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大多数美国铸造厂都是家族企业和私营的中小型公司，投资于数字化转型计划的资金很少。然而，在竞争日益激烈的市场中，越来越多像Ferroloy公司（一家位于堪萨斯州威奇托市的5万平方英尺的钢铁铸造厂）这样的中小型企业深刻认识到新方法与创新技术对于企业成功的关键意义。
Ferroloy公司急需找到一种更高效的解决方案，来取代其高度依赖于人工的数据收集过程，该过程存在诸多不准确、且未得到有效利用的大量数据。公司期望能寻得一个解决方案借此提高产量与质量，减少设备停机时间，并实现与现有软件及专用机械设备的集成。最终，该公司选择了由系统集成商Artek公司在其铸造厂内，实施一套涵盖监控与数据采集（SCADA）、人机界面（HMI）、工业物联网（IIoT）等功能的工业自动化系统。
SCADA作为中央数据存储库
在铸造厂的环境里， SCADA系统可不像 Excel 电子表格或便签纸那般随处可见（如图1所示）。
▲图1：在铸造厂中， SCADA系统不像 Excel 电子表格或便签纸那样常见。
Artek公司的联合创始人兼首席执行官Jerry Eppler谈道：“实际上，许多其它铸造厂也在寻觅类似的解决方案，只是他们毫无头绪，不知从何开始。Ferroloy公司当初也面临着同样的状况，幸运的是在项目起始的关键节点，他们联系到了我们。我们为整个过程的推进提供帮助，把客户的想法以及其所洞察到的潜在机会，切实转化为实际成果。”
为确保项目顺利推进并取得成功，双方搭建了新的技术团队。Ferroloy公司的派出内部工程师Clint VenJohn担任新项目的工艺工程师。虽说VenJohn与Artek公司的设计服务工程师Jim LaPratt在软件经验上存在差异，但在Ferroloy公司工业自动化平台的设计与实施过程中，两人都发挥了关键作用。
LaPratt在铸造行业拥有长达25年的丰富从业经历，对该平台的了解极为广泛。而VenJohn在此之前则毫无相关经验。LaPratt表示，VenJohn身为工厂运营经理所具备的运营技术（OT）背景，加之其在信息技术方面的天赋，再结合供应商提供的免费学习资源，这些非但不是不利因素，反而让他迅速为项目贡献出了 “一些极为出色的想法”。
通过部署这套Ignition系统，Ferroloy公司期望推行精益生产实践，以此促使整体行为发生转变CONTROL ENGINEERING China版权所有，降低对个人技能的依赖控制工程网版权所有，转而更多依靠系统运作。VenJohn称：“我们努力要做的，是把一个老旧的过程实现数字化，提升过程的可视化程度，从而挖掘出其中潜藏的巨大潜力。”
以往，数据主要被用于解决个别孤立的问题，很少被用于实施公司层面的整体举措。为打造一个既能让一线操作人员受益，又能助力高层管理人员决策的SCADA系统，Artek公司在 Ferroloy公司的服务器上搭建并配置了一个MySQL 数据库，随后将其接入工业自动化平台，尤其是连接到一个标签历史记录模块，将其作为中央存储库，旨在最大限度地实现数据的收集与分析。如此一来，便创建出一个可供公司内任何人参考的唯一真实数据源（如图2所示）。
▲图2：Ignition系统的标签历史记录模块创建了一个单一且真实的数据源。
Eppler指出，新项目的目标在于通过高效的数据收集与分析，推动这家严重依赖人工纸质数据收集且缺乏互联互通的铸造厂实现数字化转型。Ferroloy 公司设定了颇具雄心的目标，计划将产能提升 25% 至 30%，同时把废品率降低 30% 至 35%。
新的工业自动化系统助力Ferroloy在定量数据的支撑下探寻提升效率的途径。VenJohn称，“有了新软件，我们基本能够实时获取最新生产数据，而以往我们得到的信息大概会滞后一周左右，借助这些数据，公司能够识别生产趋势并查看轮班报告。这些都是极为显著的改进，让我们能够快速识别问题并及时做出反应。”
为实现这种全新的数据收集水平而言，工业自动化平台堪称一个极具成本效益的解决方案，这一点对于Ferroloy这样规模的铸造厂尤为关键。Ferroloy公司总裁Mark Soucie表示，依托新软件推动的数据分析www.cechina.cn，未来的发展机会或许是无限的。 他的信心并非源于初始成本低廉，而在于该系统能够依据实时数据灵活调整、快速做出改变。
以最少的投入实现有效的数字化
实际情况显示，数字化绝非只是从纸质记录转换为HMI这般简单，其中人的因素不可忽视。对于Ferroloy公司和Artek公司而言，在浇注高达2700华氏度铁水的快节奏工作场景下（见图3），分散操作人员的注意力是他们最不愿看到的事情。
