智能制造的实践探索：施耐德打造“透明工厂”

        “中国制造2025”是关乎我国制造业转型升级、争夺新一轮产业革命话语权的重大战略举措，而智能制造则是该战略落实的核心内容。施耐德（北京）中低压电器有限公司（以下简称“施耐德”）在智能制造领域有着雄厚的技术储备与独特见解，积累了大量实践经验。

        近年来，随着国际产业竞争加剧、生产成本上升、外部市场需求放缓等诸多不利因素影响，施耐德也面临着产品竞争力下降、利润下滑等困境。为此，施耐德开展了“透明工厂”建设并取得了良好成效，这对我国切实推进智能制造具有重要的参考价值。

        施耐德于2012年实施“透明工厂”建设，构建以数据融合与透明为特征、以智能生产管理为关键技术、以智慧能源管理和精益生产管理为核心系统、以信息化为基础平台的智能制造体系。截至2015年底，施耐德全员劳动生产率较2012年年均提高12%，生产成本年均降低5%，能源消耗年均降低4%，极大地提高了产品竞争力，这使得施耐德（北京）工厂在集团内部的竞争中保持了产品综合成本的优势，增强了对海外市场的出口。施耐德“透明工厂”的做法可概括为以下三点。

        以“工业以太网”为依托构建透明融合的数据系统

        该系统提供了一个面向工业自动化的以太网解决方案，其核心是采用Modbus TCP/IP，应用TCP/IP物理层以太网，开发基于IT（Internet）的产品和自动化系统。与此同时，施耐德电气公司的一些产品均可内置WEB服务器和浏览器，能从互联网上实现对产品的可视化访问：即使用TCP/IP，可引入网页技术，通过一台内置网页的变频器，可在系统网页上浏览每台机器的工况情况和状态参数。由于Modbus是一种全开放、免费提供、非常容易理解和实施的协议，从20世纪70年代诞生以来，一直在不同的工业领域中得到广泛应用，是一种事实上的工业标准。其主机/从机通信机理能很好地满足确定性的要求，这恰好与互联网的客户机/服务器的通信机理相对应。同时，Modbus在工业自动化领域中具有很高的性能价格比，是一种开放的理想解决方案。

        这样，通过开放的网络、开放的控制器、开放的软件打造集成开发平台，充分整合信息流与数据流，施耐德“透明工厂”从企业级、运营级、控制级、设备级四个维度构建了一个完整而开放的操作平台，实现对所有生产线及所有对象的集成。该系统实现了从数据传输到信息整理、再通过信息来控制设备的全过程管理，有效提高了生产效率、降低了能耗。例如，原料配送模式由后端反馈升级为前段预判，当某一生产线原料降低到一定储量时系统自动进行优化配送，保证生产线的连续高效运转。

        全方位纳入系统运行发挥不同层级员工的作用

        “透明工厂”依据不同层级架构，建立了一套包括企业负责人、工厂运营经理、车间班组长、一线工人的绩效管理体系，在“工业以太网”系统中给予接入端口，实现与其他层级人员及时交流反馈。在该系统中，企业负责人关注实时、准确的绩效管理、全面集中监控、运营效率提高；工厂运营经理关注整体设备效率(OEE)提升、甄别提升效率的关键环节、有针对性地采取措施；车间班组长关注提升产品质量合格率；一线工厂关注生产过程中的技术问题并实时反馈至系统，由上层决策人员快速提供解决方案。如果问题在规定时间内未得到解决，则会逐级上报直至得到解决。该系统保证了“透明工厂”整体运行的不间断及高效率。通过该系统，通过该系统，北京施耐德公司确保了一线工人在生产过程中遇到的实际问题可以在5分钟内反馈至车间班组长、10分钟内反馈至工厂运营经理、15分钟内反馈至企业负责人。

        再如施耐德为美洲豹汽车生产厂打造的“透明工厂”：该汽车制造厂生产线分为六个楼区，每一个楼区内使用热备冗余100M以太网光纤环网，均为独立的子网络，各楼区之间需要传输相互连锁的信息。每一个楼区生产线的PLC和机器人焊接机分别由控制中心的内置交换器控制。整个生产线与公司的广域网相连。为安全起见，采用路由器技术进行隔离，通过模板化设计后，“透明工厂”系统组态结构非常灵活，几乎不用作任何修改，即可扩展模块和子系统，能实现“即插即用”，恰到好处地添加单元和设备。这样，通过灵活的控制系统，实现了对生产过程的及时反馈与改进提升，极大提高了效率并降低生产故障率。

