在數(shù)字化創(chuàng)新時代,構(gòu)建更好的人機界面(HMI)系統(tǒng)對于各制造企業(yè)的團隊顯得越發(fā)重要。在過去的幾個月中,我們一直在在討論他們的目標到底是什么,zenon作為一款工業(yè)軟件平臺可以為其提供何種幫助。我們將本文奉獻給食品和飲料行業(yè)的專業(yè)人士,感謝身處世界各地的這些專業(yè)人士在最近的我們的訪問中分享了他們對 HMI系統(tǒng)的看法。
在經(jīng)典解決方案設(shè)計體系中,設(shè)備的 HMI 被視為其硬件面板,一種操作系統(tǒng),一個運行應(yīng)用程序,一個項目的程序集運行在其中。其由不同生命周期的不同組件構(gòu)成,同時也會受到持續(xù)技術(shù)發(fā)展的制約。設(shè)備供應(yīng)商為此不斷投資改進其性能,以提供比簡單操作更多的功能。 HMI可以更簡單、更利于用戶的操作方式和復(fù)雜設(shè)備進行交互,從而避免操作錯誤并減少故障停機時間。HMI對于提高機器的可靠性和高效生產(chǎn)至關(guān)重要。
最近,我們有幸聽取來自多個大洲的不同制造工廠生產(chǎn)團隊對 HMI 系統(tǒng)的意見和建議。并分享這些不同團隊成員的想法如下。
與設(shè)備操作員和在包裝區(qū)工作人員的交談,總是能給你帶來對制造現(xiàn)狀的有趣見解。多年來減少灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)人員數(shù)量是一直是明顯趨勢。一名操作員會負責(zé)一組設(shè)備。他們從一臺設(shè)備走到另一臺設(shè)備,在不造成時間或物質(zhì)損失的情況下需要承擔(dān)盡可能多必要的任務(wù)。有時,操作員還必須適應(yīng)不同 HMI 的不同風(fēng)格和方式:如何通過界面選項進行導(dǎo)航?如何執(zhí)行操作?畫面上特定顏色的定義是什么?由此產(chǎn)生的關(guān)鍵問題是:我們?nèi)绾蝿?chuàng)建 HMI標準,如何幫助操作員更輕松地管理一組設(shè)備?
當(dāng)生產(chǎn)線經(jīng)理要對灌裝區(qū)實施監(jiān)控時,他們必須兼顧管理生產(chǎn)的靈活性,同時要保持生產(chǎn)出最佳的質(zhì)量、效率和消耗比的產(chǎn)品。以及更輕松地處理復(fù)雜問題,以從持續(xù)增長的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和相關(guān)分析工具中獲利。對于生產(chǎn)線經(jīng)理來說,HMI 是操作員集中優(yōu)化不同設(shè)備和流程的主要方式。所以 HMI 和其他系統(tǒng)之間快速而準確交互的信息至少是和各臺設(shè)備所記錄的數(shù)據(jù)和事件一樣重要的。因此,生產(chǎn)線經(jīng)理的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于如何加強不同生產(chǎn)設(shè)備和人員之間的集成。
全球啤酒廠的 IT 經(jīng)理專注于確保其 IT 基礎(chǔ)架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的網(wǎng)絡(luò)化,并確保軟件保持最新、安全且運行良好。自動化和 IT 網(wǎng)絡(luò)的帶寬在不斷增長著。需要其部署性能越來越強大的硬件。這為新數(shù)字化計劃提供了方向。但是,使用無法更新安全補丁程序更新的過時操作系統(tǒng)的HMI 面板會給企業(yè)帶來風(fēng)險。雖然其是呈現(xiàn)整個生產(chǎn)線信息的關(guān)鍵組件,但必須將其與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的其余部分保持斷開連接的狀態(tài)。這種情況意味著在更廣泛的工廠架構(gòu)中集成設(shè)備的機會已經(jīng)喪失。我們必須自問:HMI 的總體升級成本有多少?升級的優(yōu)勢是否可以抵消這類投入成本?在工廠級別而不是設(shè)備級別管理操作員的訪問權(quán)限是否會容易得多?
