)鏈條”的起點,，由研發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將在工廠的各個系統(tǒng)間實時傳遞,，數(shù)據(jù)的同步更新避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于溝通不暢產(chǎn)生的差錯,，也使得工廠的效率大大提升。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,，由于數(shù)字化工廠協(xié)同快速的研發(fā),，可將產(chǎn)品的上市時間縮短50%。
由西門子成都工廠研發(fā)的新產(chǎn)品誕生于西門子PLM的產(chǎn)品開發(fā)解決方案NX軟件,。它支持產(chǎn)品開發(fā)中從設(shè)計到工程和制造的各個方面,，并集成了多學(xué)科仿真，還能夠提供全系列*零部件制造應(yīng)用的解決方案,，這是其他計算機(jī)輔助設(shè)計軟件所無法實現(xiàn)的,。研發(fā)部門的工程師們可以通過NX軟件進(jìn)行模擬設(shè)計，還可以在設(shè)計過程中進(jìn)行模擬組裝,，真正實現(xiàn)“可見即可得”,。由于NX軟件的應(yīng)用而實現(xiàn)的數(shù)字化設(shè)計，可以大大縮短產(chǎn)品從設(shè)計到分析的迭代周期,，也減少了多達(dá)90%的編程時間,。產(chǎn)品開發(fā)的時間也就相應(yīng)縮短了。
在NX軟件中完成設(shè)計的產(chǎn)品,，都會帶著專屬于自己的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)“生產(chǎn)旅程”,。這些數(shù)據(jù)一方面通過CAM（計算機(jī)輔助制造系統(tǒng)）向生產(chǎn)線上傳遞，為完成接下來的制造過程做準(zhǔn)備,，另一方面也被同時“寫”進(jìn)數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)中心——Teamcenter軟件中,，供質(zhì)量、采購和物流等部門共享,。采購部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的采購,，質(zhì)量部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行驗收，物流部門則是依據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的確認(rèn),。
共享的數(shù)據(jù)庫是Teamcenter的大特點,。當(dāng)質(zhì)量、采購,、物流等不同部門調(diào)用數(shù)據(jù)時,，他們使用的是共享的文檔庫，并且通過主干快速地連接到各責(zé)任方,。即使數(shù)據(jù)發(fā)生更新,，不同的部門也都能*時間得到新的數(shù)據(jù),，這就使得西門子成都工廠研發(fā)團(tuán)隊的工作量變得簡單,、高效了許多，避免了傳統(tǒng)研發(fā)制造企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)或不同部門之間由于數(shù)據(jù)平臺不同造成的信息傳輸壁壘,。西門子KP1500顯示屏
數(shù)字化生產(chǎn)：輕松高效
王云龍畢業(yè)于成都某院校的電子信息專業(yè),，是西門子成都工廠PLC（可編程控制器）裝配工位上的一名普通員工,。對比身邊的大多數(shù)同事來說，他還算個新人,，但這份工作對于他來說并不復(fù)雜,，得益于西門子數(shù)字化企業(yè)平臺的，將枯燥的制造生產(chǎn)變得輕松,。
每天由西門子MES系統(tǒng)生成的電子任務(wù)單都會顯示在王云龍工作臺前方的電腦顯示屏上,，實時的數(shù)據(jù)交換間隔小于1秒，這就意味著他隨時可以看到新的版本,。西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT包攬了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)計劃調(diào)度的職能,。沒有了人工抄寫的任務(wù)單，省去了不同產(chǎn)線交流的復(fù)雜環(huán)節(jié),。生產(chǎn)訂單由MES統(tǒng)一下達(dá),，在與ERP系統(tǒng)高度的集成之下，可以實現(xiàn)生產(chǎn)計劃,、物料管理等數(shù)據(jù)的實時傳送,。此外，SIMATIC IT還集成了工廠信息管理,、生產(chǎn)維護(hù)管理,、物料追溯和管理、設(shè)備管理,、品質(zhì)管理,、制造KPI分析等多種功能，可以保證工廠管理與生產(chǎn)的高度協(xié)同,。
在王云龍的工作臺上有5個不同的零件盒,，每個零件盒上都配有指示燈。當(dāng)自動引導(dǎo)小車送來一款待裝配的產(chǎn)品時,，電腦顯示屏上會出現(xiàn)它的信息,，相應(yīng)所需零件盒上的指示燈亮起，王云龍就知道該安裝什么零件了,。這是由于傳感器掃描了產(chǎn)品的條碼信息,，并將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)搅薓ES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)再通過與西門子TIA（全集成自動化系統(tǒng)）的互聯(lián)操縱零件盒指示燈,，從而代替人完成了思考的過程,。這種設(shè)計可以滿足自動化產(chǎn)品“柔性”生產(chǎn)的需求（即在一條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)多種產(chǎn)品），有了指示燈的幫助,，即使換另外一種產(chǎn)品王云龍也不會怕裝錯零件了,。
