在全球竞争激烈的制造业中，一天中的每一分钟、每一克原材料和每一千瓦时的能源都至关重要。制造行业多年来一直面临这一挑战。但最近，领先的创新建筑材料和基础设施解决方案国际供应商利用 TwinCAT 和“数据代理支持”实现了这些目标。在一项全面的数字化计划中，这家自称是全球顶级砖块生产商的集团已开始每天将数百万个测量值发送到云端进行分析，从而获得公司各个领域的可行见解，作为有针对性的优化措施的基础。

节能建筑、安全的下水道系统、美观的公共空间：制造行业的专业知识在生活的各个领域都有体现。这家总部位于维也纳的砖块、管道系统和路面砖生产商的历史可追溯到 1819 年，200 年来，该公司一直致力于推动建筑业的未来发展，目前在 29 个国家/地区拥有 197 个生产基地。

为了在全球竞争日益激烈的时代捍卫这一领先地位，集团推出了一项全面的数字化计划。一方面，它推动智能产品的创造——例如，可以收集水位或降雨数据的塑料管道——以及新的数字商业模式的发展。另一方面，该公司正在尽一切努力提高其自身生产基地的透明度。

数字孪生助力卓越运营

“我们的愿景是为每条生产线创建数字孪生，其中不仅存储流程、规划和质量数据，还存储系统操作员的详细培训课程信息，”Wienerberger 子公司 Pipelife 的制造卓越官 Roy Sibbald 解释道。

最终，Sibbald 希望了解生产过程中的每一分钟，以及这段时间是否得到了有效利用。“如果没有，那么这一分钟就不是好时间。我们使用的每一克原材料也是如此。这是否变成了我们可以出售的东西，或者它发生了什么？所有这些问题的可靠答案具有巨大的价值，”他解释道。

Wienerberger 选择了位于奥地利维也纳新城 Pipelife 工厂的 21 号和 26 号挤出生产线，用于与解决方案提供商 TietoEVRY 和 HEAP Engineering GmbH 以及 Beckhoff 联合开发的概念验证。这些生产线用于生产具有特殊质量要求的塑料管。

“这里必须记录壁厚、椭圆度、偏心率、每米重量、锯切脉冲等数据，”TietoEVRY 高级业务顾问 Andreas Roither-Voigt 说道。在生产过程中，需要确定哪些管道在什么时候被切割，以及切割精度是否真的达到毫米，等等。Beckhoff 的 EL1512 和 EL5151 EtherCAT 端子模块支持测量任务。“一个 I/O 端子模块可以直接连接编码器，而另一个端子模块实时传输当前计数器读数，以便在 TwinCAT 软件中计算管道长度——所有这些都在边缘网关上完成，”Roither-Voigt 解释道。

工业 PC 作为最佳边缘设备

与此同时，每天，来自 Wienerberger Group 不同工厂的数百万条数据记录都会被存储在云端以供分析。为了明确分配传输的信号，这些信号都配有明确的工厂、生产线和机器类型代码。“我们联手创建了‘单一事实来源’，以实现公司‘所有相关数据始终在线’的愿景。除此之外，这还确保最终为每位用户提供与其相关的信息，”TietoEVRY 的物联网和数据顾问 Manuel Hausjell 说道。“无论数据科学家是否计划将原始数据用作机器学习模型的输入，或者这些数据是否已经合并和/或集中以纳入各种报告工具，它们在任何情况下都必须完整且正确。”

因此，项目经理已标准化并指定了将各个机器集成到物联网 (IoT) 网络的方式。Beckhoff 的 C6030 超紧凑型工业 PC 充当着云端 Azure IoT 中心的守门人这一核心角色。HEAP Engineering 董事总经理 Lukas Pechhacker 表示，其紧凑的设计和高达 3.6 GHz 的多核处理器性能使其成为完美的边缘设备。

“这就是基于 PC 的控制技术的优势——控制设备可以根据需求进行扩展，并为现场数据预处理提供足够的性能储备，”Pechhacker 解释道。“例如，对于卷绕机，采样间隔在毫秒范围内。这就是为什么这里使用边缘计算将其转换为每分钟转数，以控制信息流向云端的原因。”

搭载 TwinCAT 3 IoT Data Agent 的 C6030 通常要承担很多“解释器”的功能，一方面利用 TwinCAT ADS 和 OPC UA 在不同年份、不同产地的机器之间搭建通信桥梁，另一方面也充当着通向云端的网关。

“我们在 29 个国家/地区共有 197 个生产基地，我们面对的是极其多样化的机器环境和众多协议，而这些协议必须归结为一个共同点。在某些情况下，需要使用 EL6001 EtherCAT 终端作为 RS232 串行接口来建立所需的连接；在其他情况下，这可以通过 OPC UA 来实现，”Pechhacker 说道。

完美的团队合作

Wienerberger 的 IT 战略、创新和项目主管 Manfred Heger 表示，作为 Beckhoff 的解决方案提供商，HEAP Engineering 和 TietoEVRY 都了解如何充分利用基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术的可能性。“我们项目团队中的每个人都可以完全相信其他人确切地知道他们在做什么，并且他们总是能看到他们所做的一切的全局，”Heger 说。

由于 COVID-19 的旅行限制，两个生产基地甚至远程连接到了物联网网络——一个在瑞典，另一个在荷兰。“当地电工提供了有关现有基础设施的关键细节。然后从 Beckhoff 订购所需的组件，并由 HEAP Engineering 进行预配置，以便在现场实现简单的即插即用连接。然后 HEAP Engineering 通过安全的远程连接介入执行最终配置，我们在云端设置适当的路线或负责数据质量检查，”TietoEVRY 的 Manuel Hausjell 描述了一次完美的合作。

“我们总是会提出新想法，告诉我们还可以做些什么来改善工厂的日常运营，比如在各个站点之间进行基准测试、实现质量改进、支持预测性维护、使用更少的资源等等，”Sibbald 说道，并补充道数字化是一个持续的过程。“只有拥有有效的比较数据，才能实现精益。我们的系统的优点在于它易于扩展和升级。”

此外，电流互感器现在越来越频繁地被放置在制造设施中，因为不仅每一分钟和每一克，而且每一千瓦时的能源都很重要。因此，该项目还为减少二氧化碳以及能源和原材料消耗的可持续发展目标做出了重大贡献。随着随后实施二维码识别，已安装解决方案的适应性已经得到证实。