倍福：基于PC的控制技术助力橱柜生产智能化

德国倍福自动化有限公司

倍福：基于PC的控制技术助力橱柜生产智能化

德国倍福自动化有限公司

欧洲最大的橱柜制造商柏丽橱柜公司位于德国威尔市的两家工厂每年能够生产超过58万套橱柜。这是真正意义上的批量生产，但这里真正的特色是同时还可以完成客户定制订单。Beckhoff 基于 PC 的控制技术为实现生产部件和生产数据的通用透明性提供了理想的基础，能够在数量为 1 的批量生产中灵活、有效地提供个性化橱柜——完全符合工业 4.0 的理念。

每天有约 2600 套整体橱柜从柏丽的两个生产工厂离开，交付到客户手中。柏丽技术总监 Martin Henkenjohann 表示：“尽管是批量生产，我们完全根据客户的意愿来制造橱柜，这意味着生产批量数量最小可以为 1。为了实现这一目标，我们早在 1990 年开始，就保持整个生产过程中所有的部件和生产数据透明性和通用性 ，包括设计数据和个性化加工步骤，我们始终能够确切地知道哪里有某个特定的厨房家具在加工序列中，从而让我们能够应对日益变化的客户需求。”

工业4.0要求整个工艺过程的实时数据

实现先进的工业 4.0 理念，以及在生产中获得更高的灵活性的前提是确保所有机器和部件数据的透明性。Martin Henkenjohann 在解释这对于柏丽的意义时说道：“实时跟踪整个工艺过程的能力是基本要求。在柏丽这通过贴上一个包含一件家具所有必要信息的条形码标签开始，标签包含关于各种机器上进一步的加工步骤的生产方面的信息与详细的物流信息，如装货时间和卡车信息或送货地址。每台加工机器扫描条形码并从中央Oracle 数据库或从Web服务检索相关的机器数据。”

实时数据的透明性使得每天生产2600套个性化橱柜成为可能。88个不同的门板设计构成这一过程的基础，而且每个设计的后面都有250个不同的条目。根据门板的样式，以及诸如配件和把手或面板型号等，可以打造出各种落地橱柜、壁柜和立式橱柜。在谈及各种整体橱柜的物流管理时，Martin Henkenjohann解释说道：“例如，一个抽屉前板的条形码包含整个抽屉的配置，包括其宽度和深度、后板的高度和把手类型。生产设施相应地提供所有必需的部件，启动正确的加工顺序，并确保所需的抽屉‘准时化顺序供应’地放在一个货运车厢中。货车然后开到装配区，在那里，成品橱柜柜体与抽屉和其它部件（如推拉门）组装在一起。通过实时跟踪，我们可以随时确切地知道每个部件在生产过程中的哪个步骤中。这完全符合工业 4.0 理念。”

生产过程通过时间单位控制，并按照日期排列

柏丽厨房家具的生产规划是通过时间单位来控制的，即跟踪立式橱柜、落地橱柜和壁橱，以确定它们在哪个生产序列中，这些序列的排列是否正确。最终，所有的部件必须在正确的时间内从总共 9 个装配线进入到装货流水线，从而让每套整体橱柜的所有柜体、电器和附件可以全部按时装到正确的卡车上。

柏丽橱柜自1990年以来，就一直注重实施网络化制造

导入客户订单的规划以及生产控制由调度部门负责，调度部门在计划交付橱柜之前短短四天才最后定下生产计划，因此产能利用率必须非常灵活。为了在一个很短的时间内正确地考虑到所有客户要求，柏丽已在很大程度上保存了产品型号的结构数据。除此之外，用于立式橱柜、落地橱柜及壁柜的三个装配线的每一个也都可用于在一定限度内生产其它两个橱柜类型之一。Beckhoff公司销售经理Dieter Grossekatthofer说明了这一点：“通过使用基于PC的控制技术和为尽可能多的不同的加工工艺设计的装置，机器涵盖的范围非常广泛。可以通过对机器进行优化配置，实现最大的生产灵活性。”

PC控制作为一个开放、高效的系统

柏丽橱柜数据透明性的想法孕育于1990年，以满足对生产能力不断增长的需求。据Martin Henkenjohann所述，自最初柏丽就决定选用基于PC的控制技术：“这些年来，我们一直都与Beckhoff专业合作伙伴有着非常密切和富有成效的合作。没有PC控制的开放性和高性能，对我们的异构生产环境，通用数据存储很可能无法实现。此外，整个系统是非常灵活的，因此具有可持续发展性，这意味着它可以轻松应对不断变化的要求。”

每一个部件都可以通过唯一的条形码非常明确地分配给正确的厨房家具

在整个订单相关的生产序列中，不仅是机器信息，还有有关家具部件生产状态的信息，都可以通过Beckhoff的控制面板和面板型PC进行检索。

通过Beckhoff的控制技术以及与柏丽合作开发的Oracle数据库，ERP和设计软件之间建立了一个紧密结合的中央链路。这样可以满足历史性的增长和相应的异构生产景观要求。同时，它可以通过不断集成独立的解决方案继续挖掘产能潜力。1996年柏丽引进了Beckhoff的基于Windows的TwinCAT自动化软件，有了TwinCAT后，整个系统不再需要由一台控制计算机完全控制。对于每一台这类设备，都可以提供一个预先定义的、定制化TwinCAT应用程序，这仅需要简单的参数设置。一方面，这样可以简单地将现有的知识传输到所有的设备中，另一方面，软件工程可以更加高效。

