每一個(gè)關(guān)注制造業(yè)最新動態(tài)的人，想必都不會對“數(shù)字制造”這一名詞感到陌生。很多人可能非常想了解，廣受矚目的“數(shù)字制造”理念在實(shí)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)究竟有沒有一個(gè)活生生的樣本呢？事實(shí)上，在大連高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，就座落著這樣一家先進(jìn)的工廠——西門子傳感器與通訊有限公司。在一定程度上，這家工廠可以稱得上是西門子“制造業(yè)的未來”這一愿景在當(dāng)前最為栩栩如生的寫照了。
現(xiàn)實(shí)需求驅(qū)動模式轉(zhuǎn)變
這家成立于2006年、建筑面積約1.5萬平方米的工廠，主要業(yè)務(wù)是生產(chǎn)制造工業(yè)過程儀器儀表，如流量計(jì)、壓力變送器、物位傳感器、動態(tài)稱重產(chǎn)品等，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于油氣、化工、電力、鋼鐵、醫(yī)藥等關(guān)乎國計(jì)民生的重要領(lǐng)域。不難發(fā)現(xiàn)，西門子大連工廠之所以能夠成為最接近西門子“制造業(yè)的未來”愿景的標(biāo)桿，與這家工廠在多個(gè)維度上的特點(diǎn)和需求密不可分。
首先，西門子大連工廠所生產(chǎn)的工業(yè)過程儀器儀表，是一類兼具高精度、高可靠性、高質(zhì)量等特點(diǎn)的產(chǎn)品。作為如此高要求產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，對于在生產(chǎn)、物流、質(zhì)量控制等各個(gè)方面管控水平的提高，無疑具有非?，F(xiàn)實(shí)的需求。
其次，西門子大連工廠無論在設(shè)備、技術(shù)的先進(jìn)性上，還是在人員團(tuán)隊(duì)上，管理模式和操作模式都代表了西門子在中國地區(qū)的最高水平之一。例如，到目前為止，西門子最大口徑的流量標(biāo)定實(shí)例就誕生在這家工廠，其領(lǐng)先水準(zhǔn)可見一斑。這樣優(yōu)秀的基礎(chǔ)，也為工廠實(shí)現(xiàn)“數(shù)字制造”創(chuàng)造出了良好的條件。
當(dāng)然，大連工廠迫切走向升級的根本推動力，最終還是來源于市場需求的轉(zhuǎn)變。隨著市場需求的不斷發(fā)展，過程儀器儀表這類產(chǎn)品在型號上越來越細(xì)化，要求在生產(chǎn)上滿足定制化、快速反應(yīng)、訂單拉動式的生產(chǎn)模式。
西門子大連工廠總經(jīng)理高興寧（Grosch Christian）談到：“由于儀表的定制化需求特點(diǎn)，大連工廠產(chǎn)品線經(jīng)過各種配置的組合變化，提供的全部產(chǎn)品配置可高達(dá)8400萬種，在這樣的基礎(chǔ)上，每年仍會產(chǎn)生很多新的需求，這對于工廠的各個(gè)環(huán)節(jié)都會提出挑戰(zhàn)。”
在這種趨勢下，大連工廠也迫切需要在生產(chǎn)人員編制、現(xiàn)有資源不變的情況下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化和產(chǎn)能的倍增。由此，這家勇于成為產(chǎn)業(yè)升級先行者的工廠，正式拉開了以通訊與IT為途徑提升全廠價(jià)值的序幕。
多種通訊方式的交織共贏
我們常說，工業(yè)通訊是貫穿于現(xiàn)代工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的“神經(jīng)系統(tǒng)”。隨著當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)信息越來越多，工業(yè)通訊的穩(wěn)定性和靈活性就變得越發(fā)重要。西門子過程自動化與驅(qū)動集團(tuán)工業(yè)通訊業(yè)務(wù)總經(jīng)理錢曉倫指出：“可以說，一家企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)‘工業(yè)4.0’，就必須首先實(shí)現(xiàn)‘工業(yè)通訊4.0’。工業(yè)通訊體系的升級，是整個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化升級的先決條件和基礎(chǔ)。”
對于西門子大連工廠而言，打造一套領(lǐng)先的工業(yè)通訊架構(gòu)也成為了其升級的一個(gè)重要途徑。經(jīng)過一系列的投資和工程實(shí)施，當(dāng)前大連工廠已經(jīng)形成了結(jié)合有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)與RFID（無線射頻識別）系統(tǒng)等多個(gè)組成部分的完整通訊架構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)的無縫對接。
值得一提的是，功能靈活的RFID和覆蓋全廠的無線網(wǎng)絡(luò)，無疑成為了大連工廠“工業(yè)通訊4.0”體系中最大的兩個(gè)亮點(diǎn)。
