西门子大连工厂：通讯与IT 提升全厂价值

发布时间：2015-04-29 作者：www.cechina.cn

　　每一个关注制造业最新动态的人，想必都不会对"数字化制造"这一名词感到陌生。但在国内工业领域的生产企业中，究竟有没有一个活生生的"数字化制造"的样本呢？事实上，在大连高新技术产业园区，坐落着这样一家工厂--西门子传感器与通讯有限公司。从某种程度上讲，这家工厂可以称得上是西门子自身在打造"制造业的未来"这一愿景上，一个非常成功的成果。同时，它为当前国内工业企业推进"数字化制造"，提供的最具参照性的鲜活样本。

　　现实需求驱动模式转变
　　大家往往惯性地认为，数字化制造的标准样本应该在汽车制造厂，那里生产规模大，工艺复杂，而且工厂投入也大。然而，数字化制造的理念并非只限于个别工业门类，而是一种普适的理念。这种理念的实践，从理论上讲，只要通过需求拉动，就是可以逐步推进、实现的。西门子大连（SSCL）工厂成立于2006年、建筑面积约1.5万平方米的工厂，主要业务是生产制造工业过程仪器仪表，如流量计、压力变送器、物位传感器、动态称重产品等，这些产品广泛应用于油气、化工、电力、钢铁、医药等关乎国计民生的重要领域。不难发现，西门子大连工厂之所以能够成为最接近西门子"制造业的未来"愿景的标杆，与这家工厂在多个维度上的特点和需求密不可分。
　　首先，西门子大连工厂所生产的工业过程仪器仪表，是一类兼具高精度、高可靠性、高质量等特点的产品。作为如此高要求产品的生产基地，对于在生产、物流、质量控制等各个方面管控水平的提高，无疑具有非常现实的需求。
　　其次，西门子大连工厂无论在设备、技术的先进性上，还是在人员团队上，管理模式和操作模式都代表了西门子在中国地区的最高水平之一。例如，到目前为止，西门子最大口径直径达3米的流量计标定现场就在这家工厂，其领先水准可见一斑。这样优秀的基础，也为工厂实现"数字化工厂"创造出了良好的条件。
　　当然，大连工厂迫切走向升级的根本推动力，最终还是来源于市场需求的转变。随着市场需求的不断发展，过程仪器仪表这类产品在型号上越来越细化，要求在生产上满足定制化、快速反应、订单拉动式的生产模式。
　　西门子大连工厂总经理高兴宁（Grosch Christian）谈到："由于仪表的定制化需求特点非常明显，大连工厂产品线经过各种配置的组合变化，提供的全部产品配置可高达8400万种，如此可观的产品细分差异，在高兴宁的记忆中，即使大连工厂已经运转多年，仍然没有把所有的产品序列全部生产过。而且在如此庞大的产品序列选项基础上，每年仍会产生很多新的需求，这对于工厂的各个环节都会提出挑战。"
　　在这种趋势下，大连工厂也迫切需要在生产人员编制、现有资源不变的情况下，实现生产的柔性化和产能的倍增。由此，这家勇于成为产业升级先行者的工厂，正式拉开了以通讯与IT为途径提升全厂价值的序幕。
　　多种通讯方式的交织共赢
　　我们常说，工业通讯是贯穿于现代工厂各个环节的"神经系统"。随着当今工业生产过程中的数据信息越来越多，工业通讯的稳定性和灵活性就变得越发重要。西门子过程自动化与驱动集团工业通讯业务总经理钱晓伦指出："可以说，一家企业要想实现'工业4.0'，（"工业4.0" 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助，在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿欧元。）就要首先实现"数字化制造"，要首先实现'工业通讯4.0'。（记者注：'工业通讯4.0'并非西门子的官方说法，但这种形象的说法，可以让用户认识到工业的升级，首先是工业通讯网络的升级。）工业通讯体系的升级，是整个企业实现整体优化升级的先决条件和基础。"
