“智能制造”從騰空出世到變?yōu)闊嵩~，僅用了短短幾年時間。今天，凡是和制造業(yè)沾上邊的人，都會在談話間看似不經(jīng)意地將其拋出，以亮明身份。然而，當問到什么是智能制造時，卻鮮有人能講出一二，即便是業(yè)內(nèi)專家也難于平鋪直敘地講清楚什么是智能制造。
本文作者為：羅克韋爾自動化（中國）有限公司
技術(shù)能力中心經(jīng)理李仲杰先生
幸運的是，在2017年底，時任中國工程院院長周濟在南京世界智能制造大會的主旨演講中為大家指點了迷津，指明了智能制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向。由此，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也逐漸晉升為業(yè)內(nèi)新的第一熱詞。
然而，數(shù)字化只是實現(xiàn)智能制造的第一步。進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型后，企業(yè)必須通過互聯(lián)讓數(shù)據(jù)得以傳遞和利用，從而真正發(fā)揮數(shù)字化的價值，這也是近年來智能數(shù)字化設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域快速發(fā)展迭代的主要推動力，建立互聯(lián)企業(yè)的迫切需求也由此而生。
在一個企業(yè)中，把各種數(shù)字化設(shè)備、生產(chǎn)系統(tǒng)、企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)及人連接在一起，使得人與機器及流程有機結(jié)合起來，從而為生產(chǎn)運營創(chuàng)造出新價值的生態(tài)體系，我們簡單稱之為互聯(lián)企業(yè)。羅克韋爾自動化在2013年就根據(jù)當時的技術(shù)發(fā)展趨勢，提出了互聯(lián)企業(yè)的發(fā)展理念和愿景，并致力于促進其技術(shù)演變發(fā)展，幫助客戶構(gòu)建互聯(lián)企業(yè)，實現(xiàn)智能制造。
雖然智能制造難于用統(tǒng)一的語言來描述，但是實現(xiàn)智能制造方法論卻比較有章可循，互聯(lián)企業(yè)就是這樣的一個方法論。它幫助企業(yè)在原有自動化和信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，更容易獲取數(shù)據(jù)、利用數(shù)據(jù)和分享信息。理解了互聯(lián)企業(yè)的內(nèi)涵和外延，就可以在企業(yè)中循序漸進地構(gòu)建起一個互聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)智能制造。
為何互聯(lián)？
為何實現(xiàn)智能制造必須先建立起互聯(lián)企業(yè)？
最重要的原因還是在于數(shù)字化。
隨著技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)底層的設(shè)備已經(jīng)普遍采用了各種數(shù)字化的設(shè)備，從傳感器、儀表到執(zhí)行機構(gòu)都具備了數(shù)字化的屬性。數(shù)字化設(shè)備可以在完成本職工作的同時，積累各種數(shù)據(jù)，讓人們可以掌握現(xiàn)場發(fā)生的動作和設(shè)備的健康狀態(tài)等信息。但這些數(shù)據(jù)只有被工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳送和利用時，才可以幫助企業(yè)實現(xiàn)預(yù)測性維護等功能，真正創(chuàng)造價值。
目前制造業(yè)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要由工業(yè)以太網(wǎng)以有線的形式來實現(xiàn)，這種形式還將持續(xù)一段時間，估計5~10年左右，自組5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將推動工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進入無線階段。
在生產(chǎn)現(xiàn)場普遍實現(xiàn)數(shù)字化的同時，對于產(chǎn)線級的控制系統(tǒng)就有了更高的要求。因為這個時候，處于ISA-95架構(gòu)一層和二層的控制系統(tǒng)，除了需要完成常規(guī)的自動化任務(wù)以外，還必須具備邊緣計算的能力。這主要由于底層的數(shù)字化設(shè)備除了提供控制信號外，還帶來了大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在邊緣層進行就地處理可以更快地響應(yīng)現(xiàn)場需求，同時又節(jié)省了對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。因此一層和二層的控制系統(tǒng)就需要應(yīng)用集控制和信息一體化的架構(gòu)來完成。
如果在這個層級企業(yè)可以以同樣的系統(tǒng)和架構(gòu)，通過應(yīng)用不同的組件和模塊，實現(xiàn)多種控制方式，那么實現(xiàn)互聯(lián)將變得非常容易。譬如在通常的離散控制系統(tǒng)，加上運動控制模塊可實現(xiàn)運動控制的功能，加上流程控制的軟硬件可以實現(xiàn)過程控制，以此類推至批次控制、傳動控制、安全控制等等，從而讓企業(yè)不同的流水線、不同的工段和車間都可以利用同樣的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)。在這樣的架構(gòu)下，你可以輕松地將整個企業(yè)價值鏈的生產(chǎn)數(shù)據(jù)流和產(chǎn)品物流同時打通，擴展一下還可以進一步連接供應(yīng)鏈和市場銷售網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)橫向的互聯(lián)。