首先，RFID系統(tǒng)的采用，大大改善了生產(chǎn)信息和物流信息追溯的狀況。據(jù)了解，當(dāng)前大連工廠應(yīng)用的RFID系統(tǒng)，可以對產(chǎn)品及其組件的全部在廠環(huán)節(jié)進(jìn)行各項(xiàng)信息的追蹤，貫穿全部二十多個(gè)工序。形象一點(diǎn)地說，產(chǎn)品在大連工廠途經(jīng)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)中，其各項(xiàng)“身份”、“履歷”、“生涯規(guī)劃”等檔案信息將會藉由RFID系統(tǒng)一路緊緊跟隨在其左右。
對此，高興寧指出，儀器儀表產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜，包括高溫、高腐蝕的環(huán)節(jié)，需要不受到這些因素影響的RFID系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信息的追溯，而且RFID標(biāo)簽可以循環(huán)使用，是一種既方便又可靠的選擇。他談到：“RFID的使用，一開始是最先廣泛應(yīng)用在技術(shù)條件最高的汽車制造業(yè)里，今天我們從汽車制造業(yè)借鑒這種有價(jià)值的技術(shù)，將其用于儀表生產(chǎn)中，也正是考慮到了儀表產(chǎn)品生產(chǎn)中在精密、定制化和可追溯等方面的現(xiàn)實(shí)需求。”
的確，以最先采用RFID系統(tǒng)的流量計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)線為例，我們能夠看到在整個(gè)生產(chǎn)過程中，有一些非常嚴(yán)苛的生產(chǎn)環(huán)境，比如打磨、噴砂、噴漆等等?？梢韵胍娫谶@些條件下，傳統(tǒng)依靠紙質(zhì)標(biāo)簽或直接噴涂印刷在產(chǎn)品表面的條形碼系統(tǒng)，勢必很難承受這樣的過程，而且其信息存儲量也非常有限。而相比之下，RFID非接觸式的讀取方式和便于封裝嵌入的特性，則讓信息的追蹤和保有變得非常方便實(shí)用。
對此，錢曉倫也談到：“傳統(tǒng)信息追蹤采用的紙質(zhì)單據(jù)，需要操作人員不斷地記錄、核對，不僅可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且一旦發(fā)生修改，很容易導(dǎo)致延遲甚至信息不對稱。而依靠RFID這種工業(yè)識別技術(shù)，其數(shù)據(jù)源是統(tǒng)一的，無論是工序的傳遞還是信息的修改都是在系統(tǒng)內(nèi)自動完成的，不會出現(xiàn)任何錯(cuò)誤。這種數(shù)據(jù)源統(tǒng)一的思想，也是智能工廠理念的一個(gè)重要體現(xiàn)。”
而無線WIFI網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，同樣是西門子大連工廠的一個(gè)亮點(diǎn)。據(jù)了解，通過廣泛采用“AC+瘦AP”模式（即由無線接入控制器對若干無線接入點(diǎn)進(jìn)行控制、管理、配置的模式）的無線組網(wǎng)方式，大連工廠實(shí)現(xiàn)了全廠無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，并使RFID系統(tǒng)的信息得以接入工廠網(wǎng)絡(luò)。在這種模式下，無線接入控制器不僅可以自動檢測和調(diào)整各個(gè)無線接入點(diǎn)的負(fù)載量，實(shí)現(xiàn)其負(fù)載均衡；同時(shí)還可以根據(jù)周圍的無線干擾情況，自動調(diào)整無線接入點(diǎn)使用的信道，使其免于受到干擾。以上這些智能化無線組網(wǎng)的功能特點(diǎn)，都保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性和可靠性。
西門子大連工廠IT部門負(fù)責(zé)人孫海燕談到：“今后，工廠里會越來越多地出現(xiàn)移動辦公的趨勢，人們不再長期坐在固定的辦公桌前工作，而是隨時(shí)會深入到生產(chǎn)車間現(xiàn)場，或是不時(shí)移動到各個(gè)會議室里。而在這些條件下，都需要能夠隨時(shí)隨地聯(lián)網(wǎng)辦公，我們必須為這樣的需求做好準(zhǔn)備。”所以在大連工廠，一個(gè)無處不在的WIFI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得以搭建起來，不管員工身處辦公環(huán)境還是生產(chǎn)環(huán)境，都不會感到任何的信息屏蔽和阻礙，達(dá)到了系統(tǒng)資源最大的優(yōu)化整合，也實(shí)現(xiàn)了信息的最大化共享。
錢曉倫認(rèn)為，RFID系統(tǒng)、無線WIFI網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)用，在本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了很多價(jià)值的提升，這其中既包括已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的收益，也包括未來很多潛在的可能性。