　　对于西门子大连工厂而言，要想实现"工业4.0"的远期目标，实现"数字化制造"是核心的步骤。打造一套领先的工业通讯架构也成为了其升级的一个重要途径。经过一系列的投资和工程实施，当前大连工厂已经形成了结合有线网络、无线网络与RFID（无线射频识别）系统等多个组成部分的完整通讯架构，并实现了生产网络和办公网络的无缝对接。
　　值得一提的是，西门子功能灵活、性能稳定可靠的SIMATIC工业识别技术（RFID），和覆盖全厂的SCALANCE 工业无线网络和高可靠、高稳定的SCALANCE工业有线网络，无疑成为了大连工厂"工业通讯4.0"体系中最大的两三个亮点。
　　首先，SIMATIC RFID系统的采用，大大改善了生产信息和物流信息追溯的状况，有力实现了信息流与物质流的实时同步。据了解，当前大连工厂应用的SIMATIC RFID系统，可以对产品及其组件的全部在厂环节进行各项信息的追踪，贯穿全部二十多个工序。形象一点地说，产品在大连工厂途经的任何一个环节中，其各项"身份"、"履历"、"生涯规划"等档案信息将会藉由SIMATIC RFID系统一路紧紧跟随在其左右。
　　对此，高兴宁指出，仪器仪表产品的生产工艺非常复杂，包括高温，高腐蚀的工艺环节，需要不受到这些因素影响的、可耐受极其恶劣工业环境条件的SIMATIC RFID系统来实现信息的追溯，而纸质的条码是无法经过这些工艺考验的。而且SIMATIC RFID标签可以按批次的循环使用，是一种既方便又经济的选择。他谈到："SIMATIC RFID的使用，一开始是最先广泛应用在技术条件最高的汽车制造业里，今天我们从汽车制造业借鉴这种有价值的技术，将其用于仪表生产中，也正是考虑到了仪表产品生产中在精密、多样性、定制化和可追溯等方面的现实需求。"
　　负责工厂制造的经理智新标也谈到："传统信息追踪采用的纸质单据，需要操作人员不断地记录、核对，不仅可能出现错误，而且一旦发生修改，很容易导致延迟甚至信息不对称。而依靠SIMATIC RFID这种工业识别技术，其数据源是统一的，无论是工序的传递还是信息的修改都是在系统内自动完成的，不会出现任何错误。这种数据源统一的思想，也是智能工厂理念的一个重要体现。"当然，据了解，在SSCL大连工厂中，并非所有的仪表生产线都采用了SIMATIC RFID技术实现产品生产过程信息可追溯，条码识别、及个别环节的纸质单据仍然存在。对于这个细节，智新标道出的理由令人颇受启发，他说工厂采用SIMATIC RFID是因为它的作用明显，又不受工艺制约。而且有些外协的工艺，进度、状态追溯起来非常方便。但如果考虑到性价比，在一些产品工艺上，条码的作用目前还是可以应付的。长期在生产一线负责的智新标，能从生产需求的实际出发，并不一味地追求先进技术应用，而是按需推进技术升级。这是非常值得国内工厂借鉴的务实的经验。
　　而SCALANCE 工业无线网络的广泛应用，同样是西门子大连工厂的一个亮点。据了解，通过广泛采用"AC+瘦AP"模式（即由SCALANCE无线局域网控制器对若干SCALANCE无线接入点进行控制、管理、配置的模式）的无线组网方式，大连工厂实现了全厂无线网络的覆盖，并使SIMATIC RFID系统的信息得以实时接入工厂网络。在这种模式下，SCALANCE无线局域网控制器不仅可以自动检测和调整各个SCALANCE无线接入点的负载量，实现其负载均衡；同时还可以根据周围的无线干扰情况，自动调整SCALANCE无线接入点使用的信道，使其免于受到干扰。以上这些智能化无线组网的功能特点，都保证了整个网络的健壮性和可靠性。
