智能制造的實踐探索：施耐德打造“透明工廠”

1、 智能制造的實踐探索：施耐德打造“透明工廠” 現(xiàn)智能制造并非一蹴而就，施耐德（北京）“透明工廠”建設突破了以往對智能制造的片面理解，具有很強的實操性，對我國切實推進智能制造具有重要的參考意義。王 昊 賽迪智庫工業(yè)經(jīng)濟研究所秦海林 賽迪智庫工業(yè)經(jīng)濟研究所本文發(fā)表于中國工業(yè)評論雜志2016年第10期“中國制造2025”是關乎我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、爭奪新一輪產(chǎn)業(yè)革命話語權(quán)的重大戰(zhàn)略舉措，而智能制造則是該戰(zhàn)略落實的核心內(nèi)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(shù)儲備與獨特見解，積累了大量實踐經(jīng)驗。近年來，隨著國際產(chǎn)業(yè)競爭加劇、生產(chǎn)成本上升、外部市場需求放緩等諸

2、多不利因素影響，施耐德也面臨著產(chǎn)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(gòu)建以數(shù)據(jù)融合與透明為特征、以智能生產(chǎn)管理為關鍵技術(shù)、以智慧能源管理和精益生產(chǎn)管理為核心系統(tǒng)、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(chǎn)率較2012年年均提高12%，生產(chǎn)成本年均降低5%，能源消耗年均降低4%，極大地提高了產(chǎn)品競爭力，這使得施耐德（北京）工廠在集團內(nèi)部的競爭中保持了產(chǎn)品綜合成本的優(yōu)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

3、業(yè)以太網(wǎng)”為依托構(gòu)建透明融合的數(shù)據(jù)系統(tǒng)該系統(tǒng)提供了一個面向工業(yè)自動化的以太網(wǎng)解決方案，其核心是采用Modbus TCP/IP，應用TCP/IP物理層以太網(wǎng)，開發(fā)基于IT（Internet）的產(chǎn)品和自動化系統(tǒng)。與此同時，施耐德電氣公司的一些產(chǎn)品均可內(nèi)置WEB服務器和瀏覽器，能從互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)對產(chǎn)品的可視化訪問：即使用TCP/IP，可引入網(wǎng)頁技術(shù)，通過一臺內(nèi)置網(wǎng)頁的變頻器，可在系統(tǒng)網(wǎng)頁上瀏覽每臺機器的工況情況和狀態(tài)參數(shù)。由于Modbus是一種全開放、免費提供、非常容易理解和實施的協(xié)議，從20世紀70年代誕生以來，一直在不同的工業(yè)領域中得到廣泛應用，是一種事實上的工業(yè)標準。其主機/從機通信機理能很好地

4、滿足確定性的要求，這恰好與互聯(lián)網(wǎng)的客戶機/服務器的通信機理相對應。同時，Modbus在工業(yè)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(wǎng)絡、開放的控制器、開放的軟件打造集成開發(fā)平臺，充分整合信息流與數(shù)據(jù)流，施耐德“透明工廠”從企業(yè)級、運營級、控制級、設備級四個維度構(gòu)建了一個完整而開放的操作平臺，實現(xiàn)對所有生產(chǎn)線及所有對象的集成。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒄?、再通過信息來控制設備的全過程管理，有效提高了生產(chǎn)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(chǎn)線原料降低到一定儲量時系統(tǒng)自動進行優(yōu)化配送，保證生產(chǎn)線的連續(xù)高效運轉(zhuǎn)。全方位納入系統(tǒng)

5、運行發(fā)揮不同層級員工的作用“透明工廠”依據(jù)不同層級架構(gòu)，建立了一套包括企業(yè)負責人、工廠運營經(jīng)理、車間班組長、一線工人的績效管理體系，在“工業(yè)以太網(wǎng)”系統(tǒng)中給予接入端口，實現(xiàn)與其他層級人員及時交流反饋。在該系統(tǒng)中，企業(yè)負責人關注實時、準確的績效管理、全面集中監(jiān)控、運營效率提高；工廠運營經(jīng)理關注整體設備效率(OEE)提升、甄別提升效率的關鍵環(huán)節(jié)、有針對性地采取措施；車間班組長關注提升產(chǎn)品質(zhì)量合格率；一線工廠關注生產(chǎn)過程中的技術(shù)問題并實時反饋至系統(tǒng)，由上層決策人員快速提供解決方案。如果問題在規(guī)定時間內(nèi)未得到解決，則會逐級上報直至得到解決。該系統(tǒng)保證了“透明工廠”整體運行的不間斷及高效率。通過該系統(tǒng)，