首先，整個(gè)工廠內(nèi)數(shù)據(jù)信息流的管理得到了極大改善：從原材料入廠，到庫存、生產(chǎn)、加工、工藝，一直到交付，整條線實(shí)際上已經(jīng)能夠通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整體的管理。其次，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了無縫對接。辦公網(wǎng)絡(luò)要求高性能、高帶寬、高靈活性，而工廠網(wǎng)絡(luò)則強(qiáng)調(diào)高可靠性、高準(zhǔn)確性、和高平均無故障率時(shí)間，西門子的工業(yè)通訊解決方案一舉把這兩個(gè)原來的信息孤島連接起來了，這對于實(shí)時(shí)管理工廠是意義重大的。
此外，成本和效率實(shí)際上也得到了不小的改善。在完全依靠有線網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，任何生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)備的調(diào)整、任何布局的優(yōu)化都可能面臨重新布線，同時(shí)還存在較多的線纜損耗、線纜維護(hù)的問題，無形中帶來了很高的成本。而采用無線覆蓋后，任何生產(chǎn)布局的優(yōu)化和調(diào)整都不再帶來改變網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施的問題，換到任何位置都能夠保持無線網(wǎng)絡(luò)連接的暢通無阻。用孫海燕的話說：“無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)經(jīng)過一次初始投資之后，幾乎是一勞永逸，它節(jié)省的是今后長期的、難以估量的改造和維護(hù)成本。”
而在維護(hù)的效率方面，利用西門子的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理軟件，還可以很方便地通過覆蓋全廠的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“全廠診斷維護(hù)”，即不再需要通過人力對廠區(qū)的設(shè)備進(jìn)行逐一巡檢，也能了解設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，更是大大節(jié)省了維護(hù)的時(shí)間和復(fù)雜程度。
IT：點(diǎn)石成金的妙手
隨著信息化和自動化在實(shí)際生產(chǎn)中的不斷融合，IT的地位和重要性在現(xiàn)代工廠中也越來越凸顯。在西門子大連工廠中就更是這樣，可以說IT已經(jīng)成為了各個(gè)業(yè)務(wù)部門在流程和管理上“點(diǎn)石成金”的妙手。
這是因?yàn)?，隨著時(shí)間的推移，大連工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品種類越來越多，每套產(chǎn)品都會有自己不同的應(yīng)用，在這種情況下，ERP、PLM、MES等系統(tǒng)也陸續(xù)投入使用。這就使得大連工廠的IT部門必須要開始考慮：在各種系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜環(huán)境中，怎么提供一個(gè)更穩(wěn)定更高效的IT應(yīng)用平臺？而且隨著客戶的要求越來越高，越來越細(xì)化，IT部門也開始更多地投入到業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化上。
這些需求和環(huán)境的變化，在很大程度上帶來了IT部門角色的轉(zhuǎn)變。在工廠建立初期，各方面需求都比較簡單，IT部門一度將很多時(shí)間花在對網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施的基礎(chǔ)性維護(hù)上。到了今天，這部分基礎(chǔ)的職能早就已經(jīng)通過外包服務(wù)等模式解決。IT部門的定位卻發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，這個(gè)部門已經(jīng)轉(zhuǎn)變成了整個(gè)企業(yè)流程的咨詢者，不斷挖掘企業(yè)潛能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成為了他們主要的挑戰(zhàn)。
孫海燕談到：“現(xiàn)在，我們的職責(zé)是審視各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，找到哪些地方可以改進(jìn)，哪些地方可以更加智能化，減少不必要的手工工作。俗話說‘沒有最好，只有更好’，這種持續(xù)改善的過程幾乎是沒有盡頭的。”
談到當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的智能化生產(chǎn)，孫海燕認(rèn)為，智能化的生產(chǎn)單純依靠IT部門或單純依靠生產(chǎn)制造部門都是難以實(shí)現(xiàn)的，必須要將兩者結(jié)合起來。她指出，生產(chǎn)部門通常會更多地從生產(chǎn)控制、生產(chǎn)過程的角度去著手，而IT部門則會幫助他們做一些軟件上的優(yōu)化，并充分利用網(wǎng)絡(luò)與通訊的力量來挖掘信息帶來的潛力。即便生產(chǎn)部門有再高精尖的制造設(shè)備，如果脫離了網(wǎng)絡(luò)平臺和通訊平臺，也是運(yùn)轉(zhuǎn)不起來的。尤其是現(xiàn)在的智能化生產(chǎn)，很多時(shí)候是依靠信息的高速傳輸來實(shí)現(xiàn)的，從投入生產(chǎn)到生產(chǎn)制造的每一個(gè)工序，每一個(gè)步驟，這些都要做一個(gè)信息流的控制。