西門子全集成自動化解決方案（TIA）在很大程度上替代了人類的大腦、視覺和手臂,。西門子用可編程控制器（PLC）來引導(dǎo)生產(chǎn)流程,，用視覺系統(tǒng)來識別質(zhì)量,、用自動引導(dǎo)小車來傳遞產(chǎn)品。通過PROFINET現(xiàn)場總線連接并傳送數(shù)據(jù),，不僅使人的工作變輕松了,，更能確保生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的可靠、靈活與高效,。
西門子成都工廠總經(jīng)理Andreas Bukenberger針對高效生產(chǎn)給出了具體的數(shù)字：“成都工廠產(chǎn)品的一次通過率（FPY）可達(dá)到99%以上,。”
王云龍確認(rèn)了他裝配好的產(chǎn)品，按下工作臺上的一個按鈕,，自動化流水線上的傳感器就會掃描產(chǎn)品的條碼信息,，記錄它在這個工位的數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)SIMATIC IT將以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎(chǔ),，向控制系統(tǒng)下達(dá)指令,，指揮小車將它送去下一個目的地。”
在到達(dá)下一個工序前,，產(chǎn)品要通過“嚴(yán)格”的檢驗程序,，以可編程控制器（PLC）產(chǎn)品為例，在整個生產(chǎn)過程中針對該類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測節(jié)點就超過20個,。視覺檢測是數(shù)字化工廠*的質(zhì)量檢測方法,，相機(jī)會拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像作比對，一點小小的瑕疵都逃不過SIMATIC IT品質(zhì)管理模塊的“眼睛”,。對比傳統(tǒng)制造企業(yè)的人工抽檢,，這顯然要可靠又快速得多。”
在經(jīng)過多次裝配并接受過多道質(zhì)量檢測后,，成品將被送到包裝工位,。再經(jīng)過人工包裝、裝箱等環(huán)節(jié),，一箱包裝好的自動化產(chǎn)品就會通過升降梯和傳送帶被自動運達(dá)物流中心或立體倉庫,。”
這樣一個完整的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的制造企業(yè)要通過幾十甚至上百人的手去完成,，而在西門子成都工廠的車間內(nèi),，卻看不見密集的流水線員工，大多數(shù)的工序都是自動完成的,。”
利用西門子PLM和MES的信息互聯(lián),，西門子還可以根據(jù)物料儲備、交貨時間等信息,，在的工廠之間實時調(diào)配生產(chǎn)計劃,，以達(dá)到資源利用和物料配送的優(yōu)秀組合。”
Bukenberger說：“應(yīng)用了西門子數(shù)字化企業(yè)平臺解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠比較,，產(chǎn)品的交貨時間縮短了50%,。”而西門子成都工廠的姊妹工廠——西門子德國安貝格電子制造工廠（EWA）目前可實現(xiàn)年產(chǎn)零部件100萬件,，即平均1秒生產(chǎn)一個產(chǎn)品,，未來的成都工廠將有望沖擊這一紀(jì)錄,。”
數(shù)字化物流：精準(zhǔn)有序
說到西門子成都工廠令人驚嘆之處，不得不提到其精準(zhǔn)有序的數(shù)字化物流系統(tǒng),。像王云龍這樣的裝配生產(chǎn)線員工,，在需要物料時甚至都不必轉(zhuǎn)身，只要輕觸工作臺上的電腦顯示屏,，三四分鐘后,，他所需的物料就會被準(zhǔn)確地從車間的物料中間庫中輸出，并送到他面前,。”
這暢的自動化物流過程背后,，是被稱為“自動交通”的物料輸送環(huán)節(jié)。自動化流水線上的傳感器會對引導(dǎo)小車上產(chǎn)品的條碼進(jìn)行掃描,，掃描得到的數(shù)據(jù)就會告訴“軟件系統(tǒng)”在該裝配環(huán)節(jié)需要的物料是什么,，員工按動按鈕，物料就會從物料庫自動輸送出,，并通過流水線上傳感器的“指揮”,，送到位置，這一過程是“全透明”且不需要人工干預(yù)的,。”這其中發(fā)揮作用的是ERP,、西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT以及西門子倉庫管理軟件。而這一切,，如果在傳統(tǒng)制造企業(yè),，都是要靠員工看任務(wù)單并親自去物料庫中選取完成的。員工不但要頻繁往返于工位和庫存地點,，還難免因為看錯任務(wù)單而造成效率低下,；當(dāng)任務(wù)單出現(xiàn)更新時，也難保證*時間告知員工,。”
