從剛性制造向柔性制造轉(zhuǎn)變是“工業(yè)4.0”的重要標志。西門子中壓開關(guān)技術(shù)(無錫)有限公司聯(lián)合西門子(中國)有限公司無錫創(chuàng)新中心，研發(fā)并實施生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)，打造基于工業(yè)云的“透明工廠”。該系統(tǒng)融合數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)、語義技術(shù)、OPC UA和PROFINET通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，破解異構(gòu)數(shù)據(jù)整合和工業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸兩大難題，實現(xiàn)對人、機、料等各環(huán)節(jié)的全方位透明化描述和追蹤。西門子中壓公司實施該系統(tǒng)后，每年避免因物料內(nèi)部運輸錯誤或丟失造成的經(jīng)濟損失數(shù)十萬元，企業(yè)通快機床等主要生產(chǎn)設(shè)備綜合利用率提升10%，在2016年西門子能源管理集團內(nèi)部的精益生產(chǎn)管理評比中獲得78分的高分。目前，該系統(tǒng)已在無錫、昆山、蚌埠、東莞、成都等地工業(yè)企業(yè)應(yīng)用推廣。西門子中壓無錫工廠：打造基于工業(yè)云的“透明工廠”物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助企業(yè)打造“透明工廠”作為“工業(yè)4.0”的重要標志之一，柔性制造打破了傳統(tǒng)剛性自動化生產(chǎn)線運營模式，轉(zhuǎn)向以滿足個性化定制需求為目標的“以銷定產(chǎn)”模式。中小型工業(yè)企業(yè)具有生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)靈活性大、成本敏感性高等特點，在盡量不改變原有生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上提升柔性制造能力對中小型工業(yè)企業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。西門子中壓開關(guān)技術(shù)(無錫)有限公司(簡稱“西門子中壓公司”)成立于1997年，年營銷額達到14億元人民幣，員工人數(shù)約900人，是一家典型的中小型工業(yè)企業(yè)。柔性制造要求企業(yè)具備兩種能力：一是產(chǎn)品設(shè)計與訂單管理的敏捷反應(yīng)能力，二是生產(chǎn)過程控制的柔性反應(yīng)能力。近年來，西門子中壓公司在訂單管理和產(chǎn)品設(shè)計上陸續(xù)應(yīng)用了SAP、NX-tool等管理軟件系統(tǒng)，已具備一定的敏捷反應(yīng)能力。但是在生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄環(huán)節(jié)依然大量依靠人工，經(jīng)常發(fā)生錯記、漏記現(xiàn)象。生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)“不透明”造成管理軟件和生產(chǎn)過程的脫節(jié)，嚴重影響管理決策的可靠性。從這一環(huán)節(jié)入手，西門子中壓公司聯(lián)合西門子(中國)有限公司無錫創(chuàng)新中心(簡稱“西門子無錫創(chuàng)新中心”)，研發(fā)實施生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，打造基于工業(yè)云的“透明工廠”，提升生產(chǎn)過程的透明化水平。“‘透明工廠\\’就是要讓管理者能夠?qū)�工廠生產(chǎn)全流程一覽無余、了如指掌。其中，物料、設(shè)備和人員是工廠內(nèi)最主要的三大主體，也是這套系統(tǒng)所要重點監(jiān)控的目標�！蔽鏖T子中壓開關(guān)技術(shù)(無錫)有限公司GIS工廠生產(chǎn)制造部經(jīng)理樂又康說。據(jù)介紹，西門子中壓公司生產(chǎn)車間每年涉及上萬種零部件的調(diào)配，原來單純依靠人工操作叉車配送，因物料錯配和丟失產(chǎn)生的直接或間接額每年達數(shù)十萬元。因此，生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)把對物料的監(jiān)控作為重點，實時確定物料的位置，防止錯配和丟失的情況發(fā)生。生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)采用“條碼記錄物料起始信息+動態(tài)記錄叉車軌跡”方式，實現(xiàn)對叉車和物料的實時定位。該系統(tǒng)給每種零部件的物料筐貼上記錄著配送單號等信息的條碼，并在叉車上安裝陀螺儀和加速度傳感器。在運輸起點，叉車司機用智能移動終端掃描條碼，并將配送單號等信息同步上傳至云平臺，之后由叉車運輸物料。在運輸過程中，基于部署在工廠內(nèi)的大量無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和叉車上的陀螺儀和加速度傳感器，利用無線定位和慣性導(dǎo)航技術(shù)，實時描繪叉車的移動路徑，對比全廠地圖后，可以準確獲得叉車位置，進而追蹤所運物料。提升設(shè)備利用率是生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)的另一目標。