适应变化？模块化制造流程可以帮助实现

如今，制造商面临着一个新的严峻现实，包括供应链问题、劳动力短缺和严格的安全预防措施。在2020年初，COVID-19（由新型冠状病毒引发的疾病）在全球造成了数百万例感染，病毒使我们熟悉的日常生活陷入停顿。  但也有一线希望：许多制造商受到鼓舞，积极投身于 抗击COVID-19的斗争，生产医疗界及其他领域所需的物资。

由于这场危机，制造商意识到他们需要改变思维、规划和执行生产的方式。您和您的团队是否在思考如何缩减或改变生产，以适应新的需求或市场需求？无论您是希望还是需要调整工厂的生产能力，模块化制造过程都能为您提供快速、简便且经济实用的灵活响应方式。

在我近30年的过程自动化经验中，经常有人问我，如何以最高效的方式更新或修改过程自动化系统，以应对新的制造需求。如今，这些问题比以往任何时候都更加重要，因为制造商正在考虑如何让其过程更加灵活和适应变化。

无论您是在应对新产品或原材料、供应链中断、能力扩展，还是对现有控制系统的其他修改，请思考以下两个问题：

• 您如何判断您的系统能否随着制造需求的变化而快速改变和适应？
• 您如何尽量减少对过程自动化系统进行更改和测试所需的工作量？

批次控制标准

决定过程灵活性和模块化的关键特性之一，是在首次安装时是否遵循了国际自动化协会（ISA）的批次控制标准 ANSI/ISA-88（也称为 S88）。S88 标准于1995年发布，2010年更新，规定了将物理能力与您的机器和设备的使用或方向分离的术语和流程。它区分了您可以做什么（可以测量什么、设备的能力是什么等）与您将如何做（程序执行、处理步骤等）。

物理和程序方面的分离，使系统能够轻松修改和适应各种场景，从新处理设备和现有设备的新功能，到新的操作顺序或新产品——所有这些都取决于过程自动化系统的需求。

模块化制造过程变更：常见场景

模块化并非自动化领域的新概念。我一直用 BASIC 语言中的子例程来比喻这一概念。一段代码只需编写一次，就可以通过更改运行代码时所用的设置以多种方式重复使用。这正是模块化的美妙与优势所在。

为了展示模块化的价值，让我们来看几个制造商常见的简单变更场景，以及这些变更如何通过遵循 S88 的模块化编程得以实现。

1. 向过程添加新原材料。这也可能代表对现有原材料的更改。以一个简单的三原材料添加混合过程为例，我们希望向过程添加一种新化学品，例如杀病毒剂，并更改我们现有的10个配方，使其添加这种新原材料。实现这一目标的最高效方式是什么？
   • 非模块化方案：在不遵循模块化编程原则的典型工厂中，每个配方都需要修改，以添加新杀病毒剂的功能。由于没有模块化的概念，所有新原材料的功能都必须在每个配方中重复实现。
   • 模块化方案：在模块化实施中，新原材料的功能作为一个对象来实现。从自动化角度看，该对象完整代表了该原材料输送系统的全部功能。它是针对系统能力编写的。配方被编写为执行或调用这些自动化对象。因此，所有功能只需在对象中编写一次，然后由配方在执行时调用。
     
     由于我们只需创建一次功能，而不是在每个配方中都创建，因此可以节省高达90%的实施工作量，这是一项显著的经济实用和时间节约优势。
     
     
2. 新产品配方。假设您想向现有系统添加新配方。此示例展示了能够轻松以新的独特组合和顺序组合这些功能对象的好处。
   • 非模块化方案：新配方包含执行所需的每个操作、每种原材料添加、每次搅拌、每次冷却和每次传送的所有代码。
   • 模块化方案：新配方使用链接或指针指向原材料添加、搅拌、冷却和传送的对象。
     
     配方实施的节省取决于配方的复杂性。配方越复杂，节省的可能性越大。对于一个简单的10步配方，在模块化工厂与非模块化工厂中实施新配方的工作量不到20%。在这两个示例中，模块化实施还将带来额外好处，包括降低配置管理成本、减少测试费用和加快变更流程。

模块化：在灵活性方面的明显赢家

正如您在这些示例中所看到的，S88 提供的隔离允许对控制功能进行模块化，从而将功能封装在可重复使用的小对象中。这些可重复使用的小对象代表物理世界和过程的功能。这些设备功能对象可以在不影响其他对象的情况下被更新、修改、添加或从系统中移除，从而减少更改时的工作量。毕竟，谁没有尝试过跳来跳去地修改被戏称为“意大利面代码”的单体程序？

此外，如第二个示例所示，由于这些对象是独立且模块化的，因此可以根据新产品或配方的需要，以多种不同且独特的方式进行组合。虽然 S88 中的概念和思想以批次制造过程为核心，但它们可以应用于各种过程。

您可能会想：简单、抽象的例子很好，但这些概念如何帮助我们做一些重要的事情，比如抗击 COVID-19？目前，许多制造商正在适应供应链挑战，并拥抱模块化制造过程的灵活性。有些制造商甚至在努力生产他们以前从未制造过的新产品，以支持应对疫情的公共卫生工作，包括：

• 呼吸机——一家医疗公司仅用数周时间就扩大了生产规模
• 病毒检测——一家跨国医疗集团已转向生产 COVID-19 检测试剂
• 洗手液——酿酒厂和蒸馏厂正在迅速调整，以生产更高乙醇配方以满足关键需求

模块化制造是您的发展之路吗？

判断您的流程和自动化系统是否模块化的最简单方法是问自己：每当设备的物理过程发生变化时，是否必须更改所有配方。如果每次物理过程变化都需要修改多个配方，那么您的系统可能不是模块化系统。关于模块化自动化的优秀资源包括最新的 ANSI/ISA 标准 S88 和 S95，它们涉及制造自动化中的模块化层级，既是当前标准，也是良好的制造实践。

如何迈向更模块化的自动化框架？只需三个简单步骤：

1. 设定目标。 记录您的生产区域灵活制造战略的具体内容，明确希望实现的目标及其相关收益。
2. 制定计划。 评估您当前的设备和工作流程，并与熟悉 S88 概念的自动化顾问一起审查。明确当前实施如何支持您的目标，以及哪些方面有改进空间。
3. 采取行动。 按照实现目标的优先级进行投资并实施变革。

我们的解决方案顾问是批次控制和自动化领域的专家，无论您处于旅程的哪个阶段，他们都能帮助您规划前进的道路。在这个不断变化的世界中，Rockwell Automation 始终与您同行，助力大家共同应对 COVID-19 及未来的挑战。了解更多关于我们咨询服务如何为您提供帮助的信息。