智能工厂、工业 4.0 和工业物联网 (IIoT) 等术语已成为不可避免的流行语，每个制造相关设备和软件的开发人员都会援引这些术语。许多关于智能工厂的讨论都始于预言家分享全球制造业将如何转型的愿景。
LIMS 设备由一台装有专有 Solution Engine 软件的计算机、一个输入/输出集线器和一个 110-V 电源组成插入标准插座。（由 AMI 提供）这些描述通常与增材制造、3D 视觉模拟和协作机器人等新兴技术混为一谈。对于普通的加工车间来说，所有这一切似乎都是遥不可及的——而且成本太高，甚至无法考虑。谁真正需要它？
全行业流行的智能制造观点是无意的同盟，误导——类似于回答这个问题，“什么是汽车？”通过描述州际公路系统。在这两种情况下，核心思想都简单得多——强调谁真正需要智能制造这个问题的答案是普通的加工车间——以及每个希望在未来保持竞争力的制造商。
定义术语
了解智能工厂的一个有用方法是从一种相对简单的技术开始：廉价的电子传感器。在预传感器世界中，机器操作员对 CNC 车床或铣床进行编程以切割零件，然后机器会尽力按照说明去除金属。通信都是单向的，从操作员到机器。
机器是否准确地执行命令？除非发生撞车等明显的灾难，否则制造商除非在操作完成后检查零件，否则不会知道——这既费时又费钱。
输入传感器。战略性地放置在加工中心的现代传感器可以允许双向通信。传感器允许机器在工作时记录或传达有关其自身状态和操作状态的信息。振动测量、温度变化、电机电流分析和其他因素可以通过网络共享以进行监控和分析。可以快速评估机器的状态，以及该状态如何影响操作——甚至是实时的。
在 IIoT 中，传感器与机器的交汇点就是橡胶与道路的交汇点。新的生产设备一般都会配备合适的传感器，但它们可以以相对较低的成本安装在旧设备上。
LIMS 设备。左上方的橙色框是运行解决方案引擎软件的计算机；下方和右侧的黑框是用于多个输入和输出的 I/O 集线器。 （由 AMI 提供）
启用传感器的机器有很多话要说——比用户可能知道的要多得多。但分析软件可以处理数据并使用它来改进操作、维护机器、改进产品设计——甚至改进加工设备本身的设计。
同样的双向通信方法已经成为扩大规模以制造具有自动化和多台机器的智能制造单元。进一步缩小并想象整个设施以这种方式联网，制造数据可以跨以前独立的孤岛访问和使用——类似于企业资源规划 (ERP) 数据的方式。
这种诱人的愿景制造设施中的设备可以与人和其他设备共享数据，以更快、更高质量、持续改进零件和产品的生产——这就是智能工厂
但它可以从从一台机器中提取传感器派生数据开始，并使用它来改进其操作。
利用 LIMS 进入智能制造
“工业 4.0 实际上是关于如何以更好地运营业务的方式使用数据，”Larry Megan 说。 “如果您没有数据，那么您就没有起点。”
Megan 是位于佛罗里达州克利尔沃特的 Advanced Manufacturing International (AMI) 的副总裁，这是一家非以营利为目的，其使命是帮助中小型制造商 (SMM) 踏上这一旅程——众所周知的“数字化转型”。
“制造商试图解决的问题是100 年来人们一直试图解决的问题，”他指出：“‘我如何提高效率？我如何减少能源使用？如何最大化吞吐量？我该如何解决质量问题？改变的是 w我们现在拥有可以快速显示可提供答案的数据的技术，因此可以将其用作做出更好决策的起点。”
Megan 和 AMI 与 SMM 的合作通常包括推荐使用LECS Energy 开发的一种称为 LIMS Appliance 的设备。
LIMS 代表低投资制造系统，是一个不起眼的小盒子，由一台带有专有解决方案引擎软件的计算机、一个 I/O（输入/输出）集线器，以及插入标准插座的 110 V 电源。当在生产设备的边缘连接时，它成为收集和共享复杂传感器衍生数据的简单解决方案。 （AMI 将于 10 月和 11 月在 HOUSTEX、EASTEC、SOUTHTEC 和 WESTEC 对 LIMS 系统进行现场演示。AMI 是 LIMS 盒子的独家经销商。）
LIMS 应用流程的五个步骤。（由 AMI 提供）
“对于许多制造商，尤其是在离散零件空间——汽车、航空航天和其他——我们认为 LIMS 解决方案是一个很好的入职点，”Megan 说。“它专为使用 CNC 或其他机器但无法了解该台机器的生产率或更广泛的情况的制造商而设计”
用该设备的主要开发人员 LECS Energy 的 Nat Frampton 的话来说，“LIMS 旨在帮助操作员和工程师能够接触他们的过程，能够分析并提出新的了解他们的过程——成为能够收集这些数据，查看历史数据，进行交互或将数据移动到数据库，最终能够从该分析中获得结果并改进他们的流程。”