比如，對PLM的應(yīng)用，就是大連工廠業(yè)務(wù)協(xié)作流程中非常重要的一環(huán)。據(jù)孫海燕介紹，PLM是從整個(gè)產(chǎn)品生命周期的角度進(jìn)行管理，從最初形成市場意向的時(shí)候就要開始使用PLM系統(tǒng)，接下來一路從市場分析、市場調(diào)查，到產(chǎn)品的研發(fā)、圖紙的設(shè)計(jì)，再到投入生產(chǎn)，一直到產(chǎn)品生命周期的完結(jié)，都離不開PLM系統(tǒng)。同時(shí)，PLM也是ERP前端的一個(gè)信息來源。
而通過ERP、MES系統(tǒng)，則可以管理生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的信息追蹤、信息查詢，信息追溯。從接到客戶訂單的一刻，企業(yè)就可以開始追溯訂單的狀況，比如訂單是否已經(jīng)投入生產(chǎn)？生產(chǎn)到哪一個(gè)環(huán)節(jié)？哪一刻能夠出庫？哪一刻能夠交付？這首先是物流環(huán)節(jié)的一個(gè)追蹤。
另外，還有對原材料和質(zhì)量的追蹤。工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，即便在預(yù)期上有百分之百的質(zhì)量保證，也還是不可避免地會出現(xiàn)一些質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)出現(xiàn)這種情況，企業(yè)可以利用這些系統(tǒng)追溯到原材料的層級。比如，追溯到哪個(gè)材料出了問題，和這個(gè)材料同一批的其他材料是否也有問題等等，最終一直可以追溯到這個(gè)材料當(dāng)時(shí)的采購訂單狀況。
孫海燕深有感觸地談到，這些信息化系統(tǒng)能否發(fā)揮最大的作用，最關(guān)鍵的因素還是使用系統(tǒng)的人。各部門的員工是不是有足夠的經(jīng)驗(yàn)去把控這個(gè)系統(tǒng)的一些應(yīng)用，是不是能發(fā)掘系統(tǒng)的潛力，往往在很大程度上決定了系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)用效果。
“比如最開始，員工對系統(tǒng)的了解只是停留在操作層面，但隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，他會開始關(guān)注在他的流程里有沒有一些可以優(yōu)化的地方，或者是否需要對不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)。逐漸地，他們還會主動運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和報(bào)告系統(tǒng)，對管理工作起到更好的支持作用。”為了滿足各個(gè)部門系統(tǒng)使用者這種越來越高的需求，IT部門也會竭盡全力為他們提供支持，比如在挖掘系統(tǒng)原有功能的基礎(chǔ)上，也會自己做一些開發(fā)。
讓孫海燕感到欣慰的是，經(jīng)過多年的配合，大連工廠的生產(chǎn)部門和IT部門的配合越來越緊密，也形成了一些行之有效的合作機(jī)制，讓價(jià)值的提升越來越流暢。孫海燕談到：“如果IT部門單打獨(dú)斗，可發(fā)揮的價(jià)值并不大，IT必須和業(yè)務(wù)部門緊密結(jié)合，價(jià)值才會成倍地體現(xiàn)出來。而且，不僅每個(gè)部門的流程可以得到優(yōu)化，多個(gè)業(yè)務(wù)部門之間協(xié)同工作的流程也具有很大的優(yōu)化潛力，我們IT部門必須要把這種‘催化劑’的作用不斷地體現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的改善。”
高興寧有一番話，恰恰最為精辟地指出了工業(yè)通訊和IT信息化技術(shù)在未來的無窮潛力，這不僅僅是對于西門子大連工廠而言，更是對于整個(gè)產(chǎn)業(yè)中每一個(gè)希望提升競爭力的企業(yè)而言的。
他說：“企業(yè)要實(shí)現(xiàn)‘工業(yè)4.0’必須要‘兩條腿走路’，一條腿是實(shí)體世界中的自動化，另一條腿則是虛擬化世界的信息化。而首先要構(gòu)建先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，建立統(tǒng)一的語言系統(tǒng)，并不斷發(fā)展下一代智能化的應(yīng)用，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)實(shí)體世界和虛擬化世界的無縫互聯(lián)，包括設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的互聯(lián)、移動設(shè)備的互聯(lián)、機(jī)器與機(jī)器的互聯(lián)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，為‘工業(yè)4.0’的真正實(shí)現(xiàn)打造出堅(jiān)實(shí)的平臺。”
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