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CFX IIoT 开源硬件
  2022-05-17      127

Michael Ford

IPC《互联工厂数据交换(CFX)》标准引发了工业设备在安全、基于IIoT、即插即用环境中通信方式的快速发展。如今行业关注的焦点是CFX如何与旧的、“更笨”的设备相连接,在整个制造车间实现100%的可见性和可控性,从而避免历史上经历过的众多技术和财务陷阱。

问题

将新事物应用于旧事物的期望现实吗?例如,Windows11只适用于具有特定受信任平台硬件模块的个人电脑,尽管该模块可用,但在该要求公布之前,大多数个人电脑都没有包含该模块。因此目前使用的几乎每台个人电脑都注定要报废,或者永远只能使用旧版本的Windows。

尽管有些人认为这可能会对环境造成一定程度的冲击,但个人电脑的可替换性远远超过制造业中的工业设备,我们看到许多设备在使用25年或更长时间后仍能正常工作。当然这些设备并不是最快或最精确的,但如果它们适用于具体用途,任何已摊销完成本的设备只需花费其所在的占地面积、所使用的能源和少量的维护费用,使其非常具有成本效益。现代数字通信、可视化和可控性的潜力是否足以证明更换设备是合理,或者设备供应商是否可以重新开发支持CFX标准的产品作为选项?在许多情况下,尤其是在SMT制造领域之外,答案是否定的。

从历史上看,随着计算机越来越多地用于制造业,我们看到了一些大胆的尝试,用户试图提取有用的信息或与没有通信能力的设备建立远程控制方式,这通常会损害设备,有时甚至是灾难性的。定制硬件和软件的成本和风险,以及对中间件日益增长的需求,都导致在这种情况下的通信仍然是基本的、不精确的和不可靠的,并且设备性能存在风险。

CFX标准旨在解决这些问题。借助免费的开源、共享相关的软件开发工具包,CFX可以提供定制接口、或其他相关标准所需的一小部分开发工作。CFX完全定义的单一数据语言可确保不需要中间件。IPC资格认证能够确保在购买新设备时,制造商可以保证真正将设备插入CFX网络,并且通信正常。无需编码,无需定制,没有额外的成本或延迟。设备供应商越来越多地将CFX嵌入到他们的新设备中,并在可能的情况下将其改装为最新型号。然而这确实会遗留下第三类设备,即较旧的型号,在这些设备上,对CFX的本地支持被认为是不经济的,甚至是技术上不可能的。

因此,使用CFX数据的MES和其他基于分析的智能解决方案,在其可见性和可控性方面存在差距,从而降低了整体价值潜力。现有的成熟解决方案确实提供了替代的设备接口来填补一些空白,这对供应商在某个时候提供CFX的情况下是有效的。在SMT之外的组装中,没有通信能力或使用没有互操作性或兼容性定制方法的设备比例要高得多。如果无法提取有用的数据,就会创建定制的第三方或内部硬件解决方案,并附加到机械和电气系统中,从特定的信号和操作中获取数据。经证明,无论是开发具体的定制项目,还是购买及维护,都是非常昂贵的。开发通常与设备供应商无关,终端用户自行承担其行为后果。

解决方案

将同样的原则应用于基于硬件的解决方案,就像应用于软件一样,可以避免其他硬件、中间件解决方案的主要“陷阱”。创建开源硬件意味着可以以标准方式组装主要的现成元件,以创建经过验证的模块化、灵活接口,由基于现有CFX SDK的软件驱动,并有附加的固件。该项目的设计基于流行的、功能强大且价格合理的Raspberry Pi计算机,具有灵活的模块化I/O连接,使用CAN-BUS接口。小型CAN模块可以位于特定的目标设备周围,每个模块都配有传感器连接,可以获得各种设备操作的信息。可以使用非侵入式技术来实现,除了通过可用的指定端口之外,不需要与设备进行任何电气连接。

与此解决方案相关的所有知识产权,无论是硬件还是软件,都是免费和开源的,任何人都可以使用,也可以做出贡献。这消除了为支持各种不同设备所需的各种模块的重复设计工作。这是为了以不同的方式使用该解决方案:

1.制造商可以接受设计方案,并为其拥有的没有本地CFX供应商支持的设备快速可靠地创建CFX接口。

2.设备供应商可以采用这些设计方案,以经济有效的方式制造他们认可的CFX盒子,为无法单独使用CFX软件支持的设备提供CFX解决方案。

3.硬件/软件解决方案创建者可以为一系列设备提供基于标准的CFX设备连接服务。

设备供应商、解决方案提供商及其客户共同努力,可确保创建的基于CFX硬件的端点是一致的、可互操作的、经济高效的、不会对设备操作构成风险的,并通过CFX提供足够的功能,以填补智能工厂网络的空白。随着传感器和设计在共享区内的开发和构建,这种基于硬件的接口可能会完全通过CFX认证。可收集的信息可能包括:

基础的:

•传感器用于:

o激活设备操作和状态(例如,灯塔传感器)

o产品到达、移动、离开端点

o材料设置传感

o错误条件

•条形码阅读器:

o用于跟踪和执行布线的产品 ID 读取和确认

o材料验证

o操作员登录

•设备端口连接:

oRS-232, RS-485, 以太网和SMEMA,Hermes连接

•隔离触点用于:

o设置设备操作模式(启动/停止)

•本地终端:

o配置和设置

高阶的:

•传感器用于:

o预测性维护:温度、振动、能量模式、特定机制循环计数

o布线确认

•本地终端用于:

o在线/离线模式识别

o调试和诊断

o本地机器学习

•跨标准网关:

o将OPC-UA/MT-Connect/CAM-X等,转换成CFX

该项目成功的关键是获得了许多有影响力的业内同仁的参与,包括终端用户、设备供应商和解决方案提供商。目前已经有小团队参与其中,包括来自Raspberry Pi设计团队、英国制造技术中心(MTC)、Aegis软件公司,还有IPC的专家。该团队致力于在行业共识的推动下,遵循IPC标准开发的指导方针和原则,创建一套开放的软硬件标准。

该计划的基本价值是在原始CFX软件无法单独渗透的领域开启和实现工业4.0数字制造。提供硬件设计、组件和软件的开源意味着可以考虑CFX的所有潜在应用,避免了与定制设计和实施所带来的成本和风险陷阱。我们鼓励设备供应商将此视为以低风险、低成本、但对客户有重大价值的方式,为旧设备扩展其工业4.0方案的机会。

该推广活动面向可能感兴趣的任何公司或个人,联系该团队可以帮助开发原始硬件和软件框架,并测试和试用展示的样品。

Michael Ford任Aegis Software公司新兴产业战略高级总监。

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