实施最新的机床数据收集和监控系统可为制造商提供改进工厂流程的关键见解
为了以最佳效率运营工厂，工厂经理需要尽可能快地挖掘实时车间运营数据尽可能快速地确定任何制造过程瓶颈发生的地点和时间。借助当今的车间数据管理软件和相关硬件解决方案，制造商可以利用比以往更多的关键生产性能数据来微调他们的制造流程。
今天的机床连接比以往任何时候都更加紧密最近，随着 MTConnect 的日益普及，提供了更多的网络选项，MTConnect 是一种开放式体系结构的机器通信协议，在新机器中变得越来越可用。通过使用 MTConnect 适配器硬件和软件代理，MTConnect 协议也很容易适应旧的遗留加工系统。随着更多的成本电子较新的基于云的监控系统提供的有效软件选项，制造商也有更易于实施、更便宜的解决方案来收集和监控机床过程数据。
使用TDM Systems的工具管理软件跟踪工具数据帮助制造商优化工具生命周期和工具室资源。获得立足点
尽管监控机床提供了许多优势，但如今绝大多数机床仍然在未连接到最新车间的情况下运行-地板数据收集和监控系统。借助有效的监控程序，车间可以随时准确了解任何机床的运行情况，收集有关整体设备效率 (OEE) 和许多其他关键运营统计数据的数据。 “这一切都始于骗局Memex Automation Inc.（加拿大安大略省伯灵顿）总裁兼首席执行官、MERLIN（制造执行实时精益信息网络）的开发商 David McPhail 说： )、制造执行系统 (MES) 和车间监控解决方案。
借助 Memex 等公司的监控系统，机械车间可以获得显示每台机器效率的数据，并衡量整个车间的生产率。 McPhail 指出，除了 MERLIN MES 之外，Memex 还制造了第一个可配置的 MTConnect 硬件适配器，称为通用机器接口。他说，该公司有多种辅助产品与接口配合使用，有助于更快地从机器中获取信号，Memex 的系统使用通信协议，包括 MTConnect、FANUC FOCAS（FANUC OpenFactory CNC API 规范）和 OPC （用于过程控制的 OLE）。
在 IMTS，Memex 推出了一种新的支持 MTConnect 的电路板，McPhail 说它在 FANUC I/O Link 上即插即用。 “它基本上会在 X 和 Y 平面上拾取 FANUC 控制中的任何离散信号，”McPhail 说，“所以几乎任何你可以数字化控制的东西，我们实际上都可以映射到 MTConnect 标签。”
安装了 Memex Automation 的 MERLIN MES 系统后，Mazak 位于肯塔基州佛罗伦萨的机床制造工厂的整体设备效率 (OEE) 提高了 42%，并且 100 小时每月减少操作员加班时间。车间需要什么
虽然每个机加工车间经理都希望提高生产率，但大多数制造业务实际上都高估了加工效率，McPhail 指出。没有效果车间数据监控，他们基本上是在黑暗中运作。 “他们想知道他们不知道的事情，”麦克菲尔谈到那些添加机器数据监控系统的人时说。 “当你问大多数人他们认为自己的效率在哪里时，实际数字确实大相径庭。感知与现实之间存在脱节。”
行业质量专家和数据管理供应商的一个普遍说法是：“你无法改进你无法衡量的东西。”根据许多行业估计，目前只有约 3% 的机床受到监控，这使得该行业的很大一部分无法真正了解其制造业务的统计数据。 “坦率地说，我认为这是高估了，”制造咨询公司 TechSolve Inc.（辛辛那提）的 VizProducts 经理 Ron Pieper 说。 “前瞻者对可能发生的事情的评估是正确的。现实是我们只需要更多的连接节。”
现在可以使用更简单、更便宜的监控工具，利用既定的协议使商店的安装更容易。 “当我进入一家公司时，我会得到那些被收买的人，”皮珀补充道。 “但有些人会被其中的一些搞得不知所措，所以我们试着回到基础。”符合 TechSolve MTConnect 标准的 Viz 车间监控产品系列包括功能更全的 ShopViz，以及 4 月份在 MTConnect 大会上宣布的 MiniViz。
MiniViz 解决方案的范围更有限，它的设计Pieper 说，它更像是一种介绍性的数据监控工具。 Pieper 补充说，在许多情况下，从每台机器自动收集两到三个数据是一个好的开始，并指出战斗的一部分正在改变文化。 “那里的商店仍在运行磁带并使用软盘，”他说。
比以往更多的人正在寻找Shop Floor Automations Inc.（加利福尼亚州拉梅萨）总裁 Greg Mercurio 表示，greg Mercurio 是 Predator Software 制造数据收集套件和基于云的 Scytec 数据监控解决方案的经销商。 “时间就是金钱，现在有更多的过程中探测和自动收集数据，”他补充道。 “关键是一切都在机床上完成。”
