智能制造的實(shí)踐探索：施耐德打造“透明工廠(chǎng)”
“中國制造2025”是關(guān)乎我國制造業(yè)轉型升級、爭奪新一輪產(chǎn)業(yè)革命話(huà)語(yǔ)權的重大戰略舉措，而智能制造則是該戰略落實(shí)的核心內容。施耐德（北京）中低壓電器有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“施耐德”）在智能制造領(lǐng)域有著(zhù)雄厚的技術(shù)儲備與獨特見(jiàn)解，積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗。
近年來(lái)，隨著(zhù)國際產(chǎn)業(yè)競爭加劇、生產(chǎn)成本上升、外部市場(chǎng)需求放緩等諸多不利因素影響，施耐德也面臨著(zhù)產(chǎn)品競爭力下降、利潤下滑等困境。為此，施耐德開(kāi)展了“透明工廠(chǎng)”建設并取得了良好成效，這對我國切實(shí)推進(jìn)智能制造具有重要的參考價(jià)值。
施耐德于2012年實(shí)施“透明工廠(chǎng)”建設，構建以數據融合與透明為特征、以智能生產(chǎn)管理為關(guān)鍵技術(shù)、以智慧能源管理和精益生產(chǎn)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(dòng)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(chǎng)在集團內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(chǎng)的出口。施耐德“透明工廠(chǎng)”的做法可概括為以下三點(diǎn)。
以“工業(yè)以太網(wǎng)”為依托構建透明融合的數據系統
該系統提供了一個(gè)面向工業(yè)自動(dòng)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(kāi)發(fā)基于IT（Internet）的產(chǎn)品和自動(dòng)化系統。與此同時(shí)，施耐德電氣公司的一些產(chǎn)品均可內置WEB服務(wù)器和瀏覽器，能從互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現對產(chǎn)品的可視化訪(fǎng)問(wèn)：即使用TCP/IP，可引入網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，通過(guò)一臺內置網(wǎng)頁(yè)的變頻器，可在系統網(wǎng)頁(yè)上瀏覽每臺機器的工況情況和狀態(tài)參數。由于Modbus是一種全開(kāi)放、免費提供、非常容易理解和實(shí)施的協(xié)議，從20世紀70年代誕生以來(lái)，一直在不同的工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應用，是一種事實(shí)上的工業(yè)標準。其主機/從機通信機理能很好地滿(mǎn)足確定性的要求，這恰好與互聯(lián)網(wǎng)的客戶(hù)機/服務(wù)器的通信機理相對應。同時(shí)，Modbus在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中具有很高的性能價(jià)格比，是一種開(kāi)放的理想解決方案。
這樣，通過(guò)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )、開(kāi)放的控制器、開(kāi)放的軟件打造集成開(kāi)發(fā)平臺，充分整合信息流與數據流，施耐德“透明工廠(chǎng)”從企業(yè)級、運營(yíng)級、控制級、設備級四個(gè)維度構建了一個(gè)完整而開(kāi)放的操作平臺，實(shí)現對所有生產(chǎn)線(xiàn)及所有對象的集成。該系統實(shí)現了從數據傳輸到信息整理、再通過(guò)信息來(lái)控制設備的全過(guò)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(xiàn)原料降低到一定儲量時(shí)系統自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化配送，保證生產(chǎn)線(xiàn)的連續高效運轉。
全方位納入系統運行發(fā)揮不同層級員工的作用
“透明工廠(chǎng)”依據不同層級架構，建立了一套包括企業(yè)負責人、工廠(chǎng)運營(yíng)經(jīng)理、車(chē)間班組長(cháng)、一線(xiàn)工人的績(jì)效管理體系，在“工業(yè)以太網(wǎng)”系統中給予接入端口，實(shí)現與其他層級人員及時(shí)交流反饋。在該系統中，企業(yè)負責人關(guān)注實(shí)時(shí)、準確的績(jì)效管理、全面集中監控、運營(yíng)效率提高；工廠(chǎng)運營(yíng)經(jīng)理關(guān)注整體設備效率(OEE)提升、甄別提升效率的關(guān)鍵環(huán)節、有針對性地采取措施；車(chē)間班組長(cháng)關(guān)注提升產(chǎn)品質(zhì)量合格率；一線(xiàn)工廠(chǎng)關(guān)注生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題并實(shí)時(shí)反饋至系統，由上層決策人員快速提供解決方案。如果問(wèn)題在規定時(shí)間內未得到解決，則會(huì )逐級上報直至得到解決。該系統保證了“透明工廠(chǎng)”整體運行的不間斷及高效率。通過(guò)該系統，通過(guò)該系統，北京施耐德公司確保了一線(xiàn)工人在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題可以在5分鐘內反饋至車(chē)間班組長(cháng)、10分鐘內反饋至工廠(chǎng)運營(yíng)經(jīng)理、15分鐘內反饋至企業(yè)負責人。
