在线会议
论坛
专题
工控直播
新闻中心
子站
技术
社区
曲线的差异影响设备的寿命
有一次，贝加莱的技术专家陈工被机器制造商邀请，一同去终端工厂参观，那是一个电子产品工厂参观，经过一台注塑机的时候，他突然问工厂经理，这个设备是不是经常需要维修？工厂经理说道“是的，这个设备经常需要大修，更换其中的丝杠，大概这个时间比其它设备间隔少半年，就是其它需要2年更换一次，它需要1.5年就得更换一次”，他问陈工如何知道？陈工说“我听到它的声音，显然它的运动曲线比较“硬”，这会有比较大的机械冲击，带来了噪音，这种机器磨损就会比较大，寿命短”，他继续说道“其实，2阶曲线和3阶曲线虽然在定位精度、速度上没有差别，但是，其对于机器的寿命影响却是不同的，表面上看两个设备看不到差异，但是，数学不会骗人”。当然，后来这个机器制造商因此也选用了贝加莱的系统，作为其控制器系统方案，原因当然不仅包括陈工提到的ACOPOSmulti所提供的曲线能力，也包括工艺、稳定性等综合能力。
半年的机器大修间隔差异以及所造成的浪费、机会成本损耗，对于工厂而言，不难计算其成本影响多大。
制造企业更关注长期运营成本
全球领先的制造企业，他们经历数十年乃至上百年的运营，在如何评估产线投资方面积累了丰富的经验，他们具有非常强的成本核算能力，他们并非是因为“财大气粗”才买高端设备，而是他们经过数十年的制造经验，建立了有效的评价体系，并不以价格作为唯一衡量指标，而是更为全局的看待成本。
对于工业装备的采购而言，它是一个复杂、专业的过程，其用户决策往往关乎企业未来的盈利，尤其对于较大规模的制造企业来说，更是一个长期投资回报的评估，除了初始采购成本，越来越多的制造企业关注在长期运营中的成本，市场竞争使得企业必须锱铢必较，而在大规模生产与制造领域，这个“锱铢”的累积，往往是巨大的成本节省，每个人工的节省、每个材料的节省、每1%的能耗降低都是巨大的数字，都会转为盈利，每个良品率甚至0.1%的提升，都会带来利润的提升。
01.电子行业为什么具有超强的成本评估能力？
在各个行业中，电子及半导体、汽车工业本身对于TCO的计算能力非常强，这是由这类行业本身的“大规模定制化”制造的特性决定的，因为在这些领域，每1%的质量提升、1%的能耗节省，对于制造而言，其累计的成本节省都将是巨大的数字。
TCO(Total Cost of ownership)或者也有称为COO(Cost of Ownership)是在汽车、电子等离散制造领域里广泛应用的指标，用于评估产线的综合成本，在VDMA的SEMI 10规约中，定义了针对光伏、硅基相关电子半导体制造的TCO计算指南。
图1-VDMA-SEMI-E10规约
图2-VDMA-SEMI-E10指南
图2则是VDMA SEMI对于设备的综合使用能力的评估，其与OEE有较多重合的计算，当然也会包含了工程时间（工艺、装备与软件工程）几个方面的差异，因此，其思想与OEE相同，而其计算又有着行业特殊属性。
02.TCO是终端生产企业的核心关注点
对于机器制造商而言CONTROL ENGINEERING China版权所有，必须满足终端制造企业的需求，他们对于成本的综合考量，而非仅仅是机器的价格—如果机器的价格的话，因为如果仅仅考虑价格的话，那些高端设备是没有市场的，因为，他们赢得市场靠综合成本，以及客户价值的创造。
为什么发展自动化、智能化？因为，他们关乎设备的质量、成本与交付能力，机器从最初的手动控制到基于继电器逻辑的控制、PLC可编程逻辑控制，到今天基于智能控制器的控制，它都是为了解决质量、成本与交付问题，我们用伺服系统的工作任务来举例：
（1）运行成本才是最大的成本
一个伺服电机，在其生命周期中，其最大的成本来自于电能的消耗，而其初始采购成本占比仅在5%，因此，这意味着，精准的选型会意味着更为长久的成本节省。
（2）低质量的产品就是成本
