【儀表網 行業科普】一家鑄造廠通過采用新的工業自動化平臺實現了與現有軟件及專用機械設備的無縫集成，大大提升了運營效率和競爭力。
大多數美國鑄造廠都是家族企業和私營的中小型公司，投資于數字化轉型計劃的資金很少。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)這樣的中小型企業深刻認識到新方法與創新技術對于企業成功的關鍵意義。
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據收集過程，該過程存在諸多不準確、且未得到有效利用的大量數據。公司期望能尋得一個解決方案借此提高產量與質量，減少設備停機時間，并實現與現有軟件及專用機械設備的集成。最終，該公司選擇了由系統集成商Artek公司在其鑄造廠內，實施一套涵蓋監控與數據采集(SCAD)、人機界面(HMI)、工業物聯網(IIoT)等功能的工業自動化系統。
SCADA作為中央數據存儲庫
在鑄造廠的環境里， SCADA系統可不像 Excel 電子表格或便簽紙那般隨處可見。
Artek公司的聯合創始人兼首席執行官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鍵節點，他們聯系到了我們。我們為整個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團隊。Ferroloy公司的派出內部工程師Clint VenJohn擔任新項目的工藝工程師。雖說VenJohn與Artek公司的設計服務工程師Jim LaPratt在軟件經驗上存在差異，但在Ferroloy公司工業自動化平臺的設計與實施過程中，兩人都發揮了關鍵作用。
LaPratt在鑄造行業擁有長達25年的豐富從業經歷，對該平臺的了解極為廣泛。而VenJohn在此之前則毫無相關經驗。LaPratt表示，VenJohn身為工廠運營經理所具備的運營技術(OT)背景，加之其在信息技術方面的天賦，再結合供應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，Ferroloy公司期望推行精益生產實踐，以此促使整體行為發生轉變，降低對個人技能的依賴，轉而更多依靠系統運作。VenJohn稱：“我們努力要做的，是把一個老舊的過程實現數字化，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，數據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，Artek公司在 Ferroloy公司的服務器上搭建并配置了一個MySQL 數據庫，隨后將其接入工業自動化平臺，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數據的收集與分析。如此一來，便創建出一個可供公司內任何人參考的唯一真實數據源。
Eppler指出，新項目的目標在于通過高效的數據收集與分析，推動這家嚴重依賴人工紙質數據收集且缺乏互聯互通的鑄造廠實現數字化轉型。Ferroloy 公司設定了頗具雄心的目標，計劃將產能提升 25% 至 30%，同時把廢品率降低 30% 至 35%。
新的工業自動化系統助力Ferroloy在定量數據的支撐下探尋提升效率的途徑。VenJohn稱，“有了新軟件，我們基本能夠實時獲取最新生產數據，而以往我們得到的信息大概會滯后一周左右，借助這些數據，公司能夠識別生產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。”
為實現這種全新的數據收集水平而言，工業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這樣規模的鑄造廠尤為關鍵。Ferroloy公司總裁Mark Soucie表示，依托新軟件推動的數據分析，未來的發展機會或許是無限的。 他的信心并非源于初始成本低廉，而在于該系統能夠依據實時數據靈活調整、快速做出改變。
以最少的投入實現有效的數字化
實際情況顯示，數字化絕非只是從紙質記錄轉換為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，有些年齡偏大，還有一些存在語言溝通障礙。HMI的簡潔設計，讓他們能夠輕松與之互動，順利且準確地完成工作任務。”
該系統的所有可視化界面均通過軟件設計完成，每個屏幕上的按鈕數量被減到最少，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。
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，Ferroloy公司內配備著各種不同制造商、不同時期生產的可編程邏輯控制器(PLC)，除此之外，還有一些其它設備，根本無法通過PLC進行通信。
新的工業自動化平臺有一套設備驅動程序，使Ferroloy公司能夠連接其所有硬件設備。這種靈活性也激發了更多創造性解決方案的靈感；鑄造廠環境本身就布滿灰塵，對電子設備尤其不利，因此他們需要一種能夠在更換成本較低的設備上運行的軟件。該公司在六條生產線的上方配置了智能電視，用作顯示關鍵績效指標(KPI)的儀表板，以便快速查閱。
Ferroloy公司面臨的主要問題是，在車間收集的數據與設備相互隔離。如果你需要這些信息，就必須親自走到設備那里去獲取。新的系統將來自不同設備的孤立數據直接整合到屏幕上，這些屏幕可以在車間使用，以便在使用產品時驗證其質量是否合格。
將新的軟件接入 Ferroloy 公司的Sinto模具機后，模具生產數據能夠借助應用程序編程接口(API)，反饋至企業資源規劃(ERP)系統中。這一舉措使得操作人員免于在車間執行手動輸入數據的繁瑣工作，有效降低了數據錄入時出錯的風險。
起初，系統集成商打算采用第三方解決方案，把工業自動化平臺與從模具機收集數據的可編程邏輯控制器(PLC)相連。不過，機緣巧合的是，在項目開發階段，軟件供應商發布了所需的PLC驅動程序。該驅動程序支持PLC中的工業通信，實現了直接連接，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
除了將過程數據從“辦公桌抽屜”轉移到數據庫之外，系統集成商還面臨著一項關鍵任務，還需要將新的工業自動化平臺與Ferroloy公司早在十多年前就已實施的一款ERP軟件即服務(SaaS)進行集成。從ERP系統中提取數據是這個項目的關鍵所在，因為這一操作避免了數據的重復錄入，進而消除了因人為錄入而可能產生的錯誤。
系統集成商創建了通過 API 接口運行的同步例程，以監控ERP并實時查找更改。當發生變化時，更新的信息會被引入 Ignition 系統，以便操作員可以立即了解正在進行的訂單，包括工單和相關產品，以及重量和溫度范圍等統計數據。
SCADA和ERP系統的集成至關重要，因為鑄鐵過程中的某些步驟有嚴格的時間限制。現在，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情況，還能呈現從ERP系統同步而來的數據信息。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，對于一線生產操作人員來說是非常關鍵的。
未來，通過將Ignition系統與分析澆注鐵元素含量的光譜儀集成，Ferroloy公司計劃提高煉鐵過程的可追溯性。這也使其能夠密切監測所有測量元素的變化，并及時進行微小的調整。這將改善鑄造廠技術人員的工作流程，使他們能夠直接訪問數據，而不是要求他們在繁忙的鑄造車間到處尋找信息。
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