在基于生產(chǎn)的規(guī)劃中，建筑被認(rèn)為是一臺機(jī)器。在規(guī)劃階段充分考慮到了所有生產(chǎn)過程以及所有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

　　天窗機(jī)械組件和門鎖外殼的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者珀尓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(jì)了其位于奧地利 Vitis 的新工廠。項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(yùn)行真實(shí)的仿真，進(jìn)行預(yù)先優(yōu)化，并使用倍福基于 PC 的控制技術(shù)地實(shí)施交付所有流程。

大家對機(jī)械工程與工業(yè)工程的成功整合非常滿意（左起）：Rainer Hobiger（珀?duì)柭驹O(shè)施管理部主管）、Manfred Jäger（珀?duì)柭?Vitis 工廠廠長）、Robert Pollmann（珀?duì)柭鼑H公司管理合伙人）、Thomas Führer（Stiwa 公司樓宇自動化部負(fù)責(zé)人）、Christian Pillwein（倍福奧地利分公司樓宇自動化行業(yè)經(jīng)理）以及 Harald Setka（Peneder 公司建筑師）

　　珀?duì)柭居?Franz Pollmann 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。130 多年后，珀?duì)柭呀?jīng)成為一家創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)商和制造商，再次聲名鵲起。今天，公司的核心專長是為汽車行業(yè)提供高度復(fù)雜的機(jī)電組件產(chǎn)品，事實(shí)上，珀?duì)柭驯还J(rèn)為是天窗機(jī)械組件和門鎖外殼的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者。“幾乎全球所有汽車品牌在生產(chǎn)汽車時(shí)都配備我們的產(chǎn)品。”珀?duì)柭鼑H第四代管理合伙人 Robert Pollmann 指出。為滿足公司業(yè)務(wù)穩(wěn)定增長的需要，珀?duì)柭?2018/2019 年開始在 Vitis 規(guī)劃建設(shè)一座新的工廠。“Pollmann 2.0 系統(tǒng)是我們邁向工業(yè) 4.0 的重要組成部分，因此我們與所有參與方都非常清楚，我們需要整個(gè)系統(tǒng)都是最先進(jìn)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(jì)和可擴(kuò)展性非常關(guān)鍵。”Robert Pollmann 在解釋項(xiàng)目對合作伙伴 Peneder、Stiwa 和倍福提出的高要求時(shí)說道。

　　機(jī)械工程與工業(yè)工程的智能聯(lián)網(wǎng)

　　在機(jī)械工程領(lǐng)域，人們已經(jīng)普遍使用 3D 模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。而在建筑和樓宇自動化領(lǐng)域，只有少數(shù)有遠(yuǎn)見的開路先鋒們在新項(xiàng)目的規(guī)劃和實(shí)施中不斷推進(jìn)數(shù)字孿生的應(yīng)用。這其中就包括 Peneder Bau-Elemente GmbH 和 Stiwa 集團(tuán)。“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。”Stiwa AMS 公司樓宇自動化業(yè)務(wù)部主管 Thomas Führer 強(qiáng)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(jì)智慧工業(yè)建筑時(shí)，所有這些因素都需要考慮到，包括能量流。”Thomas Führer 在指出提高生產(chǎn)效率的重要因素時(shí)繼續(xù)說道。

　　由于珀?duì)柭鼉H會根據(jù)客戶訂單需求進(jìn)行產(chǎn)能擴(kuò)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(gè)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 Manfred Jäger 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(kuò)展。

　　Vitis 擴(kuò)建工程的第一個(gè)階段包括建造一座 9400 m² 的廠房、一個(gè)目前有 5500 個(gè)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(jì)，工廠可以非常快捷、方便地?cái)U(kuò)展到五個(gè)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(gè)擴(kuò)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(gè)通道，通往各臺用電設(shè)備的樞軸從這里向左和向右延伸。”Robert Pollmann 說道，他非常欣賞總承包商的遠(yuǎn)見卓識。

　　Designing buildings through an industrial lens

　　工業(yè)鏡頭助力成功完成建筑設(shè)計(jì)

