模块化方法流线型机械设计

ISA88 TR02状态模型改进了机器集成，而Make2Pack定义了开发可重用代码块的标准。

对于包装和印刷等应用，工厂的地板上可以有数百英尺长的机器生产线。在传统的模型中，单个部件——例如成形-填充-密封机和箱包装机——经常作为难以集成的筒仓运行。在运动层，机器操作需要设备自动化编程来覆盖几十种活动，有些复杂而独特，有些平淡无奇;然而，所有这些都需要工程时间来编码、测试和验证。特别是终端用户，需要一种更好的方式将所有这些整合在一起。在过去的十年中，国际自动化学会(International Society of Automation)的ISA-88标准(最初是为批处理开发的)已经扩展到包装挑战。该标准的最新版本现在具有应用于打包的概念，并且有打包状态模型和接口模型(Pack)毫升例如PackTags)，它简化了模块化机器生产线的集成，而运动层(mak2pack)则为模块化代码开发和机器设计的巨大节省开辟了道路。

在20世纪80年代末建立ISA-88以为批处理行业创建模块化方法之后，ISA开始开发Make2Pack (ISA-88 Part 5)以解决设备和控制模块的问题。在本世纪初，机器自动化与控制组织(OMAC)在很大程度上受到宝洁等终端用户的推动，开始制定自己的标准，尤其是包装标准。2008年，这两个组织共同努力发布了Pack毫升(ISA TR88.00.02-2008机器和单位状态:ISA-88的实现示例)。包毫升交付了一个状态模型，该状态模型简化了模块化机器线的集成(参见图1)。

一个相当典型的包装生产线可能包括一台安装纸箱的机器，一台将产品插入纸箱的机器，另一台应用标签的机器，一台将纸箱插入箱子的机器，最后一台将箱子装载到托盘上的机器。在传统的设计中，每一台机器都是一个独立的元素，通常来自不同的供应商，使用需要集成的非常不同的软件。“一条生产线上的每台机器都有不同的用于‘自动/生产’的程序，但启动程序、查看结果和控制机器的方法是相同的，尽管它与周围的机器非常不同。”曾任OMAC委员会主席、现已退休的宝洁工程师、现任科罗拉多州丹佛Complete Manufacturing Automation Associates公司首席技术官的戴夫·查佩尔说。开发监控整个生产线的过程控制能力，或调整整个生产线的操作可能是一个耗时的挑战。PackML定义了一系列模式(如生产、清理等)和状态(如停止、空闲、启动、执行等)，旨在为机器接口提供通用的外观和感觉。PackTags是同一个ISA-TR88版本的一部分，是用于包装机械中开放架构、互操作数据交换的命名数据元素。

对制造商来说，保持竞争力意味着实时监控产量和总体设备效率(OEE)等指标，这需要数据。状态模型方法不仅简化了机器对机器的集成，而且支持从从车间到顶楼．“你可以看到瓶子飞过去，或袋子被装满，但这就像开车时只看你通过栅栏的速度，而不是看速度表，”B&RL咨询公司的首席顾问丹尼斯·布兰德尔说。“你希望在整个生产线上都能获得定量信息，这意味着你希望从不同的设备组收集信息。”状态模型方法提供了集成线路并交付该功能的简单方法，这就是为什么最终用户对它越来越感兴趣的原因。

状态模型方法还简化了监控级别上的操作，使制造商能够在后端出现问题时降低生产线速度。这使得他们能够控制整个生产线而不是每一台机器。它还提供了更复杂的过程控制级别。“仅仅因为每台机器都以最佳方式运行，并不意味着整条生产线都以最佳方式运行，”Brandl说。“当你收集信息时，你可以使用这些信息来确定瓶颈在哪里，并优化你的流程。”

然而，模块化不仅仅是行级集成。应用于机器水平，它可以显著加快和简化新设备的设计，并改善现有版本的维护。

运动的好处
曾经有一段时间，每分钟600个零件的速度对于一个特定的包装机器来说是很快的。如今，这台机器正慢慢逼近700。交付这种级别的功能可能涉及数千行代码，将新平台的开发变成一个漫长的过程。正如PackML为PackML启动/停止/保持等提供模块化可重用代码块一样，Make2Pack为可重用自动化块提供了指导方针，这些自动化块与为PackML模型实现开发的每个启动/停止/保持块无缝交互。