這個層級的控制系統(tǒng)完成控制程序和數(shù)據(jù)處理后，其結(jié)果部分作為命令回饋到底層設(shè)備，還有一些數(shù)據(jù)則提供給三層的信息化系統(tǒng)，如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）或者生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)（MOM）作為底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。MES和MOM往上對接ERP等企業(yè)級系統(tǒng)，往下對接生產(chǎn)控制系統(tǒng)，使企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流在縱向也可以完全打通。所以互聯(lián)企業(yè)可以為制造企業(yè)實現(xiàn)智能制造所需要的橫向互聯(lián)、縱向互聯(lián)及端到端互聯(lián)打下堅實的基礎(chǔ)。
互聯(lián)企業(yè)的那些“好”
構(gòu)建互聯(lián)企業(yè)究竟能為企業(yè)帶來哪些好處呢？
總結(jié)起來有“三好”。
橫向互聯(lián)快速響應(yīng)市場
橫向互聯(lián)讓企業(yè)一手連接市場，一手鏈接供應(yīng)鏈，企業(yè)在中間既可以快速準確地獲得市場的變化信息和客戶的偏好趨勢，又能夠及時地與供應(yīng)鏈合作起來，調(diào)動企業(yè)資源和供應(yīng)鏈資源一起應(yīng)對變化，從而使企業(yè)永遠快人一步，以更快的速度推出更契合市場需求的產(chǎn)品。
縱向互聯(lián)提升運營水平
縱向互聯(lián)讓企業(yè)內(nèi)部自上而下的數(shù)據(jù)傳遞更加流暢，ERP系統(tǒng)接受客戶訂單后，可以第一時間下達至MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)把訂單分解成生產(chǎn)人員、設(shè)備和物料的安排并開始組織生產(chǎn)。反過來，生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生的活動、OEE、生產(chǎn)進度、生產(chǎn)過程中的設(shè)備健康狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量、物料的損耗等信息也可以自下而上地傳遞給管理人員供決策使用。總之企業(yè)的數(shù)字化使得工廠方方面面的情況更加透明，而數(shù)據(jù)互聯(lián)后則可以進一步幫助企業(yè)管理者隨時掌握企業(yè)的運營情況，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)設(shè)備利用率，提升生產(chǎn)效率，降低企業(yè)風(fēng)險。
端到端互聯(lián)降低運營成本
數(shù)字化互聯(lián)企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在企業(yè)不同的系統(tǒng)里有不同的作用，因此在企業(yè)內(nèi)部各系統(tǒng)中進行端到端的數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)也可以創(chuàng)造重要的價值。如倉儲管理系統(tǒng)和供應(yīng)鏈訂單系統(tǒng)的互聯(lián)、企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)及產(chǎn)品的售后服務(wù)系統(tǒng)之間的互聯(lián)等等。為了更好地感受端到端互聯(lián)的“迷人”之處，我們用一個生活中的例子作類比：當病人去醫(yī)院看胸科時，醫(yī)生會安排病人去做各種化驗和拍片檢查，隔天同一個病人又去看消化科時，醫(yī)生可以直接調(diào)用昨天在胸科獲得的基礎(chǔ)報告數(shù)據(jù)，而不用再重新檢查一次，這個數(shù)據(jù)甚至可以在不同醫(yī)院進行共享。這兩個醫(yī)院和科室使用這個報告的目的可能是不同的，但是這個簡單的端到端互聯(lián)的例子大大節(jié)約了資源和時間，因而可以同時為病人和醫(yī)院帶來巨大價值。
互聯(lián)的初心就是要通過對數(shù)據(jù)的利用為企業(yè)帶來新的競爭優(yōu)勢，互聯(lián)企業(yè)建立的過程也是對數(shù)據(jù)從采集到利用再到優(yōu)化的過程。通常，企業(yè)數(shù)據(jù)利用的最后階段也是深度利用的階段是由大數(shù)據(jù)平臺來完成的，這也是產(chǎn)生很多智能化應(yīng)用的基礎(chǔ)平臺。這個大數(shù)據(jù)分析處理平臺也叫做工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。總結(jié)來說，將數(shù)字化設(shè)備、數(shù)字化生產(chǎn)線和生產(chǎn)車間、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)數(shù)字化業(yè)務(wù)系統(tǒng)（ERP）、云端（私有云或者公有云）的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，按照ISA-95架構(gòu)建立起來的互聯(lián)企業(yè)正是企業(yè)實現(xiàn)智能制造值得參考的基本范式，也是智能制造之數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展道路的落地形式。