高性能的伺服驱动系统，它本身可以提供更高的采样精度和控制精度，以及重复精度，控制精度和重复精度，保证了产品质量的一致性，而人们采用自动化系统，不就是为了提供质量一致性吗？
高品质，才能带来低成本，因为，不良品，本身就是成本；
（3）控制品质影响成本
贝加莱液压控制专家李工精通在吹塑领域的壁厚控制，他对于技术对生产企业带来的回报深有体会，按照他的较保守计算，对于一个桶装水的塑料桶生产过程，大概需要45S，而每个桶容积为5加仑的话，需要达到2kG的塑料颗粒，采用贝加莱的镜像壁厚控制器，可以为其节省3-5%的材料成本，那么CONTROL ENGINEERING China版权所有，机器每小时可生产80个桶，咱们给机器合法的工作时间，每天只干8小时，5天工作制，那么CONTROL ENGINEERING China版权所有，一年可以生产的桶数量为166,400个，每个桶节省原料仅按照下限3%来计算，就是9.984吨的材料节省，这个成本对于壁厚控制器所需的采购成本而言，是一个非常好的回报，其实，而且，李工说“高重复精度可以保证产品质量一致性，不良品率低，本身又是一笔节省”。
03.TCO能够反映更为真实的全局成本
对于机器制造商来说，考虑初始的采购成本，但是，对于终端生产企业来说，TCO是更为有效的评估指标，因为:
任何微小的成本都经不起时间的积分；
今天，每kWh的能源节省、每g材料的节省、生产节拍中的每1秒钟、每个人工的节省带来的工时的节省，都会累积为巨大的成本节省。
在很多时候，初始的采购成本在整个机器的生命周期里，占据的成本反倒是最小的，而低端机器所带来的浪费，却是非常巨大的，因此，高性能的机器才能真正为企业带来持续稳定的收益。
做企业，是一项长期的投资工程，因此，高性能机器保障了高投资安全。
贝加莱如何为您的机器降低TCO？
贝加莱，作为自动化领域综合解决方案提供商，一直致力于为用户提供具有竞争力的解决方案，而对于TCO的降低，其设计涵盖整个机器的全生命周期的每个环节。
1、设计与规划环节的成本
1.1通过精准选型
通常，在机器设计中，工程师会参考原有的机器选择电机或传动机构的参数，又为了考虑余量，设计人员通常会在原有的基础上选择一定的放大系数，这会造成浪费，另一方面，为了获得匹配的动态响应能力，如果这个选择不是基于精确计算，则会造成不必要的返工，因此，必须对整个机械传动链进行基于数字化设计软件的精确选型。
在贝加莱，可以通过MapleSim这样的软件接口，将机械的图纸导入，并通过ServoSoft实现运动控制的精准选型，以获得最优的电机规格，如图3所示，并且，这些仿真所获得的参数也可以与控制任务结合，通过FMU/FMI导入至Automation Studio开发平台中，进行应用集成。
图3-通过ServoSoft组件可以实现精准选型
通过电机精准选型，可以确保获得最佳的传动控制性能，以及最小的功耗，而这些都避免在设计阶段，缺乏精准选型造成的过大、过小（造成返工）等损失。
1.2建模仿真降低物理测试验证成本
建模仿真，正是为了应对闭环，在机器开发的过程中，对机器的机械传动、控制工艺、流程的验证通常需要大量的物理测试，即对材料的消耗，无论对于机器开发，还是对于生产，这笔费用都是用“烧钱”来形容而不过分的，如果可以通过虚拟的环境中进行的测试验证，则可以降低大量的物理机器与材料、工时等的消耗，这包括几个方面：
（1）降低物理测试与验证成本：通过虚拟环境下的仿真，可以避免直接的物理测试验证中的材料消耗，并能够获得极限参数下的生产，挖掘机器潜能；
（2）降低安全风险，对一些较难进行的测试，可以低风险实现验证；
（3）缩短机器的测试验证时间，可以通过并行工程，在机械设计阶段即可完成控制算法的验证，缩短机器的开发时间，就可以快速上市获得领先所带来的收益；
图4-通过MATLAB/Simulink可以实现控制参数的虚拟测试验证