再如施耐德為美洲豹汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)打造的“透明工廠(chǎng)”：該汽車(chē)制造廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)分為六個(gè)樓區，每一個(gè)樓區內使用熱備冗余100M以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)，均為獨立的子網(wǎng)絡(luò )，各樓區之間需要傳輸相互連鎖的信息。每一個(gè)樓區生產(chǎn)線(xiàn)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(gè)生產(chǎn)線(xiàn)與公司的廣域網(wǎng)相連。為安全起見(jiàn)，采用路由器技術(shù)進(jìn)行隔離，通過(guò)模板化設計后，“透明工廠(chǎng)”系統組態(tài)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(shí)現“即插即用”，恰到好處地添加單元和設備。這樣，通過(guò)靈活的控制系統，實(shí)現了對生產(chǎn)過(guò)程的及時(shí)反饋與改進(jìn)提升，極大提高了效率并降低生產(chǎn)故障率。
構建“互聯(lián)網(wǎng)+”管理體系提供系統解決方案
作為傳統生產(chǎn)型企業(yè)，為彌補在系統管理方面的天然短板，近年來(lái)施耐德有效整合集團內外部資源，圍繞數字化轉型進(jìn)行了一系列有效并購，其中90%集中于軟件業(yè)務(wù)。例如，2014年施耐德以34億英鎊（約合52億美元）的價(jià)格完成了對英維思（Invensys）的收購，后者是一家專(zhuān)注于工業(yè)軟件、系統和控制設備制造的公司，其在過(guò)程制造控制方面的實(shí)力超群。其后，施耐德成功構建了EcoStruxure管理平臺，對電力管理、過(guò)程與機器管理、樓宇管理等環(huán)節實(shí)現有效的能耗控制。通過(guò)該平臺，每個(gè)工廠(chǎng)及生產(chǎn)線(xiàn)都能及時(shí)監測能耗狀態(tài)和漏洞，并對癥下藥地予以改進(jìn)。同時(shí)，通過(guò)EcoStruxure管理平臺，總部也能清晰掌握旗下每個(gè)透明工廠(chǎng)運行的整體情況。
施耐德作為全球能效管理專(zhuān)家，還為其他制造業(yè)企業(yè)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(shí)代客戶(hù)需求，為其提供電力管理、制冷、配電等方面服務(wù)，有效降低制造業(yè)企業(yè)的能耗水平。例如，英飛集成系統解決方案可全面實(shí)現硬件、軟件的系統性集成，旨在幫助企業(yè)輕松設計并構建全面支撐其當前及未來(lái)業(yè)務(wù)需要的IT物理基礎設施；預制模塊化解決方案顯著(zhù)簡(jiǎn)化了規劃、設計、建設數據中心的過(guò)程，使得數據中心的部署更快速、更可預測，同時(shí)具有與業(yè)務(wù)同步擴展、高安全性與可靠性等特點(diǎn)。
以精益生產(chǎn)管理為核心系統打造全方位透明工廠(chǎng)
整體來(lái)看，施耐德“透明工廠(chǎng)”是建立在以智能生產(chǎn)管理為核心系統之上的一套精益化生產(chǎn)模式，從而實(shí)現生產(chǎn)過(guò)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(chǎn)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(chǎng)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(chǎn)系統則包括了精益能力中心、數字化工廠(chǎng)及智能網(wǎng)聯(lián)、智能自動(dòng)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(yè)，提供了一套行之有效的行業(yè)節能解決方案，另外該系統也在中亞變頻器EMC業(yè)務(wù)等領(lǐng)域被廣泛應用。而智能精益生產(chǎn)系統則可為不同行業(yè)提供智慧工廠(chǎng)解決方案、精益生產(chǎn)咨詢(xún)、智能產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化改造方案等服務(wù)，如機械、食品飲料、醫藥等大中型制造類(lèi)企業(yè)已廣泛采用“透明工廠(chǎng)”解決方案。
此外，施耐德還構建了服務(wù)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(guò)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(jìn)“中國制造2025”的基礎，以智慧能源管理系統與智能精益生產(chǎn)系統為企業(yè)實(shí)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(chǎng)”體系。
總而言之，施耐德“透明工廠(chǎng)”雖不是建立在大規模自動(dòng)化生產(chǎn)設備之上，但卻充分運用“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式實(shí)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(chǎn)+智能管理”模式，通過(guò)構建包含制造執行系統（MES）和先進(jìn)過(guò)程控制系統（APC）的制造業(yè)自動(dòng)化系統，實(shí)時(shí)檢測生產(chǎn)過(guò)程中出現的問(wèn)題并及時(shí)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(shí)踐。
目前施耐德“透明工廠(chǎng)”的概念已被廣大用戶(hù)接受，并在制造業(yè)、電力、水電、冶金、礦山、交通、基礎設施等領(lǐng)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(chǎng)”建設作為智能制造的實(shí)踐探索，實(shí)現的不僅是提高生產(chǎn)自動(dòng)化條件，更是通過(guò)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(shí)現智能制造并非一蹴而就、一步到位的過(guò)程，應結合現實(shí)條件與資源稟賦，對生產(chǎn)流程管理、生產(chǎn)工藝提升等環(huán)節進(jìn)行逐步優(yōu)化，不應只重視“硬設備”升級而忽略“軟實(shí)力”提升。因此，為早日實(shí)現我國制造業(yè)智能升級，更好推進(jìn)“中國制造2025”戰略，需要對目前我國智能制造實(shí)踐中的一些誤區進(jìn)行反思。
朱先生