　　西门子大连工厂IT部门负责人孙海燕谈到："今后，工厂里会越来越多地出现移动办公的趋势，人们不再长期坐在固定的办公桌前工作，而是随时会深入到生产车间现场，或是不时移动到各个会议室里。而在这些条件下，都需要能够随时随地联网办公，我们必须为这样的需求做好准备。"所以在大连工厂，一个无处不在的SCALANCE 工业无线网络系统得以搭建起来，不管员工身处办公环境还是生产环境，都不会感到任何的信息屏蔽和阻碍，达到了系统资源最大的优化整合，也实现了信息的最大化共享。
　　SIMATIC RFID系统、SCALANCE 工业无线网络和SCALANCE工业有线网络系统的协调应用，在本质上实现了很多价值的提升，这其中既包括已经实现的收益，也包括未来很多潜在的可能性。
　　首先，整个工厂内数据信息流的管理得到了极大改善：从原材料入厂，到库存、生产、加工、工艺，一直到交付，整条线实际上已经能够通过物联网进行整体的管理。其次，生产网络和办公网络实现了无缝对接。办公网络要求高性能、高带宽、高灵活性，而工厂网络则强调高可靠性、高准确性、和高平均无故障率时间，西门子的工业通讯解决方案一举把这两个原来的信息孤岛连接起来了，这对于实时管理工厂是意义重大的。
　　此外，成本和效率实际上也得到了不小的改善。在完全依靠有线网络连接的情况下，任何生产环节和设备的调整、任何布局的优化都可能面临重新布线，同时还存在较多的线缆损耗、线缆维护的问题，无形中带来了很高的成本。而采用无线覆盖后，任何生产布局的优化和调整都不再带来改变网络硬件设施的问题，换到任何位置都能够保持无线网络连接的畅通无阻。用孙海燕的话说："无线网络架构经过一次初始投资之后，几乎是一劳永逸，它节省的是今后长期的、难以估量的改造和维护成本。"
　　而在维护的效率方面，利用西门子的专业网络管理软件，还可以很方便地通过覆盖全厂的无线网络进行"全厂诊断维护"，即不再需要通过人力对厂区的设备进行逐一巡检，也能了解设备的实时状态信息，更是大大节省了维护的时间和复杂程度。
　　IT：点石成金的妙手
　　随着信息化和自动化在实际生产中的不断融合，IT的地位和重要性在现代工厂中也越来越凸显。在西门子大连工厂中就更是这样，可以说IT已经成为了各个业务部门在流程和管理上"点石成金"的妙手。
　　这是因为，随着时间的推移，大连工厂生产的产品种类越来越多，每套产品都会有自己不同的应用，在这种情况下ERP、PLM、MES等系统也陆续投入使用。这就使得大连工厂的IT部门必须要开始考虑，在各种系统应用的复杂环境中，怎么提供一个更稳定更高效的IT应用平台。而且随着客户的要求越来越高，越来越细化，IT部门也开始更多地投入到业务流程的优化上。
　　这些需求和环境的变化，在很大程度上带来了IT部门角色的转变。在工厂建立初期，各方面需求都比较简单，IT部门一度将很多时间花在对网络通信设施的基础性维护上。到了今天，这部分基础的职能早就已经通过外包服务等模式解决。IT部门的定位却发生了根本性的转变，这个部门已经转变成了整个企业流程的咨询者，不断挖掘企业潜能实现优化成为了他们主要的挑战。
　　孙海燕谈到："现在，我们的职责是审视各种业务应用，找到哪些地方可以改进，哪些地方可以更加智能化，减少不必要的手工工作。俗话说'没有最好，只有更好'，这种持续改善的过程几乎是没有尽头的。"