　　基于生產(chǎn)的規(guī)劃重點(diǎn)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(rèn)為是機(jī)器。”Thomas Führer 用一句話簡要概述了 Peneder 和 Stiwa 的做法，即使用典型的機(jī)械工程方法和軟件工具。珀?duì)柭O(shè)計(jì)了建筑的 3D 模型之外，還設(shè)計(jì)了一個(gè)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(yùn)營過程一樣。BIM 是一種將不同學(xué)科的各個(gè)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(gè)中央 3D 模型中的虛擬規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yùn)營的每個(gè)階段，他們都使用了 BIM。“使用 BIM 實(shí)現(xiàn)的虛擬設(shè)計(jì)可為建筑的施工及后續(xù)運(yùn)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 Christian Pillwein 證實(shí)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。Christian Pillwein 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(dāng)前使用的設(shè)備實(shí)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(shí)間或維護(hù)，設(shè)備很少會在同一時(shí)間段內(nèi)全部運(yùn)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(yùn)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。”Thomas Führer 分享道。在硬件方面，珀?duì)柭恼麄€(gè)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?duì)柭ㄟ^ KNX、M-Bus 和 MP-Bus 以及 Modbus TCP 和 RTU 等子系統(tǒng)以及約 700 個(gè)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(gè)項(xiàng)目的主要挑戰(zhàn)是需要開發(fā)一個(gè)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。”Christian Pillwein 強(qiáng)調(diào)道。由于珀?duì)柭谶@兩個(gè)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(shí)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(shí)時(shí)記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。”Thomas Führer 解釋道，這對于珀?duì)柭聫S區(qū)的設(shè)施管理負(fù)責(zé)人 Rainer Hobiger 來說無疑是一個(gè)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(yùn)行以及它們的運(yùn)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(yán)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(biāo)與實(shí)際性能后立即派出維護(hù)人員。”Rainer Hobiger 說道。

　　除了取決于負(fù)載的通風(fēng)之外，珀?duì)柭€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(gè)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(jī)間接使用。冷熱循環(huán)機(jī)本身和空氣壓縮機(jī)的熱量也會被回收。“總的來說，我們必須協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)中使用的多個(gè)溫度回路。”工廠經(jīng)理 Manfred Jäger 在解釋珀?duì)柭鼧O力為這個(gè)項(xiàng)目尋找“能夠從工業(yè)角度看待項(xiàng)目的樓宇自動化專家”的原因時(shí)說道。

　　符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建筑

　　“我認(rèn)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。”Thomas Führer 說道。他希望盡可能少地使用硬件；它的工作其實(shí)很簡單 — 可靠、全天候地運(yùn)行。“倍福的產(chǎn)品系列符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)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(yùn)行，用于分析復(fù)雜的 if-then 算法。對于現(xiàn)場層，Thomas Führer 也是開放性的忠實(shí)粉絲：“每一個(gè)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(gè)解決方案中。”這里使用了 400 多個(gè)不同的 EtherCAT 端子模塊。

　　珀?duì)柭捅陡Ｔ跀U(kuò)建工程開始之前就已經(jīng)相當(dāng)熟悉了。“我們基本上是同一時(shí)期發(fā)展起來的。”Manfred Jäger 在回顧兩家公司合作的第一個(gè)自動化技術(shù)項(xiàng)目時(shí)說道。“當(dāng)時(shí)，我們對廠房的建設(shè)提出了非常特殊的要求，而事實(shí)證明倍福比他們的競爭對手要靈活得多。”這位 Vitis 工廠負(fù)責(zé)人回憶并解釋了當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)向使用基于 PC 的控制技術(shù)的原因。時(shí)至今日，珀?duì)柭巡辉僦皇鞘褂帽陡？刂破骺刂茊闻_設(shè)備，而是用它們實(shí)現(xiàn) Vitis 二廠的中央樓宇自動化系統(tǒng)。

由于珀?duì)柭?Vitis 工廠擁有高效的能源管理系統(tǒng)和通過基于 PC 的自動化控制實(shí)現(xiàn)的智能高效的生產(chǎn)方式，因此被奧地利弗勞恩霍夫研究院評選為奧地利最佳工廠

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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