Mercurio 指出，MTConnect 协议是一个很好的解决方案，但他表示需要一些时间才能在行业中得到更全面的接受。 “最大的问题是机器制造商还没有完全接受它，”Mercurio 说，并补充说，即使是一些已经认可 MTConnect 的机器制造商也没有尽可能多地推广该协议。 “两年后，我认为人们将了解 MTConnect 是什么，我们将看到更多人接受它。挑战在于对人们进行这方面的教育。”
使用 eiMercurio 说，使用 Scytec 或 Predator 解决方案，客户可以立即开始收集有关其机器状态的数据，系统会自动告诉车间经理他们需要了解的有关零件数量、周期时间、程序编号和许多其他关键变量的信息. “新趋势是在车间使用 PC 并利用无纸化制造解决方案，”他补充道。 “工厂车间正在走向数字化并采用无线技术，利用 Windows 平板电脑、iPad 和瘦客户端，这些技术可提供更低的拥有成本、灵活性和易于部署。伴随这一新趋势而来的是用于管理、控制、查看和向车间交付完整“数字包”的软件，以便操作员简化流程。这为车间提供了完整的修订控制。”
实时数据交付
对于希望提高性能的车间，实时从工厂车间获取数据至关重要。 “实时信息on 可能是制造业的圣杯，”Memex 的 McPhail 说。他说，在许多较小的商店中，只有五台左右机器的操作可以通过经理的窗口查看性能，而较大的操作则需要自动化解决方案。 “公司有记分卡很重要，”他说。 “没有基线，你怎么知道自己在改进？”
他补充说，一个典型的 Memex 客户拥有 12 台或更多机器，如果没有自动化系统，这种类型的操作更难监控。 McPhail 指出，监控系统现在的成本相当低，每台机器安装成本约为 3000 至 5000 美元，而且它们通常会通过性能提升迅速收回成本，而这些性能提升很容易超过安装成本。
Memex MERLIN 系统的操作员门户显示了一系列关键的实时车间操作指标，可帮助制造商提高工厂生产力。在机床制造商 Mazak Corp. 的佛罗伦萨肯塔基州，一家建造多任务和五轴车床和铣床的工厂，安装 MERLIN 帮助工厂将 OEE 提高了 42%，每月减少了 100 小时的操作员加班时间，并且每月将之前外包给工厂的工作减少了 400 小时。 “产能利用率可能是工厂中最容易实现的目标，”McPhail 说。 “现实是你可以获取信息，通过一些非常简单的事情来处理它并获得改进。”这些指标包括 OEE，这可能是最全面的，McPhail 说，以及机器利用率，其中达到 85% 被认为是世界级的。
无论商店是大是小，真正实现自动化- 车间数据的及时交付是关键。 “很明显，其中一个趋势是尽量让您的数据尽可能准确、及时和公正，”Wintriss Controls（马萨诸塞州阿克顿）ShopFloorConnect 产品经理 Jim Finnerty 说。 “很多车间数据——机器什么时候运行，什么时候不运行，你有多少报废零件，在给定时间段内生产了多少好零件——必须手动输入。通常，它是由将根据该数据的结果进行判断的人手动输入的。即使这不是你的错，也没有人愿意成为这种转变的低生产者。”
Wintriss 主要与金属成型市场的制造车间合作，开发了与 ShopFloorConnect 机器接口 ( SMI），一个简单的触摸屏操作员终端，连同软件跟踪任何机床或相关设备的性能。系统内置以太网Finnerty 说，它具有强大的功能，并且可以连接条形码阅读器或制造车间中的任何其他类型的机器。
自动收集的数据本质上比手动报告的数据具有更少的偏见。 “趋势是越来越多的机器与某种软件进行通信，让它们知道自己在做什么，”Finnerty 说。 “但其中一个障碍是，人们通常不会为了获得可以通信的最新机器而丢弃或更换完美的机器工具。”
Wintriss 的第一个机载数据收集器终端在 1990 年代出售。 Finnerty 指出，最新版本 SMI 与 ShopFloorConnect OEE 跟踪软件结合使用，可用于更新的机器或改装到旧的、遗留的机床上。 “我们开发了一种简单的设备，我喜欢称之为数据收集设备，您几乎可以将其安装在任何机器上&mdash；这些安装在从多轴 CNC 机器一直到藏在后面房间的空气压缩机的所有东西上。”
TechSolve 的 MiniViz 车间数据监控解决方案用作介绍性工具希望实施数据收集和监控系统的商店。构想智能工厂