對于生產(chǎn)自動化維護來說,HMI 是他們需要處理的眾多自動化組件之一,其它還包括有 PLC、電機驅(qū)動器、測量設(shè)備等等。PLC 可能允許工廠保證其在售后階段擁有它的所有權(quán),甚至可以通過更新來延長其使用壽命。但是,HMI 通常對他們呈現(xiàn)為"黑匣子"狀態(tài),包括對設(shè)備使用壽命的改進非常有限。這里面臨的挑戰(zhàn)是,如何使自動化維護能夠更輕松地跟上異構(gòu)自動化環(huán)境中的技術(shù)發(fā)展。
當(dāng)今的數(shù)字化經(jīng)理已經(jīng)對 OT/IT 集成有著明確的概念。我們正無可阻擋地朝著虛擬化的道路前進。但是仍有一些現(xiàn)有硬件是不符合 "可自主設(shè)備" 范疇的。而規(guī)劃中的整體架構(gòu)卻要求將經(jīng)典系統(tǒng)與混合 IoT方法相結(jié)合,這包含從傳感器到云端的所有系統(tǒng)。HMI 只是"智能工廠"思維方式中的重要組成部分之一。我們要如何拋開組件捆綁(如HMI)以使其更易于升級?我們應(yīng)該在何處運行HMI 應(yīng)用程序:是在設(shè)備層還是生產(chǎn)線層的硬件上?優(yōu)先事項是必須啟用新的設(shè)備操作概念:重點不在設(shè)備,而是用戶。我們希望確?;诖髷?shù)據(jù)和云端的新技術(shù)可以用來幫助生產(chǎn)團隊。
HMI 作為需要維修、更換或改進的設(shè)備組件,維護經(jīng)理擔(dān)心這方面的備件和成本。對于已捆綁 HMI 的各個組件,持續(xù)開發(fā)可使其性價比變得越來越好。但是,維護經(jīng)理如何確保從這一開發(fā)中獲利呢?
所有關(guān)于以上細節(jié)的考慮都來自于各制造團隊的寶貴投入,有利于我們對其理解并進行反思。針對這些意見的具體要求及所提出的頻率激勵了我們提出以下的解決辦法。
讓我們將我們的解決方案稱為 "集控式 HMI 基礎(chǔ)架構(gòu)"。它完全基于在眾多工廠內(nèi)已應(yīng)用的現(xiàn)有 zenon 技術(shù)。這些技術(shù)已經(jīng)針對各個重要環(huán)節(jié)的標準進行了驗證。讓我們考慮它們的主要原理和組件,以及它們的好處。注意:您需要在此處用到一些 zenon 的知識!
集控基礎(chǔ)架構(gòu)由物理或虛擬化服務(wù)器組成圖展示了操作系統(tǒng)和 zenon 運行軟件。在此環(huán)境中,每臺計算機的zenon HMI 項目(應(yīng)用程序)作為一個模塊插入。并基于一組預(yù)設(shè)條件和 zenon 標準功能,將所有 HMI 應(yīng)用程序自然集成。令其直接與設(shè)備 PLC 通訊,由性能可靠的通信網(wǎng)絡(luò)提供支持。這樣,將 HMI 捆綁轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诰S護的組件組合。
在 zenon 中,各類項目集成的解決方案往往會帶來了意外的好處 —— 如果 zenon 對你是一個新概念的話,而這勿需要額外的開發(fā),所有 HMI 的數(shù)據(jù)、事件、報警和上下文信息都將集成在一個 "生產(chǎn)線總控制" 項目中。此外,在 zenon 中還允許使用 Active Directory 權(quán)限設(shè)置來實現(xiàn)所有 HMI 的通用用戶管理,以使其可以與現(xiàn)存的 IT 安全概念相一致。此外,如果您要求整個集控式 HMI 基礎(chǔ)架構(gòu)提供更高可靠性的話,zenon 的冗余模式也是可利用的最佳選擇。