▲图3：当操作人员浇注2700华氏度的铁水时，Ferroloy 公司不希望分散他们的注意力。
一开始，团队打算遵循高性能的灰度设计理念。然而，LaPratt和VenJohn为更好地满足员工实际需求，对方案做出了调整。他们简化屏幕显示，将重点放在提升界面的易用性和信息的易读性上，确保操作人员能迅速理解并便捷操作。
VenJohn表示：“在我们的员工中，有不少人不太懂技术，有些年龄偏大，还有一些存在语言沟通障碍。HMI的简洁设计，让他们能够轻松与之互动，顺利且准确地完成工作任务。”
该系统的所有可视化界面均通过软件设计完成，每个屏幕上的按钮数量被减到最少，将交互操作简化为特定过程的基本操作步骤。鉴于视觉组件较少，HMI需要借助色彩，让关键信息“脱颖而出”，如此一来，操作人员便能迅速判断当前过程的状态。
Eppler指出：“在铸造厂里，熔化铁所需的温度极高，所以安全始终是首要关注点。我们力求让屏幕操作界面极其直观、简洁，防止分散操作人员对周围潜在危险的注意力。”
和众多铸造厂的情况类似www.cechina.cn，Ferroloy公司内配备着各种不同制造商、不同时期生产的可编程逻辑控制器（PLC），除此之外，还有一些其它设备，根本无法通过PLC进行通信。
新的工业自动化平台有一套设备驱动程序，使Ferroloy公司能够连接其所有硬件设备。这种灵活性也激发了更多创造性解决方案的灵感；铸造厂环境本身就布满灰尘，对电子设备尤其不利www.cechina.cn，因此他们需要一种能够在更换成本较低的设备上运行的软件。该公司在六条生产线的上方配置了智能电视，用作显示关键绩效指标（KPI）的仪表板，以便快速查阅。
Ferroloy公司面临的主要问题是，在车间收集的数据与设备相互隔离。如果你需要这些信息，就必须亲自走到设备那里去获取。新的系统将来自不同设备的孤立数据直接整合到屏幕上，这些屏幕可以在车间使用，以便在使用产品时验证其质量是否合格。
将新的软件接入 Ferroloy 公司的Sinto模具机后，模具生产数据能够借助应用程序编程接口（API），反馈至企业资源规划（ERP）系统中。这一举措使得操作人员免于在车间执行手动输入数据的繁琐工作，有效降低了数据录入时出错的风险（见图4）。
▲图4：集成SCADA和ERP系统至关重要，因为铸铁过程中的某些步骤有严格的时间限制。
起初，系统集成商打算采用第三方解决方案，把工业自动化平台与从模具机收集数据的可编程逻辑控制器（PLC）相连。不过，机缘巧合的是，在项目开发阶段，软件供应商发布了所需的PLC驱动程序。该驱动程序支持PLC中的工业通信，实现了直接连接，无需借助任何额外软件，与此同时，也减少了项目的整体成本开支。
集成SCADA与ERP系统
除了将过程数据从“办公桌抽屉”转移到数据库之外，系统集成商还面临着一项关键任务，还需要将新的工业自动化平台与Ferroloy公司早在十多年前就已实施的一款ERP软件即服务（SaaS）进行集成。从ERP系统中提取数据是这个项目的关键所在，因为这一操作避免了数据的重复录入，进而消除了因人为录入而可能产生的错误。
系统集成商创建了通过 API 接口运行的同步例程，以监控ERP并实时查找更改。当发生变化时，更新的信息会被引入 Ignition 系统，以便操作员可以立即了解正在进行的订单，包括工单和相关产品，以及重量和温度范围等统计数据。
SCADA和ERP系统的集成至关重要，因为铸铁过程中的某些步骤有严格的时间限制。现在，HMI不仅能展示六条浇注线的实时状况，包括每条线上模具的流转情况，还能呈现从ERP系统同步而来的数据信息。这一功能让操作人员在开启熔炉向铁水包中倒入铁水时，能够清楚知晓当前正在浇注的具体内容。要知道，一旦启用新的铁水包，铁水的有效使用时间仅仅只有10分钟，所以这些实时且准确的信息，对于一线生产操作人员来说是非常关键的。
未来，通过将Ignition系统与分析浇注铁元素含量的光谱仪集成，Ferroloy公司计划提高炼铁过程的可追溯性。这也使其能够密切监测所有测量元素的变化，并及时进行微小的调整。这将改善铸造厂技术人员的工作流程，使他们能够直接访问数据，而不是要求他们在繁忙的铸造车间到处寻找信息。
关键概念：
■ 了解铸造厂是如何实现数据收集过程自动化，以建立一个互联互通、集成化的工厂的。
■ 采用工业自动化平台有助于工厂无缝收集数据，并使过程更安全、更快捷。
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