為了在不擴(kuò)大生產(chǎn)占地面積且不增加人力資源的情況下達(dá)到提高產(chǎn)量的目的，德國設(shè)備生產(chǎn)廠家Homag集團(tuán)(Homag Group)要在機(jī)器投入運(yùn)行前對其進(jìn)行全面測試。借助于ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案， Homag集團(tuán)可將真實(shí)的部件進(jìn)行虛擬組合。 現(xiàn)在，Homag集團(tuán)使用一個能夠使機(jī)器虛擬投入運(yùn)行的工具。該公司在研發(fā)新的機(jī)器和設(shè)備時，不再需要首先制造出樣機(jī)，而是用新機(jī)器和設(shè)備的“數(shù)字化雙胞胎”進(jìn)行測試，測試的結(jié)果同樣具有說服力。
Eugen Hornberger和Gerhard Schuler于1960年共同創(chuàng)建Hornberger機(jī)器制造公司OHG，現(xiàn)在，該公司已經(jīng)發(fā)展成為擁有6000余名職工的世界領(lǐng)先的木材加工業(yè)、手工業(yè)機(jī)器和設(shè)備生產(chǎn)集團(tuán)，即Homag集團(tuán)。Homag集團(tuán)是一家全球性企業(yè)，總部設(shè)立在德國巴登符滕堡州的Schopfloch，并在世界范圍內(nèi)重要的和經(jīng)濟(jì)增長迅速的區(qū)域總共設(shè)有23個銷售和技術(shù)服務(wù)公司。Homag集團(tuán)為生產(chǎn)住宅家具、辦公家具、廚房、鑲木地板、層壓板地板、窗戶、門、樓梯乃至木系房屋的客戶制造高新技術(shù)機(jī)器和設(shè)備。Homag集團(tuán)除了為較小型手工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)單機(jī)外，也為高度工業(yè)化和個性化的家具生產(chǎn)廠家提供成套生產(chǎn)線。此外，Homag集團(tuán)還為客戶提供全方位的技術(shù)服務(wù)和相應(yīng)的全套組合配置控制軟件。
生產(chǎn)周期縮短促進(jìn)了改變
過去，人們批量生產(chǎn)櫥柜時須將相應(yīng)的櫥柜零件存入倉庫。而今天，人們談?wù)摰氖恰皽?zhǔn)時化生產(chǎn)”。這就要求木材加工工人要能夠盡可能快的為其客戶提供櫥柜零件。在這種背景下，Homag集團(tuán)便面臨著縮短生產(chǎn)周期的挑戰(zhàn)。除此之外，該集團(tuán)公司還必須要使一個設(shè)備的所有組件處于所謂“結(jié)婚”的狀態(tài)。這樣，企業(yè)不僅需要大量的空間，還需要大量時間和工作人員。現(xiàn)在生產(chǎn)的生產(chǎn)周期在縮短，這就要求Homag集團(tuán)必須對其設(shè)備的控制和程序化作出改變。首先便要求其借助于現(xiàn)實(shí)部件及其供貨商提供的外來部組件(如傳動調(diào)節(jié)器)，把他們研發(fā)成為虛擬模塊，之后將虛擬模塊提供給供貨商使用。為了完成這個艱巨的任務(wù)，Homag集團(tuán)需要一個使機(jī)器虛擬投入運(yùn)行的軟件解決方案。優(yōu)點(diǎn)是：借助機(jī)器虛擬投入運(yùn)行來縮短耗時并改善流程的效益，最后達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的。最終，Homag集團(tuán)找到了ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案這個最佳的工具。借助于該工具人們可在機(jī)器投入運(yùn)行前便能測試其實(shí)用性。Homag集團(tuán)作業(yè)處理控制高層主管Michael Zetzsche說，“他們認(rèn)可我們強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，當(dāng)然希望我們加快流程，這樣，他們便能夠從相應(yīng)較短的生產(chǎn)耗時中獲益。”Homag集團(tuán)為大眾說明，在不為其配備新的設(shè)備或是在不需要進(jìn)行更多時間和金錢投資的情況下，是如何能夠做到加快機(jī)器設(shè)備投入運(yùn)行的。
圖1 模擬時配置用于測試的設(shè)備既很費(fèi)時，又會大大延緩生產(chǎn)。現(xiàn)在，Homag集團(tuán)采用模擬技術(shù)解決方案可虛擬檢驗(yàn)全部測試場景
