何懿文

一、德國安貝格西門子智能工廠

作為工業(yè)4.0概念的提出者，德國也是第一個實踐智能工廠的國家。位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠就是德國政府、企業(yè)、大學以及研究機構合力研發(fā)全自動、基于互聯(lián)網智能工廠的早期案例。占地10萬平方米的廠房內，員工僅有1000名，近干個制造單元僅通過互聯(lián)網進行聯(lián)絡，大多數(shù)設備都在無人力操作狀態(tài)下進行挑選和組裝。最令人驚嘆的是，在安貝格工廠中，每100萬件產品中次品約為15件，可靠性達到99%，追溯性更是達到100%。這樣的智能工廠能夠讓產品完全實現(xiàn)自動化生產，堪稱智能工廠的典范。其中有很多值得學習和借鑒的地方。

數(shù)字化工廠概念：數(shù)字化工廠不是無人工廠，而是根據(jù)生產工藝的實際情況，在考慮投資成本的情況下，為人提供最佳支持。這一點在安貝格工廠得到了很好的體現(xiàn)。整個廠內甚至沒有看到一臺六軸機器人，但求所需，無求多余。目前安貝格工廠仍有1200多名員工，一條生產線仍然有6-8名操作工人，同時有30-40人的技術人員進行支撐，確保物料、設備、產品檢驗等工作。

持續(xù)改進的過程：安貝格工廠走到今天這樣出色，是持續(xù)改進的結果，“質量第一”仍然是其發(fā)展戰(zhàn)略的重中之重。歷經25年，通過持續(xù)的改善，在員工沒有增加的情況下，產能提高到原來的8倍，質量從上世紀90年代的560百萬出錯率，下降到2014年的11.5百萬出錯率，質量水平達到了99.9989%。可見質量是企業(yè)的生命線，而數(shù)字化、網絡化、智能化的工廠也絕對不是一蹴而就的，需要對產品、工藝進行持續(xù)的改進。

數(shù)字雙胞胎概念：西門子認為安貝格工廠的成功是數(shù)字化的成功，將工藝的規(guī)劃與工程化、生產系統(tǒng)的規(guī)劃與工程化、仿真優(yōu)化及驗證全部實現(xiàn)數(shù)字化，并且能夠達到實體與數(shù)字信息同步，達到設計、制造、調試信息一體化的聯(lián)動，其中任何一個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)變化，都能在整個環(huán)節(jié)上同步進行變更，強調的是集成的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準。

信息化系統(tǒng)與自動化裝備的高度結合：安貝格工廠的生產過程的自動化率達到75%，但更為關鍵的是物流的自動化與信息的自動化、生產過程的自動化相匹配，真正達到了物流、信息流及仿真的完美統(tǒng)一。

模塊化設計：縮短為客戶提供服務的周期，為客戶提供更加便捷的服務。目前安貝格工廠為全球6萬多家客戶提供產品，達到自接到訂單，最短可達到一天之內為用戶提供產品，生產組織形式真正高效、靈活。其中，模塊化設計是其能夠靈活組織生產的重要保證，模塊化設計包含產品的設計，也包含了生產設備、信息化軟件系統(tǒng)的模塊化設計與相對標準化的設計。

另外，安貝格工廠的生產現(xiàn)場布局也很有特點，在場內基本看不到地面排線等，據(jù)西門子的專家介紹，其排線系統(tǒng)與物流系統(tǒng)一樣，都放在了一樓，地面上設了多個能源供應點，可以根據(jù)生產布局的需要隨時靈活調整。

綜上所述，數(shù)字化、模擬仿真、模塊化及相對標準化的產品設計，基于自己產品的物料清單和工藝清單的數(shù)字化，以及信息化與自動化的高度融合是德國實現(xiàn)“工業(yè)4.0”的重要因素。對產品設計和生產工藝持續(xù)的改進，并且不斷地將BOM與BOP進行數(shù)字化后與自動化裝備完美結合，才是不斷提高生產效率、改善產品質量的王道。

二、施耐德電氣ECOStruxure能效管理平臺

全球能效管理專家施耐德電氣2010年推出EcoStruxure能效管理平臺，該平臺融合施耐德電氣在電力、工業(yè)、建筑樓宇、數(shù)據(jù)中心和安防5個領域的獨特技術和專業(yè)經驗，為需要尋求多個業(yè)務領域提高能源效率的客戶提供智能化的能源管理解決方案。