在图4中，可以通过Simulink Target for Automation Studio，可以在MATLAB/Simulink中进行建模仿真，并可自动代码生成，获得在各种场景中的最优匹配参数，以及控制算法，在基本模型与参数稳定下，进行少量物理测试即可获得系列化的应用。
2、学习环节如何降低成本？
无论工程师学习新的平台用于开发机器，还是机器到了现场需要对操作人员进行培训，传统的集中式的线下培训，都会带来大量的差旅成本，而2020年由于疫情，原本贝加莱拥有的远程能力得到了充分的发挥，贝加莱快速加强了在“远程培训”与“虚拟实验室”方面的建设，利用无所不在的网络，让大家可以不用差旅劳顿，就可以一起进行学习，项目讨论，即使对于工业这种系统控制工程网版权所有，必须要“眼见为实”的学习，通过部署在客户端的ETA（L）系统，我们的培训师可以帮助工程师来学习。
图5-贝加莱多层级学习与培训系统降低学习成本
虚拟实验室，则可以基于IndustrialPhysics进行建模仿真，通过这种方式来实现对机器的虚拟测试验证，也可以通过这种方式对机器的培训展开“可视化”的教学，可以通过AR/VR的方式直观的练习对机器的操作，并反馈，安全又高效。
它带来哪些成本的降低？
1).人员差旅成本：可以降低工程师的培训成本
2).更为可视化的虚拟实验室，提升了培训效率；
3、如何在编程环节降低成本
今天，在中国，我们对“工业软件”的讨论非常热烈，而就本质来说，任何产品、技术，如果它没有经济性的话，那么CONTROL ENGINEERING China版权所有，它就没有推广的意义。
图6-通过mapp来提升机器开发效率
mapp技术是贝加莱为提高机器开发效率www.cechina.cn，将过去数十年所积累与机器相关的基础设施（文件、配方、报警、趋势等）、行业（专业、行业库）、连接（网络与通信、服务）、机电对象（运动控制、CNC、机器人等）进行了标准化封装，成为可复用的模块，并提供给用户开发。
工业软件的本质，在于“知识复用”，而知识复用的目的是什么？
是的，软件复用就是为了降低不必要的“重复劳动”、以及将高值的工艺经验与知识进行复用，它有哪些成本可以降低？
●工程师不用频繁的编写代码，通过mapp的模块可以快速“配置”机器的应用。
●工具本身也是“Know-How”，即如何高效开发机器的知识的封装，包括为了复用的软件开发；
●工欲善其事，必先利其器-Automation Studio本身就是一个集成工具，用于降低开发成本，包括其机电故障诊断、模块封装、代码测试、项目管理、版本控制等功能设计。
实际上，这些mapp的开发，较之以往的开发本身就可以降低67%的开发时间，同样，对于每个机器制造商来说，在Automation Studio平台，也可以为自身的应用提供自定义模块封装能力。
4、如何在调试环节降低成本？
基于在设计规划阶段的建模，在调试阶段可以通过虚拟调试，提高效率，并降低物理材料浪费；
在贝加莱，调试阶段包括了各个层次的调试支持手段，提升调试效率：
（1）.Automation Studio提供的调试手段：包括I/O仿真、程序仿真、轴测试、傅里叶变换、信号分析与处理等工具，可以协助更好的理解机器中存在的问题，无论是测量、控制还是机电传动方面的问题，也包括程序本身的便捷调试工具。
图7-通过数字孪生实现虚拟调试
（2）.数字孪生的虚拟调试：通过构建数字孪生对象，如通过IndustrialPhysics，可以对机电对象建模，并通过与Automation Studio的控制逻辑、机电传动交互www.cechina.cn，可以动态的观测到程序的逻辑、机电传动过程是否达到设计的要求，并进行调整，以获得更优的效果，如图7所示。
（3）.贝加莱开发的机电产线优化工具：通过自主开发的CTO软件，可以针对SuperTrak进行产线的性能最优规划分析，并给出优化建议，通过可视化的量化指标，为产线集成人员提供智能的决策支持。
5、如何降低运营维护成本？