Dieter Grossekatthofer认为能够对设备进行模块化是TwinCAT的另一个优点：“相对于较早的、没有真正重叠通信的独立解决方案，现在可以创建个性化的功能模块。这在调试期间是一个巨大的优势，因为这些模块可以单独调试，然后简单地组合。这样大大缩短了调试时间，便于对柏丽生产线不断进行现代化改造。”

通用的PC控制技术

柏丽在其两个生产工厂中普遍采用Beckhoff 的PC控制技术，从EtherCAT I/O系统和运动控制直到控制柜式工业PC和控制面板以及TwinCAT PLC/NC。即使是一些采用传统PLC技术的旧机器，也可以通过基于PC的控制技术集成。Matthias Gehle总结道：“尽管机器池非常庞杂，也可以实现一个同构数据流。数据保存在柏丽中央数据库中。在生产工厂实施的由Beckhoff开发的专用高级语言应用程序与这一数据库进行通讯，并给各自的设备控制器提供适配信息。这些年来，这一直是不断提高生产效率的关键所在。”

进一步提高产能潜力，迈向工业4.0时代

工业4.0是一个在未来10至20年才会全面实施的概念。现在，柏丽已经在很大程度上实现了这一概念，但Martin Henkenjohann看到一些中短期进一步发展的潜力：“经过测试后，目前，我们正在使用RFID和RTLS（实时定位系统），旨在使得家具的识别更加可变（与条形码系统相比），并更清楚地给它们提供所有必要的信息。此外，我们的生产控制也将从它最佳支持的TwinCAT 3和多核工业PC技术中获益。”

链接采访

Q：倍福目前在“智能工厂”领域取得的业绩？

A：工业4.0的核心是自动化和IT技术的融合。而倍福已经在这个领域耕耘了20多年。在80年代，倍福就开始用自动化专用的控制CPU技术与来自于IT界的PC技术相结合，开发出工业用PC；集成了控制专用的实时操作系统与Windows的结合，开发了TwinCAT控制软件，并开创基于PC的控制理念；不断创新的技术、产品、解决方案的应用都不断验证了PC控制的高性能、高柔性、高灵活性和低成本优势。直到后来的实时工业以太网EtherCAT技术的推出，将起源于IT的以太网技术完美应用到了自动化领域，并打破了现场总线的通讯瓶颈，革命性地提升系统的性能。而随着IT技术的不断进步，倍福又推出了集成有Visual Studio的TwinCAT3控制软件平台。

倍福中国技术市场推广经理 范斌

目前，工业4.0或者智能制造这些话题承载着太多我们对于制造业未来的描述，然而，对于倍福来说，“智能工厂”今天已经实现：在德国工业4.0联盟Its OWL中倍福主导的相关项目里，欧洲顶级橱柜品牌柏丽橱柜的智能制造生产线就是一个典型的范例。为了更好地支持工业4.0，倍福在2015纽伦堡SPS/IPC/Drives展会上推出了TwinCAT IoT和TwinCAT Analystics的功能。前者可以通过MQTT协议直接将控制器中的数据上传到云。而TwinCAT Analystics是用来做数据分析的，它可以在本地网络中运行，也可以在外部服务器通过获取云上的数据进行分析，用于实时监控并掌控机器的运行状态、健康预测等。

因此，无论是工业4.0，还是智能制造、智能工厂，虽然是近年兴起的流行词汇，但是具体实现这些理念的技术、产品和方案并不是一蹴而就的，它需要技术的沉淀，产品的研发和实施，方案的可靠性实现等等，而倍福在这个方向上已经有二十多年的know how和经验，并仍持续努力实践着。

Q：倍福为用户打造“智能工厂”的核心产品或者解决方案有哪些？具有怎样的特色和优势？

A：对于一个智能工厂来说，其核心仍然是控制系统。工厂的控制系统、流水线的控制系统、单个机器的控制系统的性能决定着整个生产活动的性能、效率等。倍福基于PC控制的解决方案，通过利用高性能的（多核的）工业PC和强大的TwinCAT控制软件和算法，为控制系统提供强大的大脑。EtherCAT实时以太网打破了通讯的瓶颈，将底层的所有数据高效率传输到IPC。底层的I/O适用于几百种信号类型，特殊I/O甚至可以解耦于PLC运算周期实现超采样功能，满足特定测量测试的应用场合。高动态性能的专为EtherCAT研发的伺服驱动器为高端的运动控制的应用提供可能。这些高性能部件集成的整套PC控制方案，一方面提供了充分的性能，甚至为面向未来的应用提供足够的余量；二来节省了所有的专用硬件，因为所有的运算都可以移植到高性能PC中；三来提供了极高的灵活性，无缝集成各种设备，来自于不同厂商、不同总线技术的不同类型的产品和子系统，支持任意的拓扑类型。此外，倍福的TwinCAT向上提供了各种接口，包括OPC UA，Oracle database，SAP，TCP/IP或者Profinet等，方便直接与MES对接，而新近推出的TwinCAT IoT则提供了直接通过MQTT链接云的可能。而最重要的一个特点就是倍福系统的开放性，这点是互联互通的核心所在，只有开放的灵活的系统才可以完美地链接上层应用和底层设备，倍福提供开放的软硬件控制平台，正是开放性的忠实实践者。