智能制造的實踐探索：施耐德打造“透明工廠”
http://www.199rrr.com 2016-10-27 17:06 來源：施耐德電氣（中國）有限公司
“中國制造2025”是關乎我國制造業轉型升級、爭奪新一輪產業革命話語權的重大戰略舉措，而智能制造則是該戰略落實的核心內容。施耐德（北京）中低壓電器有限公司（以下簡稱“施耐德”）在智能制造領域有著雄厚的技術儲備與獨特見解，積累了大量實踐經驗。
近年來，隨著國際產業競爭加劇、生產成本上升、外部市場需求放緩等諸多不利因素影響，施耐德也面臨著產品競爭力下降、利潤下滑等困境。為此，施耐德開展了“透明工廠”建設并取得了良好成效，這對我國切實推進智能制造具有重要的參考價值。
施耐德于2012年實施“透明工廠”建設，構建以數據融合與透明為特征、以智能生產管理為關鍵技術、以智慧能源管理和精益生產管理為核心系統、以信息化為基礎平臺的智能制造體系。截至2015年底，施耐德全員勞動生產率較2012年年均提高12%，生產成本年均降低5%，能源消耗年均降低4%，極大地提高了產品競爭力，這使得施耐德（北京）工廠在集團內部的競爭中保持了產品綜合成本的優勢，增強了對海外市場的出口。施耐德“透明工廠”的做法可概括為以下三點。
以“工業以太網”為依托構建透明融合的數據系統
該系統提供了一個面向工業自動化的以太網解決方案，其核心是采用Modbus TCP/IP，應用TCP/IP物理層以太網，開發基于IT（Internet）的產品和自動化系統。與此同時，施耐德電氣公司的一些產品均可內置WEB服務器和瀏覽器，能從互聯網上實現對產品的可視化訪問：即使用TCP/IP，可引入網頁技術，通過一臺內置網頁的變頻器，可在系統網頁上瀏覽每臺機器的工況情況和狀態參數。由于Modbus是一種全開放、免費提供、非常容易理解和實施的協議，從20世紀70年代誕生以來，一直在不同的工業領域中得到廣泛應用，是一種事實上的工業標準。其主機/從機通信機理能很好地滿足確定性的要求，這恰好與互聯網的客戶機/服務器的通信機理相對應。同時，Modbus在工業自動化領域中具有很高的性能價格比，是一種開放的理想解決方案。
這樣，通過開放的網絡、開放的控制器、開放的軟件打造集成開發平臺，充分整合信息流與數據流，施耐德“透明工廠”從企業級、運營級、控制級、設備級四個維度構建了一個完整而開放的操作平臺，實現對所有生產線及所有對象的集成。該系統實現了從數據傳輸到信息整理、再通過信息來控制設備的全過程管理，有效提高了生產效率、降低了能耗。例如，原料配送模式由后端反饋升級為前段預判，當某一生產線原料降低到一定儲量時系統自動進行優化配送，保證生產線的連續高效運轉。
全方位納入系統運行發揮不同層級員工的作用
“透明工廠”依據不同層級架構，建立了一套包括企業負責人、工廠運營經理、車間班組長、一線工人的績效管理體系，在“工業以太網”系統中給予接入端口，實現與其他層級人員及時交流反饋。在該系統中，企業負責人關注實時、準確的績效管理、全面集中監控、運營效率提高；工廠運營經理關注整體設備效率(OEE)提升、甄別提升效率的關鍵環節、有針對性地采取措施；車間班組長關注提升產品質量合格率；一線工廠關注生產過程中的技術問題并實時反饋至系統，由上層決策人員快速提供解決方案。如果問題在規定時間內未得到解決，則會逐級上報直至得到解決。該系統保證了“透明工廠”整體運行的不間斷及高效率。通過該系統，通過該系統，北京施耐德公司確保了一線工人在生產過程中遇到的實際問題可以在5分鐘內反饋至車間班組長、10分鐘內反饋至工廠運營經理、15分鐘內反饋至企業負責人。
再如施耐德為美洲豹汽車生產廠打造的“透明工廠”：該汽車制造廠生產線分為六個樓區，每一個樓區內使用熱備冗余100M以太網光纖環網，均為獨立的子網絡，各樓區之間需要傳輸相互連鎖的信息。每一個樓區生產線的PLC和機器人焊接機分別由控制中心的內置交換器控制。整個生產線與公司的廣域網相連。為安全起見，采用路由器技術進行隔離，通過模板化設計后，“透明工廠”系統組態結構非常靈活，幾乎不用作任何修改，即可擴展模塊和子系統，能實現“即插即用”，恰到好處地添加單元和設備。這樣，通過靈活的控制系統，實現了對生產過程的及時反饋與改進提升，極大提高了效率并降低生產故障率。