　　谈到当前业界关注的智能化生产，孙海燕认为，智能化的生产单纯依靠IT部门或单纯依靠生产制造部门都是难以实现的，必须要将两者结合起来。她指出，生产部门通常会更多地从生产控制、生产过程的角度去着手，而IT部门则会帮助他们做一些软件上的优化，并充分利用网络与通讯的力量来挖掘信息带来的潜力。即便生产部门有再高精尖的制造设备，如果脱离了网络平台和通讯平台，也是运转不起来的。尤其是现在的智能化生产，很多时候是依靠信息的高速传输来实现的，从投入生产到生产制造的每一个工序，每一个步骤，这些都要做一个信息流的控制。
　　比如，对PLM的应用，就是大连工厂业务协作流程中非常重要的一环。据孙海燕介绍，PLM是从整个产品生命周期的角度进行管理，从最初形成市场意向的时候就要开始使用PLM系统，接下来一路从市场分析、市场调查，到产品的研发、图纸的设计，再到投入生产，一直到产品生命周期的完结，都离不开PLM系统。同时，PLM也是ERP前端的一个信息来源。
　　而通过ERP、MES系统，则可以管理生产的每一个环节，实现产品的信息追踪、信息查询，信息追溯。从接到客户订单的一刻，企业就可以开始追溯订单的状况，比如订单是否已经投入生产？生产到哪一个环节？哪一刻能够出库？哪一刻能够交付？这首先是物流环节的一个追踪。
　　另外，还有对原材料和质量的追踪。工厂生产出来的产品，即便在预期上有百分之百的质量保证，也还是不可避免地会出现一些质量风险。当出现这种情况，企业可以利用这些系统追溯到原材料的层级。比如，追溯到哪个材料出了问题，和这个材料同一批的其他材料是否也有问题等等，最终一直可以追溯到这个材料当时的采购订单状况。
　　这些信息化系统能否发挥最大的作用，最关键的因素还是使用系统的人。各部门的员工是不是有足够的经验去把控这个系统的一些应用，是不是能发掘系统的潜力，往往在很大程度上决定了系统实际的应用效果。对此，孙海燕深有感触："比如最开始，员工对系统的了解只是停留在操作层面，但随着经验的不断丰富，他会开始关注在他的流程里有没有一些可以优化的地方，或者是否需要对不合理的地方进行改进。逐渐地，他们还会主动运用数据挖掘、数据分析系统和报告系统，对管理工作起到更好的支持作用。"为了满足各个部门系统使用者这种越来越高的需求，IT部门也会竭尽全力为他们提供支持，比如在挖掘系统原有功能的基础上，也会自己做一些开发。
　　让孙海燕感到欣慰的是，经过多年的配合，大连工厂的生产部门和IT部门的配合越来越紧密，也形成了一些行之有效的合作机制，让价值的提升越来越流畅。孙海燕谈到："如果IT部门单打独斗，可发挥的价值并不大，IT必须和业务部门紧密结合，价值才会成倍地体现出来。而且，不仅每个部门的流程可以得到优化，多个业务部门之间协同工作的流程也具有很大的优化潜力，我们IT部门必须要把这种'催化剂'的作用不断地体现出来，实现持续的改善。"
　　高兴宁有一番话，恰恰最为精辟地指出了工业通讯和IT信息化技术在未来的无穷潜力，这不仅仅是对于西门子大连工厂而言，更是对于整个产业中每一个希望提升竞争力的企业而言的。
　　他说："企业要实现'工业4.0'必须要'两条腿走路'，一条腿是实体世界中的自动化，另一条腿则是虚拟化世界的信息化。而首先要构建先进的网络硬件环境，建立统一的语言系统，并不断发展下一代智能化的应用，这样才能真正实现实体世界和虚拟化世界的无缝互联，包括设计到生产的互联、移动设备的互联、机器与机器的互联和物联网应用，为'工业4.0'愿景的真正实现打造出坚实的平台。"