在生产环节，制造商的运营管理部门更为关注“人、机、料、法、环、测”，这些就包括了更为多样与复杂的现场组合，而事实上，这一切都必须在机器的设计阶段就予以考虑，而不是在现场再调整。
5.1材料消耗：更为精准的控制，可以带来成本的节省，无论是传动控制还是工艺，例如前面所提及的壁厚控制技术，在材料上可以达到3-5%的节省。
5.2人工消耗：通过机器人、视觉、柔性输送系统的集成，可以在个性化时代，仍然获得人工较低的消耗。
5.3能源消耗
解决能源消耗的办法有很多种，比如：
（1）更好的温度控制算法：
最有效的节能来自于“工艺”的节能，在实际中，一个“能用”的温度控制，与一个“好用”的温度控制，对于机器来说，有着很大的差别，一个好用的温度控制，具有极强的自适应力，并能够精准而不浪费的提供能量输出。
（2）更好的能源计量
除了有专用的能源计量模块来获得能源数据，以获得精准的“单位产品能耗”计量，能源数据还为生产者提供“可视化”的能源趋势分析，以获得商业BI，进而改进运营效率。
（3）更好的设备节能：例如采用更为高速动态响应能力的伺服泵技术、更高功率密度的ACOPOS系列伺服驱动系统、支持能源再生的共直流母线技术，都可以为能源节省获得支撑。
5.4数字化技术提升运营效率
今天，工业互联技术，使得这些数据都可以被有效利用，贝加莱提供了更为便捷的“数字化”收段，用于设备制造商来提供更为高效的数字化“监测”，以使得整个生产制造过程被“监测”，以实现“能观能控”这样的格局。
数字化的转型，本身是指通过数字化手段来不断迭代运营过程，通过可计量、可观测的手段来发现生产运营中的问题。
图8-IT与OT融合的运营提升意义
通过数字化互联，可以在多个方面提供成本优化之道：
（1）.对全局的生产调度优化，带来的最优成本，例如：时间的匹配避免了不必要的浪费，来自一个机器的空转等待的成本，通过发现其中的节拍不匹配，来提升整体协同效率。
（2）.通过对生产中的故障进行监测，实现预测性维护；
（3）.发现更优的参数：通过对运行过程的数字化监测，寻找获得质量的最优参数，并持续改善；
（4）.数据透明，以获得沟通的成本下降，数字化的方式，提升了生产中的沟通成本，通过数字化方式，快速发现问题，并推动持续改善。
贝加莱通过OPC UA规范的集成，使得产线可以获得连接，并可实现Pub/Sub机制的数据传输到云端、边缘侧，以实现整体的优化潜力。
如何降低维护成本？
如果系统是稳定的，那么维护是少的，那么CONTROL ENGINEERING China版权所有，高可靠的系统带来了生产的高度一致性，也降低了不良品带来的成本，并通过相应的维护技术来实现整体运营效率的提升。
01预测性维护
预测性维护技术，不仅借助于机理模型的分析，通过对振动、温度等生产机器参数的监测来反馈故障，也可以通过机器学习（监督、非监督学习、强化学习）手段来获得预测性维护的方式，来代替传统的预防性维护的事后处理机制，进而提升非计划的宕机，也延长机器的寿命，提升投资回报。
图9-通过预测性维护降低维护成本
02安全的远程诊断技术
基于贝加莱的安全远程维护技术，工程师可以通过IE浏览器，远程对机器的故障进行诊断，并可以进行远程故障诊断、程序升级等动作，这一切都是在安全（Security & Safety）的情况下进行。
整体而言，贝加莱的技术在不同的层面，不同的维度，不同的时间，采用不同的手法，来实现对整个机器从设计规划到最终现场运行的全流程成本优化。
综上，我们可以用一表来说明贝加莱的成本解决方案
表1-贝加莱全流程的成本优化
在3月17日~19日，贝加莱将参加慕尼黑电子展，欢迎莅临贝加莱展台，与我们的专业团队共同探讨您的机器与产线效率提升之道。
.jpg)
AVEVA InTouch Unlimited试用版下载
福禄克三大“法宝”帮您搞定过程仪表校准难题
2024年度最佳产品奖颁奖典礼会后报道
2024全球自动化和制造主题峰会会后报道
阿自倍尔液体检测产品有奖试用