構建“互聯網+”管理體系提供系統解決方案
作為傳統生產型企業，為彌補在系統管理方面的天然短板，近年來施耐德有效整合集團內外部資源，圍繞數字化轉型進行了一系列有效并購，其中90%集中于軟件業務。例如，2014年施耐德以34億英鎊（約合52億美元）的價格完成了對英維思（Invensys）的收購，后者是一家專注于工業軟件、系統和控制設備制造的公司，其在過程制造控制方面的實力超群。其后，施耐德成功構建了EcoStruxure管理平臺，對電力管理、過程與機器管理、樓宇管理等環節實現有效的能耗控制。通過該平臺，每個工廠及生產線都能及時監測能耗狀態和漏洞，并對癥下藥地予以改進。同時，通過EcoStruxure管理平臺，總部也能清晰掌握旗下每個透明工廠運行的整體情況。
施耐德作為全球能效管理專家，還為其他制造業企業提供了一系列電氣數據中心解決方案，包括英飛集成系統解決方案（InfraStruxure-TM）、預制模塊化數據中心等。這些解決方案基于“云就緒”的概念，針對云時代客戶需求，為其提供電力管理、制冷、配電等方面服務，有效降低制造業企業的能耗水平。例如，英飛集成系統解決方案可全面實現硬件、軟件的系統性集成，旨在幫助企業輕松設計并構建全面支撐其當前及未來業務需要的IT物理基礎設施；預制模塊化解決方案顯著簡化了規劃、設計、建設數據中心的過程，使得數據中心的部署更快速、更可預測，同時具有與業務同步擴展、高安全性與可靠性等特點。
以精益生產管理為核心系統打造全方位透明工廠
整體來看，施耐德“透明工廠”是建立在以智能生產管理為核心系統之上的一套精益化生產模式，從而實現生產過程的智能化與綠色化。這套核心系統包括了智慧能源管理系統及智能精益生產系統兩大部分。其中：智慧能源管理系統又由不同子系統及解決方案構成，例如全廠能源管理系統、智能配電系統解決方案、節能增效解決方案等；而智能精益生產系統則包括了精益能力中心、數字化工廠及智能網聯、智能自動化系統等不同組成部分。
以智慧能源管理系統為例，它已廣泛應用于化工、冶金、有色、水泥等傳統高耗能、高排放行業，提供了一套行之有效的行業節能解決方案，另外該系統也在中亞變頻器EMC業務等領域被廣泛應用。而智能精益生產系統則可為不同行業提供智慧工廠解決方案、精益生產咨詢、智能產線自動化改造方案等服務，如機械、食品飲料、醫藥等大中型制造類企業已廣泛采用“透明工廠”解決方案。
此外，施耐德還構建了服務于政府管理的整套工業信息化云平臺，包括全省能源管控中心（負責能源監控及管理），省級能源交易中心（負責電力峰谷交易、碳交易等）、省級制造業信息中心（負責不同行業的全產業鏈管理）。這樣，通過充分運用“互聯網+”手段，以工業信息化云平臺作為政府推進“中國制造2025”的基礎，以智慧能源管理系統與智能精益生產系統為企業實現智能制造的具體措施與抓手，便可打造出全方位的“透明工廠”體系。
總而言之，施耐德“透明工廠”雖不是建立在大規模自動化生產設備之上，但卻充分運用“互聯網+”的方式實現了內部高效智能管理，提升了現有設備及人員的運行效率，即“智能生產+智能管理”模式，通過構建包含制造執行系統（MES）和先進過程控制系統（APC）的制造業自動化系統，實時檢測生產過程中出現的問題并及時處理，控制工藝流程，提高產品質量，這正是智能制造理念的準確實踐。
目前施耐德“透明工廠”的概念已被廣大用戶接受，并在制造業、電力、水電、冶金、礦山、交通、基礎設施等領域廣泛應用。
從整體上看，我國仍處在“工業2.0”補課、“工業3.0”普及、“工業4.0”示范的多模式并存狀態。施耐德“透明工廠”建設作為智能制造的實踐探索，實現的不僅是提高生產自動化條件，更是通過有效管理系統提高全員參與度和運行效率，這使得我們對智能制造的內涵有了嶄新的認識與理解，即實現智能制造并非一蹴而就、一步到位的過程，應結合現實條件與資源稟賦，對生產流程管理、生產工藝提升等環節進行逐步優化，不應只重視“硬設備”升級而忽略“軟實力”提升。因此，為早日實現我國制造業智能升級，更好推進“中國制造2025”戰略，需要對目前我國智能制造實踐中的一些誤區進行反思。
相關新聞
編輯精選
