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智能制造之路：数字化工厂 全集成自动化篇
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第7章 全集成的系统概念
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在工业控制中，一个大的控制系统由不同的设备组成，包括可编程逻辑控制器（PLC）、人机界面（HMI）、仪表、传动系统等，使用传统的解决方案会使不同的系统或设备有不同的软件和用户接口，每个独立的系统或设备需要单独配置、编程、调试和运行，还需要大量的时间和一些特有的经验来配置系统间的数据通信，这样才能整合不同的系统，使其一起正常的工作。
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效率和生产率是制造工业的重要成功因素，而对于复杂的机器和工厂，工程则发挥了核心的作用。因此，在工程阶段就需要很高的效率，并且作为实现最优生产（更快、更灵活、更智能）的第一步。西门子所提供的一个智慧答案就是全集成自动化（TIA）。
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“全集成自动化”是西门子自动化与驱动集团在1996年为响应市场对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、人机界面的友好性、数据分析、管理的快速性、系统安装、调试、运行与维护的方便性的越来越高的需求而提出的概念。全集成自动化思想就是用一种系统完成原来由多种系统搭配起来才能完成的所有功能。应用这种解决方案，可以大大简化系统的结构，减少大量的接口零部件，应用全集成自动化可以消除上位机和工业控制器之间、连续控制和逻辑控制之间、集中与分散之间的界限。
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全集成自动化的概念起源于PLC系统的集成，并将所有的功能推广到其他系统中，为生产线提供了一种优秀的解决方案，使控制任务基于一个单一的、集成各系统的、一致性的操作平台。
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为了应对日益严峻的国际竞争压力，机器制造商在其产品的整个生命周期中进行工厂设备性能的优化显得前所未有的重要。优化可以降低产品的总体成本、缩短产品上市时间，并进一步提高产品质量。质量、时间和成本之间的平衡是工业领域中具有决定性的成功因素，现今，这一点表现得比以往任何时候都要突出。
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智能制造之路：数字化工厂 7.1 客户对于自动化解决方案的需求
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全集成自动化基于西门子丰富的产品系列和最优的自动化系统，遵循工业自动化领域的国际标准，着眼于满足先进自动化理念的所有需求，并结合系统完整性和对第三方系统的开放性，为各行业应用领域提供整体的自动化解决方案，具体可以从5个方面满足客户对于自动化解决方案的需求，如下所示。
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1.纵向集成
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贯穿于自动化和驱动解决方案的4个层级（现场层、控制层、操作层、生产执行层），西门子产品提供了垂直集成的方案，以节约成本和工作开销。
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大多数组件都在现场层，包括从简单的感应电动机到转矩电动机、传感器、执行器，以及过程仪表、过程分析仪、分布式IO等。
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控制层包含控制自动化系统的控制器和用于操作员操作、控制和监视自动化过程的人机界面（HMI）。
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操作层为用户提供一个完整而复杂的自动化解决方案的概览。DCS系统或SCADA系统（WinCC）提供给车间管理者以各种形式相关的、综合的信息。
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生产执行层是自动化系统与客户ERP系统之间的接口。对于中大型生产线，自动化数据和商业数据的相互关联是非常重要的，这样，车间管理者和行政主管可根据所提供的正确信息做出正确的商业判断。
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2.横向集成
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横向集成的优势显现在可以使可用的信息贯穿3种生产过程：从上料（离散的）到主处理（程式化的、连续的/离散的），最后到出料（离散的）。
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横向集成的一个例子及其优势的描述如下。
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一个薯片生产商的上料部门收到土豆。这些土豆随后会被检查、清洗和切片。在主处理过程中，土豆片会被油炸、调味。在出料部门，它们会被再次检查、称重、包装和传输。通过袋子成型、填充和密封等工序把薯片包装在管状的袋子中，而旋转切刀在使用一段时间后，刀锋会变得有些钝。如果没有横向集成，则会出现如下结果：由于刀变钝，每一个薯片会稍微变厚，结果是重量也会稍微增加。当然，在每一个管状包装中只有一定数量的薯片。然而3、4个月后，营业额下降了20%~30%。发现造成该问题的原因仅能从持续几个月的市场分析中得到，即薯片尺寸的变化。如果它们被切得特别薄，而个别的薯片却又太大，这些薯片装到一个包装袋中会导致包装裂开。这样，管状包装会频繁裂开，这会导致生产暂停，甚至造成产品损耗。
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横向集成就是实现一个数据透明的生产过程，不仅解决如上的问题，还会避免停机并节约成本。此外，用户也会从这样的自动化系统中得到诸多益处，例如节约备件成本。使用的工程工具在上述横向的3个生产过程中是一致的。这样会减少和优化劳动力成本，因为不需要使用3种或多种软硬件。
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3.生产线可用性
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全集成自动化增加了系统的可用性，因为它减少了宕机时间和生产故障。如果自动化系统或者生产线是相当复杂的，那么该系统的可用性则是基于关键性能指标（KPI）的，例如OEE（设备综合效率）或者MTBF等。
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自动化系统的高可用性取决于两点：通过预防性措施、概念和技术减少故障；通过自动化组件的执行功能和性能特点保证宕机时间尽量短。OEE提供一个全面的，尤其是几种生产线-综合效率的指标对比。平均无故障时间用于衡量一个系统可用的周期，更精确地说是故障发生的频率。
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