根据 Frampton 的说法，LIMS是 20 年发展的产物，最初是为美国陆军制造炸药而设计的。从一开始的一个关键目标就是让没有专门编程技能的用户能够安装和操作它。
“如果您了解自己的操作，如果您可以使用您的设备，那么您已经拥有了所有的Frampton 说。
LIMS 应用程序流程
LIMS 能够完成一系列令人眼花缭乱的任务，但它可以简化为五步申请流程。第一步是将系统连接到给定的生产设备。该连接的工作方式取决于所连接的设备和商店’s 网络设置——如果有的话。 LIMS 旨在根据这些变量以最有效的方式进行连接。
“LIMS 基于开放标准，”Frampton 说。 “因此，如果它连接到一台使用标准数据协议（如 MT Connect）的相对较新的机器，那么任何人都可以很容易地从网络上获取数据并将其移动到数据库中。但是，如果机器不使用标准数据协议，但数据在运行机器的本地 PLC [可编程逻辑控制器] 上可用，那么通常情况下，如果它相对较新，我们可以从 PLC 获取数据。我们了解 PLC 协议，并且拥有能够做到这一点的驱动程序。”
LIMS 设备“使用”超过 50 种不同的工业协议，他指出。 “只要知道你是否有任何‘会说话’的设备，我们就可以与之对话。”
还有如前所述，如果这些都不起作用，则可以将传感器添加到生产机器并连接到 LIMS 设备，Megan 说。
分析的类型——温度、店内的湿度等等。这些信号可以像进入 PLC 或其他任何设备一样连接到典型的有线信号，”他说。
无论采用哪种连接方式，好处是“现在您将着陆一切都通过一个系统，这样你就可以为所有事情打上时间戳，”梅根说。 “一切都会及时保持一致。您将能够将其置于标准数据库中，并将数据组织得井井有条，在您可以使用的上下文中和一个地方。”
再看一下LIMS 系统，注意到 50 种协议中的一些协议被设计为可以无缝协作。 （由 AMI 提供）平滑、存储和分析
建立连接并且数据可以流向 LIMS 后，第二步是过滤数据以减少噪声并增强信号。 “来自设备的数据并不总是完美的，”弗兰普顿说。 “可能有点吵。”出于这个原因，解决方案引擎程序包括一个简单的分析引擎来平滑它。例如，“也许你有一股电流进来，你想把它整合成千瓦时，这样你就知道特定部件的碳足迹是多少。”过滤将使数据集更清晰、更准确。这种初始数据过滤不同于系统在较长时间段内记录和存储数据后可能进行的更复杂的分析。
第三步是收集数据并将其保存到用户的选择数据库，可以是本地的也可以是云端的。
“不需要云端，”Frampton 断言。例如，用户可以选择设置一个 SQL 数据库，“如果你愿意，你可以将该数据库放在云端——但你不必这样做。您可以将其本地存储在 LIMS 设备上，”他指出。 LIMS 设备具有 16 GB 的存储标准。
该系统与其他系统的另一个区别在于：“我们不做的一件事是监控数据使用情况，并在您每次存储一些数据时向您收费。数据或给你标签限制或类似的东西。数据是您的，”Frampton 说。
第四步是根据数据生成报告和分析。由于大多数机器操作员不一定是数据库方面的专家，因此 LIMS 旨在使数据收集和存储就像单击鼠标一样简单。
“如果您不是数据库骑师或对数据库感到不舒服，请不要't担心它，”弗兰普顿说。 “您只需右键单击该数据并将其输出到 MS Excel。我是一名受过培训的机械工程师，所以我始终确保我们的工具直接用于 Excel。”
但是，如果用户确实拥有 Azure 或 Google Cloud 或其他基于云的系统， “我们可以获取这些数据并将其直接移出到 Azure 中的表中，这样你就可以在 Power BI 中看到它”或其他类似的程序或格式，他说。 “我们还可以研究机器学习并获得返回的结果。”
使用数据
第五步也是最后一步是将系统部署到位的原因首先是——使用收集到的信息来改进流程。
“一旦你弄清楚了如何改进流程，最重要的是能够控制它——对它做点什么， ” Frampton 解释说。
开始时所需的操作可能相对简单，例如制作一条相关的信息可以通过红-黄-绿灯组的便利看到。然而，随着时间的推移，收集到的数据可能使用户能够做更多事情。
“我们将 LIMS 定位为数字化转型的切入点，”Megan 说。 “它通常始于收集数据并能够进行简单可视化的想法。一旦你有了它，随着时间的推移你就可以开始用它做更复杂的事情了。您可以沿着成熟度曲线向上走 — 从基本分析最终到更高级的解决方案，例如 AI。
“但最好从简单开始 — 而 LIMS 是一个很好的起点，”他总结道。
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