EcoStruxure的承諾主要基于兩個方面：首先，EcoStruxure是基于5個技術領域里有特定目的的應用的最全面組合，而這五個領域是解決能源方程所必需的。（1）電力：為設施、工廠提供完整的電源管理解決方案，實現(xiàn)高效、安全、可靠的電力分配。（2）數(shù)據(jù)中心：APC by Schneider Electric為數(shù)據(jù)中心提供了備受贊譽的InfraStruxure架構，該架構采用了模塊化的、可擴展的方法，不但可以優(yōu)化關鍵電源和制冷服務，還可以改進重復建設導致的低效。（3）工業(yè)：自動化解決方案關注靈活性、可擴展性、易使用性，面向最終用戶及原始設備制造商需求提供自動化控制和管理控制平臺。（4）建筑樓宇：管理解決方案關注降低安裝和運營成本，并通過對溫度、照明以及百葉窗等的實時控制來提高最終用戶的舒適度。（5）安防：Pelco by SchneiderElectric提供的架構擁有行業(yè)領先的視頻、門禁與安保技術，可以盡可能地降低計劃外的停機而導致的成本和效率損失，并提供全面的風險分析。其次，EcoStruxure能夠將以上五種技術整合在開放的、靈活的技術平臺上，（該系統(tǒng)需要用到IP和網絡服務），并能夠連接特定應用，設置不同級別。

除了實現(xiàn)了對電力、工業(yè)、建筑樓宇、數(shù)據(jù)中心和安防5大領域的技術和專業(yè)經驗的整合，EcoStruxure與其子系統(tǒng)更強調軟件帶來的靈活性。例如其為河北某鋼鐵集團執(zhí)行的MES項目，施耐德電氣為其10個廠區(qū)所有車間提供了統(tǒng)一的能源信息管理平臺，可以采集80000個水、電、蒸汽數(shù)據(jù)，囊括1800個電表，100個MES用戶。項目實施下來據(jù)估算該客戶每噸鋼的生產可節(jié)省100元的能源費用。同時，為客戶提高了能源管理的可視化、可追溯及準確性。

此外，施耐德電氣自2007年加入ODVA以來，工業(yè)以太網架構相關產品和解決方案一方面會繼續(xù)保護已有的客戶在ModbusTCP協(xié)議上的投資，同時延續(xù)和支持CIP技術的服務和協(xié)議，尤其是EthernetIP協(xié)議。以論壇上一個互操作的demo為例，可以看到施耐德電氣的產品可以與其他品牌在整個系統(tǒng)中非常好地整合在一起。施耐德電氣可以提供整個基于以太網架構的完整自動化方案，但是并不局限客戶只可以采用施耐德電氣的自動化產品，這樣可以給用戶更多的選擇。

施耐德電氣的發(fā)展方向是將以太網從信息和控制層面，向下延展到現(xiàn)場設備層面，比如和一些電氣設備如變頻器、馬達保護單元、電能和其他能源介質的測量儀表和一些關鍵的資產和設備等。同時其核心控制器PAC系列也將實現(xiàn)從傳統(tǒng)的封閉式背板總線技術向以開放以太網技術過渡，實現(xiàn)“一網到底”的夢想，向“以太網內置”跨越。

三、美國通用公司的“工業(yè)互聯(lián)網”

由于制造業(yè)巨頭德國提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，大大刺激了處于世界高端技術的領導地位的美國。所以，由通用公司倡導的“工業(yè)互聯(lián)網”戰(zhàn)略在美國興起。進而，AT&T、思科、通用電氣、IBM和英特爾幾家互聯(lián)網巨頭宣布成立美國工業(yè)互聯(lián)網聯(lián)盟，正式進入美國“工業(yè)4.0”時代。

美國通用公司提出的“工業(yè)互聯(lián)網”與德國的“工業(yè)4.0”類似，即將智能設備、人和數(shù)據(jù)連接起來，并以智能的方式利用這些交換的數(shù)據(jù)。在通用看來，打造一個工業(yè)互聯(lián)網必須具備三個要素：首先是智能機器，一是需要在機器上安裝很多的傳感器，傳感器的功能是收集各種數(shù)據(jù)，能讓企業(yè)了解和知道機器運行的狀況。二是在收集到數(shù)據(jù)的基礎上對機器進行控制，使機器的運行達到最優(yōu)化。通用在這方面做了很大投資，安裝大量傳感器，在此基礎上進行分析或讓機器智能化。第二個要素就是對于所收集回來的數(shù)據(jù)保存與處理分析的能力。在通用所出產的大型燃氣輪機上，安裝在葉片上的一個傳感器，一天所生成的數(shù)據(jù)就將達到500TB?？梢韵胂褚幌?，如果一臺燃氣輪機有20個傳感器，而這樣的設備全球有12000臺，其數(shù)據(jù)量會是怎樣的規(guī)模？為打造存儲和廣義海量數(shù)據(jù)的能力，通用公司通過購買Pivotal公司10%股權的方式，在這方面加大投資力度。第三個要素則是數(shù)據(jù)人才方面，即培養(yǎng)大量的具有分析和數(shù)據(jù)挖掘能力的人才，尤其是那些具有很強的數(shù)學、統(tǒng)計、運營、研發(fā)實力的博士生，來培養(yǎng)這方面的人才。