以装袋机为例，装袋机的操作可分为“生产”、“设置”等模式(见图2)。装袋机有一系列的状态灯和报警，对应不同的操作。每一项操作——比如打开绿色和蓝色的灯，在机器启动时鸣响喇叭——都必须在控制软件中执行。对于相同的类型，这些操作中的许多必须在OEM的几乎每台机器上执行。Make2Pack提供了为启动、停止、保持等常见操作开发可重用代码块的指导方针，允许开发人员不再浪费时间重做相同的任务，而将重点放在开发产品在市场上的差异化方面。因为开发人员不再以不同的方式在每台机器的代码中不同的位置编写和重写相同的块，这种方法有助于消除所谓的“意大利面条式代码”。

贝加莱工业自动化公司包装市场开发经理、OMAC董事会成员John Kowal说:“我们已经开发了(可重复使用的代码)，其中一个模块将包括对一个轴的所有基本控制，无论它是伺服电机、步进电机、频率驱动器还是其他什么。”“一个或最多两个或三个功能块将处理所有动作——我们极大地简化了需要多个功能块来创建一个简单、可伸缩、易于重用的代码块。”

Chappell说，这种技术可以为机器开发人员节省大量的工程时间，并更快地推向市场。他指出:“我合作过的一些公司在推出新机器方面实现了80%以上的削减。”

遵循Make2Pack方法不仅通过减少花费在常见重复任务上的时间来加快开发速度，还为代码组织提供了模块化结构。这种格式可以让开发团队制作一个文档，他们可以向项目中的其他工程师展示，甚至最终向操作工展示，这样他们就可以了解机器的各种活动和动作。该标准既是一种开发工具，也是一种设计范式。宝洁(Procter & Gamble)技术部门主管、OMAC董事会成员丹•阿蒙森(Dan Amundson)表示:“这种方式的美妙之处在于，现在我可以将自己对状态和模式的处理与设备模块和控制模块的编程方式分开。”“它极大地简化了软件。”要查看在阶梯逻辑中执行的技术示例，请参阅左边的边栏。

一旦设计完成，实际的建造过程应该转化为一个高效、易于复制的过程。也就是说，大多数原始设备制造商都提供了相当程度的定制服务。这是很容易完成的，只需点击首先进行开发的工程部门的向导即可。同样的道理也适用于维护。当这些向导无法使用时，问题就出现了，无论是因为病假、假期、退休，还是只是搬到另一家公司。这就是Make2Pack添加到流程中的结构，以及可重用代码块，将维护转换为流程，而不是对特定人员的依赖。对于跨国公司将设备运往世界各地的情况，这一点尤为重要。

目前，该标准仍处于早期采用者的水平。诚然，这需要一定的时间和努力来采用，尽管OMAC正在组建车间来简化过渡。一些原始设备制造商不愿接受这一标准的原因之一是，他们担心这将限制他们的创新能力。阿蒙森说，事实并非如此。“在每台机器上都必须发生许多平凡的事情。每一台为我们生产产品的机器都有一个启动和停止按钮，它们都有警报，都有故障处理。像那样的事情是相当平凡的。PackML和Make2Pack让我们能够以一种可重复的方式一直做那些平凡的事情。机器制造商可以专注于独特的进给螺杆控制模块，从而使其成为他们的竞争优势，而不是纠结于如何编程启动和停止。”

曾经有一段时间，ISA-88对批处理行业来说也是一种新产品;如今，这已成为公认的做法。最终，PackML和Make2Pack的接受可能只是一个时间问题。对于终端用户来说，它提供了巨大的好处，而且他们会越来越需要它。阿蒙森说:“我们得到了更多高质量的可重复解决方案，到目前为止，我们的经验是，这将使我们更容易支持这些机器。”“在宝洁，我们的大多数业务部门都在其规格中包含了PackML，我们正在系统地进一步扩展它，因为它更有商业意义。我认为这是未来的发展方向。”