        构建“互联网+”管理体系提供系统解决方案

        作为传统生产型企业，为弥补在系统管理方面的天然短板，近年来施耐德有效整合集团内外部资源，围绕数字化转型进行了一系列有效并购，其中90%集中于软件业务。例如，2014年施耐德以34亿英镑（约合52亿美元）的价格完成了对英维思（Invensys）的收购，后者是一家专注于工业软件、系统和控制设备制造的公司，其在过程制造控制方面的实力超群。其后，施耐德成功构建了EcoStruxure管理平台，对电力管理、过程与机器管理、楼宇管理等环节实现有效的能耗控制。通过该平台，每个工厂及生产线都能及时监测能耗状态和漏洞，并对症下药地予以改进。同时，通过EcoStruxure管理平台，总部也能清晰掌握旗下每个透明工厂运行的整体情况。

        施耐德作为全球能效管理专家，还为其他制造业企业提供了一系列电气数据中心解决方案，包括英飞集成系统解决方案（InfraStruxure-TM）、预制模块化数据中心等。这些解决方案基于“云就绪”的概念，针对云时代客户需求，为其提供电力管理、制冷、配电等方面服务，有效降低制造业企业的能耗水平。例如，英飞集成系统解决方案可全面实现硬件、软件的系统性集成，旨在帮助企业轻松设计并构建全面支撑其当前及未来业务需要的IT物理基础设施；预制模块化解决方案显着简化了规划、设计、建设数据中心的过程，使得数据中心的部署更快速、更可预测，同时具有与业务同步扩展、高安全性与可靠性等特点。

        以精益生产管理为核心系统打造全方位透明工厂

        整体来看，施耐德“透明工厂”是建立在以智能生产管理为核心系统之上的一套精益化生产模式，从而实现生产过程的智能化与绿色化。这套核心系统包括了智慧能源管理系统及智能精益生产系统两大部分。其中：智慧能源管理系统又由不同子系统及解决方案构成，例如全厂能源管理系统、智能配电系统解决方案、节能增效解决方案等；而智能精益生产系统则包括了精益能力中心、数字化工厂及智能网联、智能自动化系统等不同组成部分。

        以智慧能源管理系统为例，它已广泛应用于化工、冶金、有色、水泥等传统高耗能、高排放行业，提供了一套行之有效的行业节能解决方案，另外该系统也在中亚变频器EMC业务等领域被广泛应用。而智能精益生产系统则可为不同行业提供智慧工厂解决方案、精益生产咨询、智能产线自动化改造方案等服务，如机械、食品饮料、医药等大中型制造类企业已广泛采用“透明工厂”解决方案。

        此外，施耐德还构建了服务于政府管理的整套工业信息化云平台，包括全省能源管控中心（负责能源监控及管理），省级能源交易中心（负责电力峰谷交易、碳交易等）、省级制造业信息中心（负责不同行业的全产业链管理）。这样，通过充分运用“互联网+”手段，以工业信息化云平台作为政府推进“中国制造2025”的基础，以智慧能源管理系统与智能精益生产系统为企业实现智能制造的具体措施与抓手，便可打造出全方位的“透明工厂”体系。

        总而言之，施耐德“透明工厂”虽不是建立在大规模自动化生产设备之上，但却充分运用“互联网+”的方式实现了内部高效智能管理，提升了现有设备及人员的运行效率，即“智能生产+智能管理”模式，通过构建包含制造执行系统（MES）和先进过程控制系统（APC）的制造业自动化系统，实时检测生产过程中出现的问题并及时处理，控制工艺流程，提高产品质量，这正是智能制造理念的准确实践。

        目前施耐德“透明工厂”的概念已被广大用户接受，并在制造业、电力、水电、冶金、矿山、交通、基础设施等领域广泛应用。

        从整体上看，我国仍处在“工业2.0”补课、“工业3.0”普及、“工业4.0”示范的多模式并存状态。施耐德“透明工厂”建设作为智能制造的实践探索，实现的不仅是提高生产自动化条件，更是通过有效管理系统提高全员参与度和运行效率，这使得我们对智能制造的内涵有了崭新的认识与理解，即实现智能制造并非一蹴而就、一步到位的过程，应结合现实条件与资源禀赋，对生产流程管理、生产工艺提升等环节进行逐步优化，不应只重视“硬设备”升级而忽略“软实力”提升。因此，为早日实现我国制造业智能升级，更好推进“中国制造2025”战略，需要对目前我国智能制造实践中的一些误区进行反思。