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★德國倍福自動化有限公司

天窗機械組件和門鎖外殼的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者珀爾曼公司依托全面的數(shù)字孿生技術(shù)，基于虛擬環(huán)境設(shè)計了其位于奧地利Vitis的新工廠。項目設(shè)計師、安裝人員及業(yè)主緊密合作，利用預(yù)測的重要數(shù)據(jù)在3D環(huán)境中運行真實的仿真，進行預(yù)先優(yōu)化，并使用倍福基于PC的控制技術(shù)實施交付所有流程。

珀爾曼公司由FranzPollmann在1888年創(chuàng)立，最初在奧地利的卡爾施泰因鎮(zhèn)以制作精密儀器和鐘表等業(yè)務(wù)起家。現(xiàn)今，公司的核心是為汽車行業(yè)提供高度復(fù)雜的機電組件產(chǎn)品，珀爾曼已被公認為是天窗機械組件和門鎖外殼的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者。為滿足公司業(yè)務(wù)穩(wěn)定增長的需要，珀爾曼于2018-2019年開始在Vitis規(guī)劃建設(shè)一座新的工廠。“Pollmann2.0系統(tǒng)是我們邁向工業(yè)4.0的重要組成部分，我們需要整個系統(tǒng)都是最先進的。對我們來說，能夠發(fā)揮內(nèi)部物流的最大效率和依賴整棟建筑的模塊化設(shè)計和可擴展性非常關(guān)鍵。”珀爾曼國際第四代管理合伙人RobertPollmann表示。

機械工程與工業(yè)工程的智能聯(lián)網(wǎng)

在機械工程領(lǐng)域，人們已經(jīng)普遍使用3D模型進行設(shè)計和仿真。而在建筑和樓宇自動化領(lǐng)域，只有少數(shù)有遠見的開路先鋒們在新項目的規(guī)劃和實施中不斷推進數(shù)字孿生的應(yīng)用。其中就包括此次項目的合作伙伴PenederBau-ElementeGmbH和Stiwa集團。“我們作為一家設(shè)備制造商和軟件公司，一直致力于尋找優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境的方法。”StiwaAMS公司樓宇自動化業(yè)務(wù)部主管ThomasFührer強調(diào)道。他深知環(huán)境條件對設(shè)備整體效率有巨大影響。設(shè)備四周的空間有多大？生產(chǎn)車間的最佳條件是什么？物料如何在車間內(nèi)部流動，員工又如何在車間內(nèi)走動？“在規(guī)劃設(shè)計智慧工業(yè)建筑時，所有這些因素都需要考慮到，包括能量流。”ThomasFührer在指出提高生產(chǎn)效率的重要因素時說道。

由于珀爾曼僅會根據(jù)客戶訂單需求進行產(chǎn)能擴張，因此從一開始就迫切需要Vitis二廠必須在奠基儀式后10個月內(nèi)全面投產(chǎn)。“涉及到大量技術(shù)和開發(fā)工作的微型組件產(chǎn)品仍在卡爾施泰因總部生產(chǎn)，但我們需要額外的產(chǎn)能大批量生產(chǎn)汽車門鎖外殼和鎖蓋等體積較大的組件。”工廠經(jīng)理ManfredJ?ger說道。基本要求包括大幅提高生產(chǎn)過程的自動化、盡可能地減少物流工作、能源及其它所有資源的可持續(xù)利用、人員和貨物的結(jié)構(gòu)化流動，以及生產(chǎn)基地的靈活擴展。

Vitis擴建工程的第一個階段包括建造一座9400m2的廠房、一個目前有5500個托盤位的立體倉庫，以及辦公室、工藝區(qū)和休息區(qū)。根據(jù)聯(lián)合開發(fā)的總體規(guī)劃方案的設(shè)計，工廠可以非常快捷、方便地擴展到五個車間，因此所有的供給線路以及物料輸送和人員走動都匯集在中央物流中樞。這樣做的好處在于，只需相應(yīng)地延長這條主通道即可啟動下一個擴建階段。“我們自己完全沒想到讓建筑采取坐北朝南的格局，也沒想到要集中布局一個通道，通往各臺用電設(shè)備的樞軸從這里向左和向右延伸。”RobertPollmann說道，他非常欣賞總承包商的遠見卓識。

工業(yè)鏡頭助力成功完成建筑設(shè)計

基于生產(chǎn)的規(guī)劃重點在于制造過程及其所有的能量流和物料流以及所有與生產(chǎn)效率相關(guān)的環(huán)境條件。“建筑被認為是機器。”ThomasFührer用一句話簡要概述了Peneder和Stiwa的做法，即使用典型的機械工程方法和軟件工具。珀爾曼除設(shè)計了建筑的3D模型之外，還設(shè)計了一個數(shù)字孿生用作建筑信息模型（BIM），它能夠測試比例、物料、光線、形狀和顏色的一致性，正如規(guī)劃好的生產(chǎn)和運營過程一樣。BIM是一種將不同學(xué)科的各個子模型（例如建筑、物流、建筑和電氣工程、樓宇自動化和設(shè)施管理）整合到一個中央3D模型中的虛擬規(guī)劃設(shè)計方法。Peneder公司是工業(yè)建筑和商業(yè)建筑領(lǐng)域的專家，從規(guī)劃到運營的每個階段，他們都使用了BIM。“使用BIM實現(xiàn)的虛擬設(shè)計可為建筑的施工及后續(xù)運營帶來很多優(yōu)勢。”倍福奧地利分公司樓宇自動化行業(yè)經(jīng)理ChristianPillwein證實道。

