工业4.0背景下基于APROL开放平台的智慧工厂系统

100,000,000
200,000,000
250,000,000
300,000,000
350,000,000
400,000,000
450,000,000
500,000,000
150,000,000
550,000,000
50,000,000
0 Jahr 1987 Jahr 1988 43% 36% 17% 13% 4% 2% 16% 15% 7% 23% 24% 16% 24% 2% 10% 13% 14% 17% Jahr 2006 Jahr 2007 Jahr 2008 Jahr 2009 Jahr 2010 Jahr 2011 Jahr 2012 Jahr 2013 Plan 2014 23% 17% 3% -27% 68% 14% 3% 13% 15% Jahr 1989 Jahr 1990 Jahr 1991 Jahr 1992 Jahr 1993 Jahr 1994 Jahr 1995 Jahr 1996 Jahr 1997 Jahr 1998 Jahr 1999 Jahr 2000 Jahr 2001 Jahr 2002 Jahr 2003 Jahr 2004 Jahr 2005
PLC
运动控制器
总线1
总线2
总线 3
安全
不同供应商提供不同的组件（工控、ERP、IT、能源管理、数据库…） 形成各自的独立系统，信息孤岛 系统性能受到限制,开发效率低 实施成本、维护成本高昂 （初期投入、人员培训、扩展能力…)
智慧工厂纵向集成的主要构成要素
B&R建议的智慧工厂的实施路径：纵向集成
L3 高级管理系统
• 产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供 应链和生命周期中所需的各种必要信息
• 设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织 • 管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程
15
传统工业自动化供应商的架构
技术方案的滞后性
SCADA 能源管 理系统 SQL数据库 BI设计人员
HMI
食品与饮料 烟草 包装
医药
化工
制药
汽车
能源
风力发电
石油&天然气
B&R应用行业2—行业解决方案专家
印刷 塑料 纺织 木材加工
金属加工
半导体
机器人
移动设备
海洋装备
基础设施
市政环境
测量
全球知名OEM设备企业信任贝加莱
领先技术（印刷包装设备）
智能机器开发
机器人集成 同步与定位 视觉集成 实时通信技术POWERLINK 安全技术Safety 软件模块化封装 远程诊断与维护技术 仿真-MATLAB/Simulink 现场总线集成 运行RTOS的工业PC 电机+减速器 一体化驱动+电机 OMAC/PackML FDA Gamp认证
如何才能 降本？增效？实现产业升级？ 转型之路在何方？
传统制造业的工厂自动化现状
缺乏全局观念，各自为政
单机为主,M2M通信不畅，设备接口不统一，无法发挥协同效应 （1.0，2.0，3.0设备并存） 管理层无法获得及时、可靠的车间运营数据，影响管理决策 成本核算困难 追溯困难 经验知识库传递、管理难 跨部门协作困难，部门间、供应商间扯皮现象严重
工业4.0背景下 基于APROL开放平台的 智慧工厂系统
创新技术-欧洲工业自动化专家
产品与技术在自动化行业处于领先地位
MULTICONTROL IPC 2000 Multi processor PLC with integrated CNC
Compact IPC with long-term availability
• • • •
困惑：高大上的词汇，如何才能在制造业落地！！？
智慧工厂，工业4.0的愿景
电子行业的示意图：人、机、料互动，设备能够对话 1个核心 2个主题 3项集成
图片来自某MES厂商
工业4.0的两大主题和三个设想
两大主题：智慧工厂和智能生产
• 智慧工厂 重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现 • 智能生产 主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造 等技术在工业生产过程中的应用等 三个设想：产品、设施、管理
2015
67% faster engineering
B&R开放构架下的自动化系统
一个平台面向整个产品生命周期
一个统一平台，所有硬件 APROL
AS针对设备自动化，APROL流程及工厂自动化
基于标准PC及IT技术兼顾可靠性
Automation Studio
MTBF高于50万小时，通过各类工业测试和认证
最佳开放性:由内到外
操作系统： Suse Linux 上位总线：标准以太网 IO控制总线 • POWERLINK(Open-Sourced) • 支持各类主流总线 X20 现场控制器: • Cycle time< 1 ms • PC-based Safety：Cycle-time < 5 ms 数据库 • Berkeley DB，开源内嵌式数据 开发语言 • CFC、ST、SFC、C、Python
当前生产力 ? 能源/批次 ?
质量控制 ? 维护管理 ? 目前利用率,OEE ? 主要性能指标 ?