借助当今的工厂生产工具，制造商更有能力将机器与复杂的软件和传感器连接在一起，这些软件和传感器可以提供大量信息有关工厂流程的详细信息。 “Forcam 对未来工厂有一个愿景。我们希望创造一个机器与它们生产的产品‘对话’的世界，”Forcam GmbH（德国腓特烈港）的创始人兼首席执行官 Franz Grubere Factory Framework MES 软件。他指出，在这样的环境中，生产系统可以利用可以相互“对话”的智能机器和组件，使用云端数据与工厂人员以及通过智能手机或计算机连接到制造网络的其他人进行通信。
“‘智能工厂’的新世界对信息技术提出了巨大的要求，”格鲁伯说。 “创建它的第一步必须是形成一个‘网络物理系统’。每一个实际发生的事件都必须在虚拟和实时的情况下做好准备。这些事件必须非常努力地从各种系统和机器的控制器收集的信号和信息中读取。此外，整个生产系统必须具备“云能力”，可以随时随地通过移动设备进行监督和控制。”
当今的商店正在寻求使用先进的车间管理来统一生产流程n 并尽可能紧密地规划，格鲁伯说。 “几乎为零的停机时间和无忧的生产力是我们的座右铭——没有停顿，也没有设备故障，”他说。 “借助正确的车间管理技术，机器可以在出现‘异常情况’时自行报告，然后我们可以在正确的时间采取正确的预防措施，快速消除浪费和错误。他们正在寻找能够实时处理大数据的软件，以及使用复杂事件处理和内存技术以及云的力量来实时收集和处理信息以提高车间性能的软件。”
Gruber 补充说，此类系统可以以正确的语言显示世界上任何地点或时区任何工厂的车间绩效指标，例如 OEE，并且数据可以显示在 Web 和移动设备上车间展示，在世界一流的车间管理系统中。 “Forcam 的 t技术提供了一个机器数据收集引擎，可以与所有机器无缝集成，无论机器的制造商、控制类型或使用年限如何，”Gruber 说。
MTConnect 协议已成功成为标准机器接口Gruber 指出，该协议已在北美广泛传播，欧洲的一些行业领导者（包括 Forcam）已开始在全球范围内使用这种免版税标准。 “MTConnect 将系统、应用程序和整个工厂之间的链接标准化，以提供集成的整体制造系统。除了 MTConnect 之外，Forcam 的技术还支持加工 CNC 和 PLC 的各种实时插件，包括制造商特定的驱动程序，例如用于 FANUC 的 FOCAS、用于 Okuma 的 THINC、用于 PLC 的 OPC-UA 和 OPC-DA，以及许多Haas、Heidenhain、Siemens 和 Allen-Bradley 的其他驱动程序。”
使用 Forcam 的 Factory FrameWork 软件，用户获得的不仅仅是管理工具，他补充道。格鲁伯说：“这是一个系统和理念，整个团队，从车间工人和主管到高级管理人员，都可以利用它来创造一个更有生产力、更有竞争力、更安全和更有利可图的业务。” “这是对全球化制造业挑战的理性回应，可以为发达经济体的制造业创造可持续的竞争优势。”
跟踪工具数据
车间的另一个关键部分数据管理是跟踪制造商工具使用情况的能力，新系统可帮助制造商查看和访问数字工具数据，而不是使用过时的纸质文档。 “我们看到的趋势是关注整个工具生命周期，”TDM Systems（伊利诺伊州绍姆堡）销售总监 Daniel Speidel 说。 “TDM Systems 的工具生命周期管理 [TLM] 解决方案是生产资源的 IT 战略，包括工具组织规划、模拟、订单准备和生产的所有阶段。在此过程中，TDM-TLM 是 ERP、PLM 和 MES 之间的纽带，它确保计划和生产系统之间的沟通。”
TLM 不仅涉及在 CAM 和模拟过程，但它还包括车间工具流通的物理组织。 “TDM-TLM 并非面向单个部门和单一流程，而是包含相关系统之间的持续通信和数据交换，”他说。 “在当今的环境中，制造商正在寻求工具数据的透明度，以便以一致的方式将他们的工具放在一起，并能够在物流上跟踪它们。这是我每天都看到的常见的日常斗争。大多数车间只有实现这一目标所需的一部分。”
车间首先需要有一个中央模具数据库se，一个基于知识的系统，他补充说。 “他们需要能够知道工具、夹具和量规的位置，以便将它们组合在一起并将它们运送到机器或单元区域，”Speidel 说。 “另一部分是如何一致地组装工具；这是通过刀具预调器（例如 Parlec 预调器）完成的。”像 TDM-TLM 提供的物流系统一样，制造商能够在工具磨损时找到或请求更换。
“TDM-TLM 从生到死都在管理这些数据，”Speidel 说. “TDM-TLM 的重点是链接和可追溯性。 TDM 软件的主要优势在于能够高度集成到加工公司的现有系统环境中。”该系统通过料库库存和库存周转以及加工操作的结果提供对工具分配和工具使用的全面控制。 Speidel 说，根据结果，使用 of 生产中的资源可以被跟踪并持续改进。 ME
本文首次发表于 2014 年 10 月版的《制造工程》杂志。