占有一臺設(shè)備將其投入測試的目的不僅非常耗時，而且會大大延緩生產(chǎn)。現(xiàn)在，Homag集團(tuán)借助于模擬解決方案可虛擬檢驗(yàn)全部測試場景。Michael Zetzsche解釋說，“我們可在感受不到現(xiàn)實(shí)世界與虛擬流程之間有任何限制的情況下，全面演示機(jī)器設(shè)備虛擬投入運(yùn)行。” 在此，企業(yè)不僅可從集成化的測試中受益，而且能依此分析各單個設(shè)備之間的協(xié)調(diào)互動，分析各單個設(shè)備之間的協(xié)調(diào)通常是要求對包括所有實(shí)際部件在內(nèi)的整個系統(tǒng)進(jìn)行測試。Homag集團(tuán)做到了，現(xiàn)實(shí)控制裝置通過現(xiàn)場總線與虛擬的組件進(jìn)行組合聯(lián)想。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬現(xiàn)實(shí)的部件，而且還能夠?qū)⒎浅?fù)雜的設(shè)備虛擬的投入運(yùn)行。Michael Zetzsche說，“15年前，我就已經(jīng)觀察到了各種不同的模擬解決方案。但是，這些方案的控制并沒有使我信服，這些方案沒能夠做到使西門子(Siemens)或博世(Bosch)等各個不同生產(chǎn)廠家的控制模塊連接起來。”他說，“ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案由于其用戶友好性成為我們選擇的唯一解決方案。”
模擬解決方案在企業(yè)中的應(yīng)用
現(xiàn)在，ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案在部件范圍內(nèi)已經(jīng)得到了技術(shù)應(yīng)用。Homag集團(tuán)已經(jīng)感受到了采用該解決方案的正面效益。Homag集團(tuán)在此所遇到的挑戰(zhàn)是，如何將ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案在整個集團(tuán)范圍內(nèi)展開應(yīng)用。Michael Zetzsche說，“由于長年合作，我們知道ISG公司里有一個大膽而又可靠合作伙伴，該合作伙伴可在我們的IT基礎(chǔ)設(shè)施里集成復(fù)雜的模擬解決方案。”他接著說，“我們明白，ISG軟件系統(tǒng)是在市場上找到的首個令人難以置信的忠實(shí)模擬細(xì)節(jié)的解決方案。”Homag集團(tuán)于2016年秋首次開始與ISG公司進(jìn)行接洽，在 2017年年初便啟動了企業(yè)范圍內(nèi)的模擬解決方案項(xiàng)目。2017年5月，Homag集團(tuán)在Ligna展覽會上推介了該項(xiàng)目的首批成果。Ligna展覽會是關(guān)于木材加工和處理的機(jī)器、設(shè)備及工具的世界展覽會。該項(xiàng)目沒有設(shè)立一個具體的項(xiàng)目計(jì)劃時間表，而是在合作伙伴緊密合作的基礎(chǔ)上，在雙方經(jīng)得起考驗(yàn)的合作中始終堅(jiān)持著“干”這個原則。Michael Zetzsche說，“我們的合作團(tuán)隊(duì)在以前的項(xiàng)目中已經(jīng)形成了彼此很好的了解，并且能夠相互緊密配合。我們在與ISG公司的合作中特別重視該公司富有想象力的思維和很強(qiáng)的技術(shù)咨詢能力。一旦我們有了一個新主意，我們確信，ISG公司在落實(shí)這個新主意方面一定能夠做到使我們完全滿意。”在此期間，我們企業(yè)在不同的地點(diǎn)的多個業(yè)務(wù)單位也與ISG軟件系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)了合作。為了使企業(yè)內(nèi)部的研發(fā)前進(jìn)，Homag集團(tuán)設(shè)立了一個具有競爭力的團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)獨(dú)立于企業(yè)的業(yè)務(wù)單位，專門負(fù)責(zé)推動符合需求的進(jìn)一步研發(fā)工作，并且制定出一個適合于自己的規(guī)則。
圖2 Homag 集團(tuán)作業(yè)處理控制高層主管Michael Zetzsche說：“我們可在感受不到現(xiàn)實(shí)世界和虛擬流程之間任何限制的情況下，全面演示機(jī)器設(shè)備虛擬投入運(yùn)行”