技术及生产瓶颈 ? 如何提高效率？更多 …
X
X
X
当下技术趋势：工业4.0
万物互联的时代：从移动互联、物、设备、人、产品
智能制造2025，互联网+ 两化融合
智慧工厂将是未来智能基础框架的关键组成 目标：实现高效、高质生产
从各类设备采集实时数据，支持非B&R系统的设备
所有数据存储与历史与实时数据库中，开放数据接口（OPC、MySql等） 有通讯模板的设备类型：塑料、包装、印刷、纺织、 自定义报表，支持远程访问 CNC\数控、机器人…
PDA（数据采集）功能的实现 連接系統模式
历史数据库 实时数据库
APROL
X20现场数据采控器 开放性较好 开放性较差
模块化与机器互联:美国啤酒、饮料生产线
连接不同自动化系统-实现整线集成
数字化码头-ZPMC香港国际货柜码头
数字化码头 /SCADA
CPU-26个
Enmon和PDA模块
系统报表截图
A02阳极产线方案—富士康工厂
第一阶段 能源管理系统，检测分析能源使用情况
• 统计每个槽位加药累积量，自动生成药剂消耗报表
B&R 2000 System Deterministic multitasking Automation Studio One engineering tool for all tasks Power Panel Panel with integrated PLC
1979
1990
ACOPOS Seamlessly integrated servo drives
OEE User Recipe
Robotic
Axis
PackML
Alarm
Open Standards
Libraries
Model based
Automation Runtime/APROL
APROL vs SCADA 集成方案的优势
高效实施、易用性、可维护性
SCADA
Engineering Database
APROL平台下的精益制造
关键要素体现 积极的沟通
精益制造所必须
建立统一的标准 目标管理与控制 实现透明及持续改善
全透明
状态分析以确保长期改善
最大化效率
在全球市场竞争的特别挑战
优化的质量
可靠性是我们成功的基石
B&R APROL智慧工厂开放平台
技术方案 特色小结
© B&R
APROL智慧工厂基础平台
深耕行业的解决方案
三大功能模块：聚集客户痛点
CMS状态检测系统
APROL 开放 平台
PDA数据采集系统 EnMon能源管理系统
智慧工厂自动化—Enmon+PDA模块
PDA：完美解决设备通讯的信息孤岛问题
满负荷
待机 部分负荷
v= 30%
历史数据库 实时数据库
v= 10%
Field bus
检验室数据
CMS模块案例：KRONES Contiform 36
4000 3000 2000 Acceleration [mg] 1000 0 0 -1000 -2000 -3000 -4000 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Time [s]
• 润滑不良状态下的主凸轮振动信号 • 及时避免进一步磨损；提前3-6个月发现问题 • 延长设备使用寿命，防止意外停机
制
药
吹瓶机、灌装机、贴标机、膜包机、箱包机、码垛机等
印
刷
凹印机、涂布机、涂胶机、柔印机、水洗机、喷铝机、 分切机、丝网印刷机等
CNC\机器人
贴片机、打磨机、切割机、机器人、机械手等
PDA– 开箱即用的解决方案
PDA系统面向的对象-设备品牌
PDA– 开箱即用的解决方案
PDA系统面向的对象-控制系统
（ERP、MES、PLM)
L2
数据基础平台
APROL开放平台
人 才
L1 设备&设施层 项目实施建议：分析和调研企业现状，选择开放性平台和设备 根据企业状况，分步、分阶段实施，降低项目风险 工业4.0不可能一步到位，先易后难，先局部再复制，先基础后高级
APROL与MES和EPR的关系
APROL平台聚集于纵向集成中的设备物联
产出信号 启停信号 报警信号 能源计量 工艺参数
方案（A）
通讯协议 信息量大 (B&R系统无需驱 动）
方案（B）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
指令 信息量大 (B&R系统无需驱 动）
方案（C）
截帧 信息有限 (B&R编制驱动）
方案（D）
硬件采集 信息有限
PDA– 开箱即用的解决方案
PDA系统面向的细分行业
食品饮料
吹瓶机、灌装机、贴标机、膜包机、箱包机、码垛机等
新常态下国内的工业大环境
制造业的现状
人口红利不再
招工难，留人难，机器人代替人,复合型人才难寻
竞争持续加剧，增长乏力
无核心竞争力，低价竞争，无研发（不敢投入）
产能过剩，成本压力剧增
原材料成本，能源成本，劳动力成本，工厂维护成本
内外部环境差
金融环境差、国内外市场环境差
2014，制造业500强利润率仅为2.7%
高效开发
机电一体化方法
缩短面市时间
模块化理念，软件的高效重用
成本效率
在不同平台间扩展
开放性保证投资安全
自1995年的开放性与兼容性
深耕行业的解决方案
B&R方案的核心竞争力
机电行业专家 （设备和工艺）
智慧 自动化 平台
可靠的硬件 （基于标准IT技术） 开放且集成的软件平台 （保证客户的投资）
B&R应用行业1—行业解决方案专家
B&R 智慧工厂—目前重点拓展的行业方案
食品与饮料 金属加工 包装印刷
医疗
化工
制药
汽车
市政环境
半导体
机器人
移动设备
APROL开放平台的工艺库及接口
让开发更加容易且高质：集成Know-how，面向行业，面向应用
智慧工厂基础平台/Smart Factory platform Customer Technology客户技术
2000
POWERLINK
Open real-time Ethernet protocol
创新技术-欧洲工业自动化专家
产品与技术在自动化行业处于领先地位
Automation PC Fanless industrial PC openSAFETY Open safety protocol SafeMotion Certified integrated
Sales Strategy
Development of Sales (1987 – 2014 average Increase/Year = 15 %)
Sales Targets – B&R actual position
Outside view
o 388 companies participated o OEMs and Users o all industries o in US, EMEA & Asia
2005
Modeling Automatic code generation reACTION 1µs reaction time in PLC IEC programmable ACOPOS P3 Fastest servo drive on the market
2010
SafeRobotics Safe TCP Safe Workspace mapp
A02阳极产线方案
第一阶段 飞杆位置在线追踪 加工工序历史追溯
• • 画面中显示飞杆位置，可直观了解当前制程负载量 可了解每根飞杆的加工信息（加工时间、产品类别、当前槽位、处理时间等） 人工输入，成品信息
A02阳极产线方案
第三阶段
• 改善阳极产线车间内空气质量
降低产线车间内空气腐蚀性，延长设备使用寿命（如飞杆名牌） 改善产线车间周边空气质量，有利员工安全