2015年6月，通用電氣向所有企業(yè)開放Predix操作系統(tǒng)，幫助各行業(yè)的企業(yè)創(chuàng)建和開發(fā)自己的工業(yè)互聯(lián)網應用。在軟件定義的時代下，Predix設備將可面向復雜的對象與龐大的數(shù)據(jù)，可確保傳感器、監(jiān)控、現(xiàn)場設備之間開放、安全地通信，并可實現(xiàn)基于云的管理與服務。Predix是一個軟件平臺，負責將各種工業(yè)資產設備和供應商相互連接并接入云端，并提供資產性能管理（APM）和運營優(yōu)化服務。GE的APM系統(tǒng)每天共監(jiān)控和分析來自1萬億設備資產上的1000萬個傳感器發(fā)回的5000萬條數(shù)據(jù)，終極目標是幫助客戶實現(xiàn)100%的無故障運行。

為了實現(xiàn)該理想，通用電氣不斷擴大其與英特爾和思科的合作關系，來不斷加強機器、系統(tǒng)、工業(yè)網絡設備之間的互聯(lián)，不斷實現(xiàn)不同設備制造商之間產品、設備的互通互聯(lián)，使得更多設備通過Predix操作系統(tǒng)更容易地集成到他們現(xiàn)有的設施中去。思科和通用電氣已經開發(fā)出一種Predix-ready思科工業(yè)路由器，外部經過強化處理，能夠經受石油和燃氣設施的惡劣環(huán)境考驗。在網絡連接性方面，GE還與軟銀、Verizon和沃達豐達成全球聯(lián)盟，為工業(yè)互聯(lián)網優(yōu)化無線網絡連接方案。GE還與AT&T合作通過AT&T的網絡將火車、貨輪和飛機引擎連入云端。

四、日本安川電機的工業(yè)機器人

日本工業(yè)機器人行業(yè)的巨頭主要有安川電機、不二越、發(fā)那科等，這幾大公司堪稱日本機器人產業(yè)的基石，其中安川電機的工業(yè)機器人生產數(shù)量居世界第一，該公司的MOTOMAN工業(yè)機器人是日本首個全電動式工業(yè)機器人，廣泛應用于汽車、電器制造等領域。安川的運動控制事業(yè)部通過豐富的Drive（驅動）、Motion（運動）、Controller（控制）產品組合，為從一般工業(yè)機械到高精度機床機械，提供高性能、高生產率的解決方案。其中，變頻器占30%，伺服占70%。

安川電機成立于1915年，最初專業(yè)生產電動機。源于對電機產品的深入了解和“以獨特的技術，為社會和公共事業(yè)做貢獻”的理念，經過100多年的專注研究和發(fā)展，安川電機如今在多個領域都首屈一指。截至2011年，安川電機生產的變頻器、交流伺服電機、機器人三項產品的全球市場份額均位于首位。

1977年安川電機運用獨自的運動控制技術開發(fā)生產出了日本第一臺全電氣化的工業(yè)用機器人一莫托曼1號。此后，相繼開發(fā)了焊接、裝配、噴漆、搬運等各種各樣的自動化作用機器人，并一直引領著全球產業(yè)用機器人市場。截至2014年，安川電機的工業(yè)機器人全球累計出貨量突破30萬臺。不僅全球份額領先，在中國，安川電機同樣以20%的高份額問鼎工業(yè)機器人領域名副其實的“狀元”。

安川電機的足跡已遍布中國大地。作為第一個到中國設廠生產機器人的日本企業(yè)，安川電機甚至將首個海外機器人的生產基地設立在中國江蘇省常州市。在上海，上海安川電動機器有限公司提供高品質的變頻器和伺服電機，安川（中國）機器人有限公司則負責工業(yè)用機器人、控制系統(tǒng)的制造；在遼寧，安川電機（沈陽）有限公司生產并銷售伺服電機、伺服驅動器；在北京，安川首鋼機器人有限公司則負責機器人系統(tǒng)的設計制造、安裝及服務……安川電機的各個事業(yè)，在中國的土壤上遍地開花。

沒有持續(xù)的技術創(chuàng)新，安川電機則無法保持在全球工業(yè)機器人市場的領導地位。安川電機機器人專利申請數(shù)量穩(wěn)定提升，2011年為2005年的一倍左右；在機器人核心部件控制器方面，1979～2009年安川電機專利申請數(shù)量占比14%，僅次于發(fā)那科。作為技術創(chuàng)新的倡導者，安川不斷把用戶需求融合到技術及產品的開發(fā)當中，公司秉承i3-Mechatronics，即Integrated（整合）、Intelligent（智能）、Innovated（創(chuàng)新）的企業(yè)理念，以機電一體化產品及前沿運動控制技術活躍于全球工業(yè)領域的舞臺，為超高速、超精密控制做出貢獻。