西門子中壓公司為確保產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)制造過程中大量采用進口機床設(shè)備，主要設(shè)備價格均在500萬元以上，因此設(shè)備利用率的提高就意味著每年可節(jié)省數(shù)十萬元的成本。生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)分解和細化原有監(jiān)控環(huán)節(jié)，幫助管理者提高設(shè)備利用率。例如，在激光切割機床周圍安裝有8個傳感器，其中2個監(jiān)控上料和下料動作，3個監(jiān)控人員位置，3個監(jiān)控機床的工作狀態(tài)�！斑@樣將生產(chǎn)過程的監(jiān)控數(shù)據(jù)量提高到原來的8倍，把許多監(jiān)控環(huán)節(jié)做了更精細的分解。有了這些數(shù)據(jù)，我們不僅可以準確模擬計算出機床利用率，還可以進一步分析原因，做出更科學(xué)、更有針對性的措施�！睒酚挚嫡f。目前，生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)已應(yīng)用在西門子中壓公司的6個生產(chǎn)車間，共安裝了上百個不同類型的傳感器，設(shè)備綜合利用率從70%提高到80%以上。在2016年西門子能源管理集團內(nèi)部的精益化管理評分中，幫助西門子中壓公司得到了78分的高分(100分制)。創(chuàng)新研發(fā)破解兩大技術(shù)難點西門子無錫創(chuàng)新中心是生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)的研發(fā)者。西門子無錫創(chuàng)新中心主任張明介紹，該系統(tǒng)融合智能網(wǎng)關(guān)、語義技術(shù)、OPC UA和PROFINET通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對人、機、料等各環(huán)節(jié)進行全方位的透明化描述和追蹤，在研發(fā)實施該系統(tǒng)的過程中，重點解決了兩大技術(shù)難點。難點一：如何整合多源、異構(gòu)的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)主要應(yīng)用于建成工廠的透明化改造。西門子中壓公司已生產(chǎn)經(jīng)營近20年，在不同時期陸續(xù)應(yīng)用了多種第三方企業(yè)管理系統(tǒng)和不同廠商生產(chǎn)的機床設(shè)備，這些系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)據(jù)格式、通信接口都不一樣，整合這些多源、異構(gòu)的數(shù)據(jù)成為實施生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)的一個難點。數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)和語義技術(shù)為整合多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)提供了有效路徑。首先，西門子無錫創(chuàng)新中心根據(jù)不同系統(tǒng)和設(shè)備，定制專用的數(shù)據(jù)采集智能網(wǎng)關(guān)，配合多種傳感器，在生產(chǎn)現(xiàn)場采集機床、叉車等多種生產(chǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)。然后，使用語義技術(shù)對生產(chǎn)線及設(shè)備數(shù)據(jù)進行描述，應(yīng)對生產(chǎn)模式和數(shù)據(jù)的差異性，構(gòu)建統(tǒng)一的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型。最后，利用描述好的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模型，對多源數(shù)據(jù)進行整合，形成數(shù)據(jù)閉環(huán)。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合范圍包括生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)、物料倉儲數(shù)據(jù)、設(shè)備利用數(shù)據(jù)和生產(chǎn)加工執(zhí)行數(shù)據(jù)等�；�于這些數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可為企業(yè)提供從生產(chǎn)計劃到生產(chǎn)執(zhí)行反饋的全方位數(shù)據(jù)服務(wù)。難點二：如何實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的工業(yè)級數(shù)據(jù)傳輸。一方面，工業(yè)通信的控制對象大多是機床等高價值設(shè)備，要求容錯率更低。另一方面，工廠生產(chǎn)環(huán)境極為復(fù)雜，不同區(qū)域可能分別存在高速、高溫、高壓、真空、強磁等情況，要在各種極端條件下保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定、高效，難度很大。生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)采用“OPC UA+PROFINET”的通信協(xié)議架構(gòu)。