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互联企业-数字化工厂的表现形式

| 2020-06-06

“智能制造”从腾空出世到变为热词,仅用了短短几年时间。今天,凡是和制造业沾上边的人,都会在谈话间看似不经意地将其抛出,以亮明身份。然而,当问到什么是智能制造时,却鲜有人能讲出一二,即便是业内专家也难于平铺直叙地讲清楚什么是智能制造。

本文作者为:罗克韦尔自动化(中国)有限公司

技术能力中心经理李仲杰先生

幸运的是,在2017年底,时任中国工程院院长周济在南京世界智能制造大会的主旨演讲中为大家指点了迷津,指明了智能制造的数字化、网络化、智能化方向。由此,数字化转型也逐渐晋升为业内新的第一热词。

然而,数字化只是实现智能制造的第一步。进行数字化转型后,企业必须通过互联让数据得以传递和利用,从而真正发挥数字化的价值,这也是近年来智能数字化设备、物联网和工业互联网等领域快速发展迭代的主要推动力,建立互联企业的迫切需求也由此而生。

何为互联?

在一个企业中,把各种数字化设备、生产系统、企业业务系统及人连接在一起,使得人与机器及流程有机结合起来,从而为生产运营创造出新价值的生态体系,我们简单称之为互联企业。罗克韦尔自动化在2013年就根据当时的技术发展趋势,提出了互联企业的发展理念和愿景,并致力于促进其技术演变发展,帮助客户构建互联企业,实现智能制造。

虽然智能制造难于用统一的语言来描述,但是实现智能制造方法论却比较有章可循,互联企业就是这样的一个方法论。它帮助企业在原有自动化和信息化系统的基础之上,更容易获取数据、利用数据和分享信息。理解了互联企业的内涵和外延,就可以在企业中循序渐进地构建起一个互联的生态系统,最终实现智能制造。

为何互联?

为何实现智能制造必须先建立起互联企业?

最重要的原因还是在于数字化。

随着技术的发展,企业底层的设备已经普遍采用了各种数字化的设备,从传感器、仪表到执行机构都具备了数字化的属性。数字化设备可以在完成本职工作的同时,积累各种数据,让人们可以掌握现场发生的动作和设备的健康状态等信息。但这些数据只有被工业物联网传送和利用时,才可以帮助企业实现预测性维护等功能,真正创造价值。

目前制造业的工业物联网主要由工业以太网以有线的形式来实现,这种形式还将持续一段时间,估计5~10年左右,自组5G网络的应用将推动工业物联网进入无线阶段。

在生产现场普遍实现数字化的同时,对于产线级的控制系统就有了更高的要求。因为这个时候,处于ISA-95架构一层和二层的控制系统,除了需要完成常规的自动化任务以外,还必须具备边缘计算的能力。这主要由于底层的数字化设备除了提供控制信号外,还带来了大量的数据,这些数据在边缘层进行就地处理可以更快地响应现场需求,同时又节省了对企业网络带宽的占用。因此一层和二层的控制系统就需要应用集控制和信息一体化的架构来完成。

如果在这个层级企业可以以同样的系统和架构,通过应用不同的组件和模块,实现多种控制方式,那么实现互联将变得非常容易。譬如在通常的离散控制系统,加上运动控制模块可实现运动控制的功能,加上流程控制的软硬件可以实现过程控制,以此类推至批次控制、传动控制、安全控制等等,从而让企业不同的流水线、不同的工段和车间都可以利用同样的架构和网络。在这样的架构下,你可以轻松地将整个企业价值链的生产数据流和产品物流同时打通,扩展一下还可以进一步连接供应链和市场销售网络,实现横向的互联。

这个层级的控制系统完成控制程序和数据处理后,其结果部分作为命令回馈到底层设备,还有一些数据则提供给三层的信息化系统,如制造执行系统(MES)或者生产运营管理系统(MOM)作为底层基础数据。MES和MOM往上对接ERP等企业级系统,往下对接生产控制系统,使企业内部的数据流在纵向也可以完全打通。所以互联企业可以为制造企业实现智能制造所需要的横向互联、纵向互联及端到端互联打下坚实的基础。

互联企业的那些“好”

构建互联企业究竟能为企业带来哪些好处呢?

总结起来有“三好”。

横向互联快速响应市场

横向互联让企业一手连接市场,一手链接供应链,企业在中间既可以快速准确地获得市场的变化信息和客户的偏好趋势,又能够及时地与供应链合作起来,调动企业资源和供应链资源一起应对变化,从而使企业永远快人一步,以更快的速度推出更契合市场需求的产品。

纵向互联提升运营水平

纵向互联让企业内部自上而下的数据传递更加流畅,ERP系统接受客户订单后,可以第一时间下达至MES系统,MES系统把订单分解成生产人员、设备和物料的安排并开始组织生产。反过来,生产现场发生的活动、OEE、生产进度、生产过程中的设备健康状态、产品质量、物料的损耗等信息也可以自下而上地传递给管理人员供决策使用。总之企业的数字化使得工厂方方面面的情况更加透明,而数据互联后则可以进一步帮助企业管理者随时掌握企业的运营情况,帮助企业提高生产设备利用率,提升生产效率,降低企业风险。

端到端互联降低运营成本

数字化互联企业在生产过程中产生大量的数据,这些数据在企业不同的系统里有不同的作用,因此在企业内部各系统中进行端到端的数据共享和互联也可以创造重要的价值。如仓储管理系统和供应链订单系统的互联、企业产品研发设计系统和生产系统及产品的售后服务系统之间的互联等等。为了更好地感受端到端互联的“迷人”之处,我们用一个生活中的例子作类比:当病人去医院看胸科时,医生会安排病人去做各种化验和拍片检查,隔天同一个病人又去看消化科时,医生可以直接调用昨天在胸科获得的基础报告数据,而不用再重新检查一次,这个数据甚至可以在不同医院进行共享。这两个医院和科室使用这个报告的目的可能是不同的,但是这个简单的端到端互联的例子大大节约了资源和时间,因而可以同时为病人和医院带来巨大价值。

互联的初心就是要通过对数据的利用为企业带来新的竞争优势,互联企业建立的过程也是对数据从采集到利用再到优化的过程。通常,企业数据利用的最后阶段也是深度利用的阶段是由大数据平台来完成的,这也是产生很多智能化应用的基础平台。这个大数据分析处理平台也叫做工业互联网平台。总结来说,将数字化设备、数字化生产线和生产车间、生产执行系统(MES)、企业数字化业务系统(ERP)、云端(私有云或者公有云)的工业互联网,按照ISA-95架构建立起来的互联企业正是企业实现智能制造值得参考的基本范式,也是智能制造之数字化、网络化和智能化发展道路的落地形式。

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