物料中間庫是車間內(nèi)物料的中轉(zhuǎn)站,，其中的物料是依據(jù)精益生產(chǎn)的“以需定產(chǎn)”的原則，每天從物料倉庫中提取出備用的,。這其中就不得不提到“拉式生產(chǎn)”的概念,，即在生產(chǎn)流程的各工序，只在需要時收到貨品,，零售商也只會在收到顧客實際需要數(shù)量時才會從供貨商那里進(jìn)貨,。通過這種管理，可以保證工廠能夠“適時,、適量,、在適當(dāng)?shù)攸c生產(chǎn)出質(zhì)量完善的產(chǎn)品”,。”
更大批的物料存儲在布局緊湊的高貨架立體倉庫中。采購的物料經(jīng)過質(zhì)量檢驗之后都會儲存在這里,，并通過兩座升降梯與車間相連,。倉庫共有近3萬個物料存放盒，物料的存取并不用叉車搬運,，而是通過“堆取料機(jī)”用數(shù)字定位的模式進(jìn)行抓取,，不必考慮叉車通過的距離，物料庫的設(shè)計更緊湊,，節(jié)約了倉庫的空間,。空余的空間,，則為西門子成都工廠的擴(kuò)產(chǎn)留出了充足的準(zhǔn)備,。”
數(shù)字化企業(yè)：制造業(yè)未來
在制造業(yè)匯聚的成都高新西區(qū)，許多企業(yè)都面臨著相似的挑戰(zhàn)：當(dāng)?shù)土膭趧恿Τ杀静荒茉僮鳛?ldquo;中國制造”在市場上的優(yōu)勢標(biāo)簽,，制造企業(yè)對于變革的需求更為迫切,。”
為在激烈的競爭中保持優(yōu)勢，制造企業(yè)要大化利用資源,，將生產(chǎn)變得更加高效,；為適應(yīng)不斷變化的客戶需求，制造企業(yè)必須盡可能地縮短產(chǎn)品上市時間,，對市場的響應(yīng)更加快速,；為滿足市場多元化的需求，制造企業(yè)還要快速實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的靈活變動,，將生產(chǎn)變得更加柔性,。而高效、快速,、柔性,，正是數(shù)字化企業(yè)為制造業(yè)帶來的大變化。西門子成都工廠這樣的數(shù)字化企業(yè)的出現(xiàn),，為未來中國制造的變革方向提供了一個良好的參考,。”
數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)字化的工廠規(guī)劃,，可以減少產(chǎn)品上市時間至少30%,；通過優(yōu)化規(guī)劃質(zhì)量，可以降低制造成本13%,。而在新產(chǎn)品上市比例,、設(shè)備生產(chǎn)效率、產(chǎn)品交付能力及營運利潤率等多個方面，數(shù)字化工廠的指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造企業(yè),。”
數(shù)字化制造帶來的不只是炫目的科技,，還有實實在在的收益，以及支撐企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的競爭力,。這將成為未來中國制造可持續(xù)發(fā)展的根本所在,。”
西門子工業(yè)利用其在數(shù)字化企業(yè)平臺方面的技術(shù)優(yōu)勢與豐富經(jīng)驗，正在幫助中國的制造企業(yè)實現(xiàn)著這場轉(zhuǎn)型,，將繼續(xù)影響著中國制造,。西門子成都工廠只是一個縮影,，中國制造業(yè)的數(shù)字化藍(lán)圖正慢慢展開
1.PLC如何通過PROFIBUS DP通信讀取PAC3200多功能儀表的電能值,？
在STEP 7的硬件配置中組態(tài)時PAC3200多功能儀表的電能值有兩個選項(如圖1)，例如Active energy import tariff 1(D) 64bit 和Active energy import tariff 1(F) 32bit,。為什么同樣的測量值會存在兩種形式的變量與之對應(yīng),？這是針對不同廠商的PLC設(shè)計的，如果PLC可以處理64位的數(shù)據(jù),，就可以選擇Active energy import tariff 1(D) 進(jìn)行組態(tài),， 對于西門子的PLC做DP主站的話，選擇Active energy import tariff 1(F) 32位的就可以了,。
圖1
2.WinCC如何通過MODBUS TCP通信讀取PAC3200多功能儀表的電能值,？
在MODBUS通信中由于PAC3200手冊中只給出了64位電能值的寄存器地址，所以WinCC無法通過03XX和04XX直接讀取和處理電能值?，F(xiàn)在這個問題可以解決了,，就是在64位寄存器地址上加上偏移。例如,，64位的費率1下正向有功電能Active energy import
tariff 1(D)寄存器地址是801,。32位電能值的對應(yīng)地址是2801（參考表1）。
操作步驟如下:
1） 在變量管理中添加Modbus TCP/IP驅(qū)動
2） 建立通訊連接
CPU-type: Premium, Micro
? Server: PAC4200 的IP地址
? Port: Modbus 端口號 502
? Remote slave address: 1
? Swap words in 32-bit values: 選擇Swap words in 32-bit value
3） 新建變量
4）定義變量屬性
圖2
表1
5）在Graphics Designer畫面編輯器中創(chuàng)建帶變量的畫面
6）添加I/O域
7）啟動WinCC運行系統(tǒng)
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