ISG軟件系統(tǒng)是一個用戶友好型的軟件系統(tǒng)，用戶可在為期兩天的培訓(xùn)中完成對該軟件的基礎(chǔ)性技術(shù)培訓(xùn)。鑒于ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案涉及到具有全部需要的功能的封閉式系統(tǒng)，因此，實(shí)際上的控制并不復(fù)雜，這是一個明顯的優(yōu)勢。ISG軟件系統(tǒng)，硬件在環(huán)模擬解決方案由各種不同的標(biāo)準(zhǔn)組合件組成，這些標(biāo)準(zhǔn)組合件根據(jù)用戶需求進(jìn)行組合。模擬知識庫擁有可個性化匹配并通過接口進(jìn)行集成的全部基本元素。在Homag集團(tuán)技術(shù)知識庫里，存有每個組件的模擬，之后這些模擬可根據(jù)需求進(jìn)行組態(tài)。在此期間，Homag集團(tuán)進(jìn)行了大量研發(fā)工作，并且不需要在研發(fā)的準(zhǔn)備階段生成相應(yīng)的樣機(jī)。更確切的說，Homag集團(tuán)現(xiàn)在已經(jīng)能夠在產(chǎn)品的研發(fā)準(zhǔn)備階段便能夠?qū)C(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試。那么，產(chǎn)品的尺寸和運(yùn)輸是否適合布局呢?如果生產(chǎn)廠家錯誤的組裝了部件或是錯誤的訂購了部件的話，Homag集團(tuán)能夠依據(jù)模擬軟件立即發(fā)現(xiàn)這些錯誤。
生產(chǎn)效益的提高
如果要做到準(zhǔn)時化的生產(chǎn)廚房櫥柜，就必須要做到，一臺生產(chǎn)設(shè)備能夠不間斷的一個接一個的生產(chǎn)不同尺寸的各種木結(jié)構(gòu)件。在此，如果沒有考慮到這些木結(jié)構(gòu)件的外形尺寸的話，就會導(dǎo)致出現(xiàn)沖突，從而直接導(dǎo)致停產(chǎn)。通過生產(chǎn)設(shè)備虛擬的投入運(yùn)行，使現(xiàn)實(shí)的和虛擬的機(jī)器工作狀態(tài)協(xié)調(diào)一致，兩者的工作狀態(tài)的差異在1?ms以內(nèi)，這樣，Homag集團(tuán)能夠在不影響生產(chǎn)的情況下測試正在運(yùn)行的設(shè)備。這樣設(shè)備生產(chǎn)廠家能夠識別軟件或者識別開關(guān)箱里會導(dǎo)致生產(chǎn)中出錯的如電動機(jī)或驅(qū)動軸的布線錯誤。Michael Zetzsche說，“在之前的模擬中，驅(qū)動器在大多數(shù)情況下是理想的。今天，我們的驅(qū)動器生產(chǎn)廠家提供他們的驅(qū)動器模型，我們在設(shè)備的數(shù)字雙胞胎里采用驅(qū)動器模型，在虛擬驅(qū)動器里模型的偏差低于1%。我們不再是僅僅擁有一個單純的模擬，而是擁有一個極其接近于現(xiàn)實(shí)設(shè)備的數(shù)字化雙胞胎。在此，驅(qū)動器作為數(shù)字化雙胞胎便能夠如同現(xiàn)實(shí)的驅(qū)動器一樣進(jìn)行組態(tài)。”
圖3 本文介紹的模擬技術(shù)解決方案可在虛擬機(jī)上進(jìn)行的相當(dāng)多的測試，這樣便可使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)時化生產(chǎn)”，廚房生產(chǎn)領(lǐng)域的企業(yè)便是如此
Homag集團(tuán)證明了這樣做是可行的，是能夠顯著縮短生產(chǎn)時間的。為此，ISG公司和Homag集團(tuán)確定要繼續(xù)進(jìn)行合作。Michael Zetzsche說，“對我們來說，ISG公司是一個很強(qiáng)的具有強(qiáng)大推動力的科技研發(fā)合作伙伴。”他又說，“我們與ISG公司一起，在幾個月內(nèi)便能實(shí)現(xiàn)富有想象力的主意。”Homag集團(tuán)不僅打算要在軟件里進(jìn)一步集成組件，還打算要利用進(jìn)一步進(jìn)行測試的新的接口。為了能夠自動化的完成模擬模型，今后，Homag集團(tuán)還計(jì)劃要進(jìn)行技術(shù)投資。Homag集團(tuán)的工作目標(biāo)是能夠虛擬的完成全部進(jìn)展，目的是不影響企業(yè)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這對于Homag集團(tuán)的用戶來說是一個巨大的競爭優(yōu)勢。為了能夠不受地點(diǎn)限制的在企業(yè)的運(yùn)行中采用模擬，并且能夠?qū)⒃谑澜绶秶鷥?nèi)的業(yè)務(wù)單位相互聯(lián)網(wǎng)，Homag集團(tuán)計(jì)劃建立虛擬的云計(jì)算連接。在建立一個經(jīng)常性作業(yè)的“虛擬的操作員”連接的同時，也將一個自動化展開測試的技術(shù)解決方案考慮在內(nèi)。對于機(jī)器設(shè)備生產(chǎn)廠家來說，工業(yè)4.0 已經(jīng)不再是未來的音樂，而是活生生的現(xiàn)實(shí)。
