智能制造的實(shí)踐探索：施耐德打造“透明工廠”
“中國(guó)制造2025”是關(guān)乎我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、爭(zhēng)奪新一輪產(chǎn)業(yè)革命話語(yǔ)權(quán)的重大戰(zhàn)略舉措，而智能制造則是該戰(zhàn)略落實(shí)的核心內(nèi)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)域有著雄厚的技術(shù)儲(chǔ)備與獨(dú)特見(jiàn)解，積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
近年來(lái)，隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)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，施耐德也面臨著產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下降、利潤(rùn)下滑等困境。為此，施耐德開(kāi)展了“透明工廠”建設(shè)并取得了良好成效，這對(duì)我國(guó)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”建設(shè)，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(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(tǒng)、以信息化為基礎(chǔ)平臺(tái)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(jìng)爭(zhēng)力，這使得施耐德（北京）工廠在集團(tuán)內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)中保持了產(chǎn)品綜合成本的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了對(duì)海外市場(chǎng)的出口。施耐德“透明工廠”的做法可概括為以下三點(diǎn)。
以“工業(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(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(yīng)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(tǒng)。與此同時(shí)，施耐德電氣公司的一些產(chǎn)品均可內(nèi)置WEB服務(wù)器和瀏覽器，能從互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的可視化訪問(wèn)：即使用TCP/IP，可引入網(wǎng)頁(yè)技術(shù)，通過(guò)一臺(tái)內(nèi)置網(wǎng)頁(yè)的變頻器，可在系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)上瀏覽每臺(tái)機(jī)器的工況情況和狀態(tài)參數(shù)。由于Modbus是一種全開(kāi)放、免費(fèi)提供、非常容易理解和實(shí)施的協(xié)議，從20世紀(jì)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(yīng)用，是一種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其主機(jī)/從機(jī)通信機(jī)理能很好地滿足確定性的要求，這恰好與互聯(lián)網(wǎng)的客戶機(jī)/服務(wù)器的通信機(jī)理相對(duì)應(yīng)。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(tái)，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(jí)、運(yùn)營(yíng)級(jí)、控制級(jí)、設(shè)備級(jí)四個(gè)維度構(gòu)建了一個(gè)完整而開(kāi)放的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有生產(chǎn)線及所有對(duì)象的集成。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒄怼⒃偻ㄟ^(guò)信息來(lái)控制設(shè)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(jí)為前段預(yù)判，當(dāng)某一生產(chǎn)線原料降低到一定儲(chǔ)量時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化配送，保證生產(chǎn)線的連續(xù)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
全方位納入系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)揮不同層級(jí)員工的作用
“透明工廠”依據(jù)不同層級(jí)架構(gòu)，建立了一套包括企業(yè)負(fù)責(zé)人、工廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)理、車(chē)間班組長(zhǎng)、一線工人的績(jī)效管理體系，在“工業(yè)以太網(wǎng)”系統(tǒng)中給予接入端口，實(shí)現(xiàn)與其他層級(jí)人員及時(shí)交流反饋。在該系統(tǒng)中，企業(yè)負(fù)責(zé)人關(guān)注實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的績(jī)效管理、全面集中監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)效率提高；工廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)理關(guān)注整體設(shè)備效率(OEE)提升、甄別提升效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、有針對(duì)性地采取措施；車(chē)間班組長(zhǎng)關(guān)注提升產(chǎn)品質(zhì)量合格率；一線工廠關(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(tǒng)，由上層決策人員快速提供解決方案。如果問(wèn)題在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未得到解決，則會(huì)逐級(jí)上報(bào)直至得到解決。該系統(tǒng)保證了“透明工廠”整體運(yùn)行的不間斷及高效率。通過(guò)該系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)，北京施耐德公司確保了一線工人在生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題可以在5分鐘內(nèi)反饋至車(chē)間班組長(zhǎng)、10分鐘內(nèi)反饋至工廠運(yùn)營(yíng)經(jīng)理、15分鐘內(nèi)反饋至企業(yè)負(fù)責(zé)人。