僅生產(chǎn)、物流和樓宇技術(shù)之間的閉環(huán)控制就能顯著降低電力成本。ChristianPillwein以按需通風(fēng)為例，生產(chǎn)過程與建筑和能源供應(yīng)系統(tǒng)之間的智能連接，確保只有在當前使用的設(shè)備實際需要的情況下，才會給車間通風(fēng)換氣。畢竟，考慮到轉(zhuǎn)換時間或維護，設(shè)備很少會在同一時間段內(nèi)全部運行。即使是一些堪稱典范的企業(yè)，其設(shè)備綜合效率（OEE）平均也只有75%。“25%的差值蘊含著巨大的節(jié)能潛力，可以很好地利用基于需求的樓宇自動化控制。”ThomasFührer分享道。在硬件方面，珀爾曼的整個控制系統(tǒng)采用的都是倍福組件。

一臺C69xx控制柜式工業(yè)PC用作控制室服務(wù)器，而HVAC控制中心、通風(fēng)和房間自動化系統(tǒng)則通過五臺CX50xx嵌入式控制器控制。珀爾曼通過KNX、M-Bus和MP-Bus以及ModbusTCP和RTU等子系統(tǒng)以及約700個倍福EtherCAT端子模塊和總線端子模塊將各種傳感器和執(zhí)行器集成到基于PC的控制系統(tǒng)和TwinCAT控制平臺中。

“這個項目的主要挑戰(zhàn)是需要開發(fā)一個基于需求的智能控制方案，它可以將制造自動化和樓宇自動化整合于一體。”ChristianPillwein強調(diào)道。由于珀爾曼在這兩個方面都采用了倍福基于PC的控制技術(shù)，因此能夠非常輕松地實現(xiàn)技術(shù)整合。“我們不僅能夠監(jiān)測和控制樓宇設(shè)備，還可以實時記錄運行數(shù)據(jù)。”ThomasFührer解釋道，這對于珀爾曼新廠區(qū)的設(shè)施管理負責(zé)人RainerHobiger來說無疑是一個絕佳的好消息。“我們可以通過在線儀表板查看哪些設(shè)備正在運行以及它們的運行情況。”能耗的突然暴增往往是由下述兩種情況引起：生產(chǎn)單位數(shù)量增加或設(shè)備磨損嚴重。“由于數(shù)量也可以被跟蹤，我們可以在簡要分析我們的目標與實際性能后立即派出維護人員。”RainerHobiger說道。

除了取決于負載的通風(fēng)之外，珀爾曼還采取了一些其它措施來確保能源的可持續(xù)利用。建筑坐北朝南，不僅陽光充足，而且通風(fēng)效果好，可以大幅降低采暖降溫所消耗的能源。注塑系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱可以回收用于控制整個廠區(qū)的供暖，驅(qū)動器散發(fā)到周圍空氣中的熱量可以直接使用，而模具冷卻產(chǎn)生的廢熱則通過冷熱循環(huán)機間接使用。冷熱循環(huán)機本身和空氣壓縮機的熱量也會被回收。“總的來說，我們必須協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)中使用的多個溫度回路。”工廠經(jīng)理ManfredJ?ger在解釋珀爾曼極力為這個項目尋找“能夠從工業(yè)角度看待項目的樓宇自動化專家”的原因時說道。

符合工業(yè)標準的建筑

“我認為，硬件主要是一種手段，目的是創(chuàng)造一些流程，并與軟件相結(jié)合帶來效益。”ThomasFührer說道。他希望盡可能少地使用硬件。它的工作其實很簡單——可靠、全天候地運行。“倍福的產(chǎn)品系列符合行業(yè)標準，為實現(xiàn)完整的樓宇自動化提供了完美的解決方案。基于PC的控制技術(shù)對用戶全方位開放。”以Stiwa為例，他們目前正在使用的Oracle數(shù)據(jù)庫就是在倍福工業(yè)PC的后臺運行，用于分析復(fù)雜的if-then算法。對于現(xiàn)場層，ThomasFührer也是開放性的忠實粉絲，“每一個現(xiàn)場組件，無論其制造商是誰，都可以通過相應(yīng)的接口或總線系統(tǒng)集成到整個解決方案中。”這里使用了400多個不同的EtherCAT端子模塊。

事實上，珀爾曼和倍福的合作由來已久。此次項目的成功讓合作再次加深，因為珀爾曼已不再只是使用倍福控制器控制單臺設(shè)備，而是用它們實現(xiàn)Vitis二廠的中央樓宇自動化系統(tǒng)。

摘自《自動化博覽》2023年4月刊