據(jù)介紹，OPC UA是最新發(fā)布的自動化行業(yè)的通信標準框架，具有高擴展性，同時支持多種已有的標準工業(yè)通信協(xié)議和自定義協(xié)議。PROFINET是由西門子主導(dǎo)制定的工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，具有高安全性、高適配性和高精度等特點，可根據(jù)響應(yīng)時間不同，支持TCP/IP、實時(RT)通訊和同步實時(IRT)通訊三種方式。例如在機床高速運動控制中，PROFINET的同步實時(IRT)功能可實現(xiàn)精確和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換，響應(yīng)時間最短可至1ms，抖動誤差小于1μs。此外，PROFINET在有線通信基礎(chǔ)上，支持工業(yè)無線局域網(wǎng)通信(IWLAN)，避免接觸導(dǎo)線等易于磨損的技術(shù)部件，降低維護成本，提高工廠規(guī)劃的靈活性。將實現(xiàn)“樂高積木式”功能組合調(diào)研顯示，截至去年底，江蘇省中小型企業(yè)總數(shù)達248.2萬家，同比增長22.3%；其中，工業(yè)企業(yè)55.3萬家，同比增長6.6%；規(guī)模以上中小工業(yè)企業(yè)46367家，位居全國第一。數(shù)量眾多的中小型工業(yè)企業(yè)為生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)提供了廣闊的市場空間。目前，該系統(tǒng)已在無錫凱迪航空和西門子愛克斯射線無錫工廠等企業(yè)開展技術(shù)溝通和調(diào)研，同時在昆山、蚌埠、東莞、成都等地工業(yè)企業(yè)推廣�！跋乱徊剑�我們將依托西門子工業(yè)云平臺，提高系統(tǒng)的可復(fù)制性和通用性，構(gòu)建設(shè)備監(jiān)控、物料跟蹤、生產(chǎn)過程跟蹤、人員管理和質(zhì)量追溯等五個功能模塊，針對各企業(yè)不同情況，實行模塊化組合�！睆埫髡f。據(jù)介紹，西門子工業(yè)云平臺是西門子在全球范圍內(nèi)推出的開放性合作平臺，匯集海量的專業(yè)數(shù)據(jù)和專家團隊，提供開放的功能接口，吸引行業(yè)客戶或軟件開發(fā)者開發(fā)更多的工業(yè)APP，并將這些APP推薦給更多的客戶使用�！拔磥�，我們提供的功能模塊就像樂高的基礎(chǔ)積木，客戶或合作伙伴只需要像搭積木一樣，把它的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模型逐漸搭起來�！睆埫髡f。企業(yè)簡介：西門子中壓開關(guān)技術(shù)(無錫)有限公司是由德國西門子股份有限公司與無錫電子儀表公司于1997年創(chuàng)建，市場占有率在國內(nèi)中壓開關(guān)行業(yè)的外資企業(yè)中位列前三。當前員工約900人，3個廠區(qū)占地面積共57000平方米，年營業(yè)額達到14億元人民幣，主要從事陶瓷真空滅弧室、固封式真空斷路器、氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)以及有關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計、測試、生產(chǎn)、市場銷售及技術(shù)售后服務(wù)。主營產(chǎn)品應(yīng)用于國家高鐵、國內(nèi)多個城市的地鐵和城市供電網(wǎng)絡(luò)，并遠銷馬來西亞、沙特阿拉伯和澳大利亞等國家。西門子(中國)有限公司無錫創(chuàng)新中心成立于2013年。作為西門子中國研究院與本地合作伙伴的橋梁，無錫創(chuàng)新中心致力于在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域探索前沿技術(shù)，并與本地合作伙伴、終端用戶共建應(yīng)用示范項目，探索滿足中國市場需求的創(chuàng)新解決方案。目前，無錫創(chuàng)新中心主力產(chǎn)品“基于工業(yè)云的生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)”已應(yīng)用在西門子中壓開關(guān)技術(shù)(無錫)有限公司，未來將推動構(gòu)建本地工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新生態(tài)圈。案例簡述：“工業(yè)4.0”時代，柔性制造能力決定中小型工業(yè)企業(yè)競爭優(yōu)勢。“西門子中壓工廠生產(chǎn)決策支持系統(tǒng)”，依托西門子工業(yè)云平臺，應(yīng)用智能網(wǎng)關(guān)、語義技術(shù)、OPC UA和PROFINET通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，破解多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合和極端條件下工業(yè)級通信兩大難題，構(gòu)建設(shè)備監(jiān)控、物料跟蹤、生產(chǎn)過程跟蹤、人員管理和質(zhì)量追溯等五大功能模塊，實現(xiàn)對工廠內(nèi)人、機、料各環(huán)節(jié)的全方位數(shù)字化描述和追蹤，幫助企業(yè)打造“透明工廠”，提升企業(yè)柔性制造能力。目前，該系統(tǒng)已首先應(yīng)用于西門子中壓公司7個生產(chǎn)車間，并在無錫、成都、東莞、昆山、蚌埠等地工業(yè)企業(yè)推廣。(完)