再如施耐德為美洲豹汽車(chē)生產(chǎn)廠打造的“透明工廠”：該汽車(chē)制造廠生產(chǎn)線分為六個(gè)樓區(qū)，每一個(gè)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(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)，各樓區(qū)之間需要傳輸相互連鎖的信息。每一個(gè)樓區(qū)生產(chǎn)線的PLC和機(jī)器人焊接機(jī)分別由控制中心的內(nèi)置交換器控制。整個(gè)生產(chǎn)線與公司的廣域網(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(shè)計(jì)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(kuò)展模塊和子系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)“即插即用”，恰到好處地添加單元和設(shè)備。這樣，通過(guò)靈活的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(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(bǔ)在系統(tǒng)管理方面的天然短板，近年來(lái)施耐德有效整合集團(tuán)內(nèi)外部資源，圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行了一系列有效并購(gòu)，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(duì)英維思（Invensys）的收購(gòu)，后者是一家專(zhuān)注于工業(yè)軟件、系統(tǒng)和控制設(shè)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(gòu)建了EcoStruxure管理平臺(tái)，對(duì)電力管理、過(guò)程與機(jī)器管理、樓宇管理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)有效的能耗控制。通過(guò)該平臺(tái)，每個(gè)工廠及生產(chǎn)線都能及時(shí)監(jiān)測(cè)能耗狀態(tài)和漏洞，并對(duì)癥下藥地予以改進(jìn)。同時(shí)，通過(guò)EcoStruxure管理平臺(tái)，總部也能清晰掌握旗下每個(gè)透明工廠運(yùn)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(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(yù)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(duì)云時(shí)代客戶需求，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(tǒng)解決方案可全面實(shí)現(xiàn)硬件、軟件的系統(tǒng)性集成，旨在幫助企業(yè)輕松設(shè)計(jì)并構(gòu)建全面支撐其當(dāng)前及未來(lái)業(yè)務(wù)需要的IT物理基礎(chǔ)設(shè)施；預(yù)制模塊化解決方案顯著簡(jiǎn)化了規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)數(shù)據(jù)中心的過(guò)程，使得數(shù)據(jù)中心的部署更快速、更可預(yù)測(cè)，同時(shí)具有與業(yè)務(wù)同步擴(kuò)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(tǒng)打造全方位透明工廠
整體來(lái)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)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(yīng)用于化工、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(wù)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)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(dòng)化改造方案等服務(wù)，如機(jī)械、食品飲料、醫(yī)藥等大中型制造類(lèi)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(wù)于政府管理的整套工業(yè)信息化云平臺(tái)，包括全省能源管控中心（負(fù)責(zé)能源監(jiān)控及管理），省級(jí)能源交易中心（負(fù)責(zé)電力峰谷交易、碳交易等）、省級(jí)制造業(yè)信息中心（負(fù)責(zé)不同行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈管理）。這樣，通過(guò)充分運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”手段，以工業(yè)信息化云平臺(tái)作為政府推進(jìn)“中國(guó)制造2025”的基礎(chǔ)，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(shí)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。
總而言之，施耐德“透明工廠”雖不是建立在大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備之上，但卻充分運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部高效智能管理，提升了現(xiàn)有設(shè)備及人員的運(yùn)行效率，即“智能生產(chǎn)+智能管理”模式，通過(guò)構(gòu)建包含制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)（APC）的制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)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(zhǔn)確實(shí)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(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
從整體上看，我國(guó)仍處在“工業(yè)2.0”補(bǔ)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(shè)作為智能制造的實(shí)踐探索，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)提高全員參與度和運(yùn)行效率，這使得我們對(duì)智能制造的內(nèi)涵有了嶄新的認(rèn)識(shí)與理解，即實(shí)現(xiàn)智能制造并非一蹴而就、一步到位的過(guò)程，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)條件與資源稟賦，對(duì)生產(chǎn)流程管理、生產(chǎn)工藝提升等環(huán)節(jié)進(jìn)行逐步優(yōu)化，不應(yīng)只重視“硬設(shè)備”升級(jí)而忽略“軟實(shí)力”提升。因此，為早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)智能升級(jí)，更好推進(jìn)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，需要對(duì)目前我國(guó)智能制造實(shí)踐中的一些誤區(qū)進(jìn)行反思。
朱先生