6、通過該系統(tǒng)，北京施耐德公司確保了一線工人在生產(chǎn)過程中遇到的實際問題可以在5分鐘內(nèi)反饋至車間班組長、10分鐘內(nèi)反饋至工廠運營經(jīng)理、15分鐘內(nèi)反饋至企業(yè)負責人。再如施耐德為美洲豹汽車生產(chǎn)廠打造的“透明工廠”：該汽車制造廠生產(chǎn)線分為六個樓區(qū)，每一個樓區(qū)內(nèi)使用熱備冗余100M以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，均為獨立的子網(wǎng)絡，各樓區(qū)之間需要傳輸相互連鎖的信息。每一個樓區(qū)生產(chǎn)線的PLC和機器人焊接機分別由控制中心的內(nèi)置交換器控制。整個生產(chǎn)線與公司的廣域網(wǎng)相連。為安全起見，采用路由器技術(shù)進行隔離，通過模板化設計后，“透明工廠”系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)非常靈活，幾乎不用作任何修改，即可擴展模塊和子系統(tǒng)，能實現(xiàn)“即插即用”，恰到好處地添加

7、單元和設備。這樣，通過靈活的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的及時反饋與改進提升，極大提高了效率并降低生產(chǎn)故障率。構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”管理體系提供系統(tǒng)解決方案作為傳統(tǒng)生產(chǎn)型企業(yè)，為彌補在系統(tǒng)管理方面的天然短板，近年來施耐德有效整合集團內(nèi)外部資源，圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型進行了一系列有效并購，其中90%集中于軟件業(yè)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(yè)軟件、系統(tǒng)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(gòu)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(huán)節(jié)實現(xiàn)有效的能耗控制。通

8、過該平臺，每個工廠及生產(chǎn)線都能及時監(jiān)測能耗狀態(tài)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(yè)企業(yè)提供了一系列電氣數(shù)據(jù)中心解決方案，包括英飛集成系統(tǒng)解決方案（InfraStruxure-TM）、預制模塊化數(shù)據(jù)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(yè)企業(yè)的能耗水平。例如，英飛集成系統(tǒng)解決方案可全面實現(xiàn)硬件、軟件的系統(tǒng)性集成，旨在幫助企業(yè)輕松設計并構(gòu)建全面支撐其當前及未來業(yè)務需要的IT物理基礎設施；預制模塊化解

9、決方案顯著簡化了規(guī)劃、設計、建設數(shù)據(jù)中心的過程，使得數(shù)據(jù)中心的部署更快速、更可預測，同時具有與業(yè)務同步擴展、高安全性與可靠性等特點。以精益生產(chǎn)管理為核心系統(tǒng)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(chǎn)管理為核心系統(tǒng)之上的一套精益化生產(chǎn)模式，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化與綠色化。這套核心系統(tǒng)包括了智慧能源管理系統(tǒng)及智能精益生產(chǎn)系統(tǒng)兩大部分。其中：智慧能源管理系統(tǒng)又由不同子系統(tǒng)及解決方案構(gòu)成，例如全廠能源管理系統(tǒng)、智能配電系統(tǒng)解決方案、節(jié)能增效解決方案等；而智能精益生產(chǎn)系統(tǒng)則包括了精益能力中心、數(shù)字化工廠及智能網(wǎng)聯(lián)、智能自動化系統(tǒng)等不同組成部分。以智慧能源管理系統(tǒng)為例，它已廣泛應用

10、于化工、冶金、有色、水泥等傳統(tǒng)高耗能、高排放行業(yè)，提供了一套行之有效的行業(yè)節(jié)能解決方案，另外該系統(tǒng)也在中亞變頻器EMC業(yè)務等領域被廣泛應用。而智能精益生產(chǎn)系統(tǒng)則可為不同行業(yè)提供智慧工廠解決方案、精益生產(chǎn)咨詢、智能產(chǎn)線自動化改造方案等服務，如機械、食品飲料、醫(yī)藥等大中型制造類企業(yè)已廣泛采用“透明工廠”解決方案。此外，施耐德還構(gòu)建了服務于政府管理的整套工業(yè)信息化云平臺，包括全省能源管控中心（負責能源監(jiān)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(yè)信息中心（負責不同行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈管理）。這樣，通過充分運用“互聯(lián)網(wǎng)+”手段，以工業(yè)信息化云平臺作為政府推進“中國制造2025”的基

11、礎，以智慧能源管理系統(tǒng)與智能精益生產(chǎn)系統(tǒng)為企業(yè)實現(xiàn)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?？偠灾┠偷隆巴该鞴S”雖不是建立在大規(guī)模自動化生產(chǎn)設備之上，但卻充分運用“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式實現(xiàn)了內(nèi)部高效智能管理，提升了現(xiàn)有設備及人員的運行效率，即“智能生產(chǎn)+智能管理”模式，通過構(gòu)建包含制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和先進過程控制系統(tǒng)（APC）的制造業(yè)自動化系統(tǒng)，實時檢測生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題并及時處理，控制工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)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(yè)、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(yè)2.0”補課、“工業(yè)3.0”普及、“工業(yè)4.0”示范的多模式并存狀態(tài)。施耐德“透明工廠”建設作為智能制造的實踐探索，實現(xiàn)的不僅是提高生產(chǎn)自動化條件，更是通過有效管理系統(tǒng)提高全員參與度和運行