一整條生產(chǎn)線需要多少操作人員?每個操作員負責(zé)哪些的設(shè)備?我們應(yīng)該在哪安裝界面才便于操作員安全地操作一臺或多臺設(shè)備?操作員對來自不同設(shè)備的同步信息的需求是什么,比如在狀態(tài)、報警、感知等方面?回答這些問題有助于我們制定優(yōu)化的運營理念,將重點緊緊圍繞著促進和加強操作人員對工廠績效的貢獻上。而這對集控式HMI 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)意味著什么?您很可能在使用眾多種類的PC 面板。在每個面板上,您也許會運行一個或多個設(shè)備/HMI 項目,具體取決于操作或監(jiān)督的需要。設(shè)備項目將作為整線服務(wù)器的一個客戶端上啟動運行,并自動同步中控系統(tǒng)的更新。所以我們在此不是在制造 "黑匣子"。以之相反,您可以更自由地維護硬件、操作系統(tǒng)和 zenon項目。設(shè)備由此受益于擁有更長的生命周期。操作員也從更高層次的 HMI 可用性中獲益。
默認情況下,具有 zenon 的集控式 HMI 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是集成 OT和IT 之所。首先,它可與 PLC 進行直接可靠的通訊。根據(jù)集中管理的用戶角色不同,每臺計算機的 HMI 應(yīng)用都可按用戶權(quán)限隨時隨地調(diào)整。通過可配機制,zenon 監(jiān)控整個基礎(chǔ)架構(gòu)的性能和活動。其次,zenon 提供了各種集成工廠系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的方法,例如 ERP 接口(例如 SAP)、SQL 數(shù)據(jù)存檔、云體系結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(例如 OPC UA)。
對于數(shù)字化經(jīng)理而言,集控式 HMI 基礎(chǔ)架構(gòu)能支持新型概念,使生產(chǎn)線經(jīng)理及其同事受益,從而更輕松地持續(xù)改進工廠績效。實際示例很多 —— 從ERP 到HMI 通訊,減少灌裝線的轉(zhuǎn)換,獲取在云中運行的預(yù)測模型結(jié)果。
集中集成所有 HMI 項目的一個重要成果是 zenon生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。在這里,zenon 自動集中數(shù)據(jù)、事件、報警和上下文信息。生產(chǎn)線控制系統(tǒng)就像是 HMI/SCADA 系統(tǒng),能提供實時的監(jiān)控和操作。它使用戶能夠提高設(shè)備轉(zhuǎn)換的速度,或以自上而下的方法可視化生產(chǎn)線,從聚合指標到有關(guān)生產(chǎn)率、質(zhì)量或能耗的最小細節(jié)。zenon 可以持續(xù)擴展這些功能; 并持續(xù)添加新的理念,如生產(chǎn)記錄器、3D 可視化模塊或標準操作管理系統(tǒng)。
用戶如何能從生成巨量的可用數(shù)據(jù)中充分獲利?zenon 使您能夠?qū)?shù)據(jù)進行存儲和分析 —— 從 HMI項目到 SQL。您可以使用工廠報表系統(tǒng)(如 zenon Analyzer)進行擴展分析?;蛘?,也可以將第三方系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)使用者。集控式 HMI 基礎(chǔ)架構(gòu)還支持移動解決方案或其他類型的客戶端/服務(wù)器方法。無論您身在何處需要什么,您都能從數(shù)據(jù)中獲利最大化。
我們從全球制造團隊那里了解到,經(jīng)典的 HMI 今天既面臨挑戰(zhàn),也將帶來諸多機遇。而 zenon 提供了構(gòu)建可持續(xù)解決方案的令人興奮的可能性。zenon 的集控式HMI 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有明確的特征定義:可維護性、可擴展性、互操作性、可用性。 這為將人機界面轉(zhuǎn)變?yōu)閷崿F(xiàn)最佳工廠性能的真正貢獻者提供了大量最新的可能性。