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作为德国总公司外派到中国的项目经理,年近6旬的已经有两个月没有回家了。新项目的开启,让他在国外驻扎的周期延长到了原先的4倍。
这个新项目是西门子为华晨宝马提供的全集成自动化解决方案。在华晨宝马的铁西工厂,主要负责总装车间中的输送项目。总装车间是工厂的最后一道关口,对设备运行率的要求高,他必要确保项目每个细节都执行到位。
为这个项目忙碌的,除了,还有很多西门子的普通员工,他们忙碌于项目现场,处理西门子为中国客户提供的数字化企业平台解决方案中遇到的实际问题,以确保项目顺利完成。
事实上,西门子是目前唯一一家能够覆盖从产品设计到生产整个价值链的供应商。 西门子(中国)有限公司执行副总裁、工业业务领域总裁吴和乐博士表示:“数字化企业平台是实现数字制造的载体,在物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术的强力支持下,集成了目前最先进的生产管理系统及生产过程软件和硬件,如制造执行系统软件、产品生命周期管理软件,以及全集成自动化(TIA)、全集成驱动系统等。”
把这些概念做一个总结,那就是当下热门的“工业4.0”。西门子希望把自己的数字化企业平台技术扩展到中国,为制造业企业提高工程效率。
数字化技术
在辽宁省沈阳市铁西区大潘镇,超过200万平方米的华晨宝马铁西工厂里,整个车间被分为了两层,这样的格局不仅能够合理利用空中和地面物流的空间优势,工人们还可以让零部件和预装模块尽可能通过最短的路线输送到生产线上。华晨宝马的目标是将铁西工厂打造成一个全球生产灵活性最高的工厂,使其生产线能同时生产多个车型。
然而就在不久前,他们的这个愿景仍充满挑战。如何通过有效的生产组织和物流运送,保证每辆汽车生产的精确性和稳定性,同时在适当的时间将适当型号的设备输送到适当的车辆,企业高层为这个问题纠结了很久。
最终,西门子TIA方案给出了有效解决方案。通过这套实施方案,铁西工厂设备运行率达到99%以上。而且在西门子LIS超宽带实时定位识别系统辅助下,总装车间取消了专门用于扫描车辆条形码的工位。车辆每到一个工位,各种信息会自动显示于工位前方的操作屏上,自动提供图片及装配辅助指令,直接引导工人完成相应工作。
这一流程被视作定制式生产的基础。如今,上千人设计一款汽车,至少需要8年时间才能生产出来。而未来,随着工厂制造灵活度的提高,一条生产线就能同时生产多个车型,甚至可以实现当月定制,下个月就生产出来。
当然,这个工厂项目只是西门子数字化企业平台众多解决方案其中之一。柯马(上海)工程有限公司采用西门子产品生命周期软件将产品上市时间缩短了20%~30%。全球最大的铝合金汽车零配件制造商中信戴卡已投产的两条生产线可实现一个人管理12个机台。亚洲最大的纸浆和纸张制造商之一的亚洲纸浆纸业集团借助全集成驱动系统,年均停机时间被保持在最低的12.5小时。
数字化技术正在深刻改变着制造业的生产模式和产业形态,生产方式的变化可以帮助企业以更有效的流程应对市场需求,提高反应速度,并帮助企业优化能源效率。西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃表示,“作为德国‘工业4.0’计划的践行者和引领者,西门子一直致力于推进数字制造技术在中国的应用,帮助制造企业在这场变革中增强实力,进而助力中国制造业由大到强。”
从硬件专业提供商到系统解决方案的“大管家”,西门子在工业4.0道路上正在探索的,是一条软硬件结合的道路。
德国“优等生”
西门子167年的发展史几乎可以被视为近现代工业进程的一个缩影。从一个小作坊发展至今,西门子所缔造的超级工业帝国已成为德国制造的代名词。
从指针式电报机起家,到以信息技术为业务“主动脉”,西门子踩准了以电力、信息化为标志的前两次工业革命的关键节点。基于信息物理融合系统的“工业4.0”概念诞生之初,西门子再度嗅到了新一轮工业革命的气息。瞄准物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术,西门子集成了目前全球最先进的生产管理系统以及生产过程软件和硬件。
近年来,西门子工业自动化集团先后完成了多项收购,收购对象皆为工业软件不同细分领域的佼佼者。西门子(中国)有限公司工业业务领域驱动技术集团总经理林斌称,“西门子如今拥有许多数字化水平很高的技术平台,例如在德国安贝格和中国成都。但这是过去多年里西门子花了很多的投入才搭建起来的。”
位于德国安贝格市的西门子电子制造工厂,是全欧洲乃至全球最先进的数字化工厂,为西门子提供印刷电路板等电子产品,100万次加工过程的出错率只有12次。为了准确收集数据,安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。当一个元件进入烘箱时,机器会判断用何种温度、多长时间以及下一个进入烘箱的元件种类,适时调节生产参数。
这正是西门子对德国“工业4.0”路线图的探索。据《德国工业4.0战略计划实施建议》的描述,在未来智能工厂中,人类、机器和资源能够互相通信,智能产品知道它们如何被制造出来的细节,也知道它们的用途。
然而,这距离“工业4.0”所描绘的“数字和物理世界的无缝衔接”的场景,仍有很大差距。鲁思沃认为,“这场变革将是一个渐进的过程,工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间。”
中国版工业4.0
当前,中国制造业正在探索自己的“工业4.0”。去年10月,鲁思沃造访中国工程院,就制造业的未来及“工业4.0”话题做讲座,与600多位院士、研究人员及企业代表交流。
事实上,西门子和中国的交流远不止这些。今年3月,西门子股份公司工业业务领域工业自动化集团CEO胡桉桐在西门子柏林燃气轮机工厂,接待了工业和信息化部部长苗圩一行,就制造业的未来及“工业4.0”话题分享了西门子技术蓝图和愿景。
“工业4.0”是由德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。它描绘了制造业的未来愿景,提出继以蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术为标志的三次工业革命后,人类将迎来以信息物理融合系统(CPS)为基础,以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。
西门子工业领域驱动技术集团CEO Ralf-Michael Franke在接受本刊记者采访时,描绘了制造业的未来、“工业4.0”时代愿景及西门子的努力。
工业4.0在西门子
CEI: 西门子对“工业4.0”的解读是什么?
Ralf-Michael Franke::在西门子看来,“工业4.0”有三个要素:第一是跨企业的生产网络融合。MES将会起更加重要的作用,自动化层和MES之间的对接会变得更加重要,且更加的无缝化,还能跨企业来实现柔性的生产。所有的信息都要实时可用,供生产网络化环节使用。
第二是虚拟与现实的结合。也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和现实世界的融合,这就使我们能够满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战。
第三是信息物理融合系统(CPS)。未来的智能工厂中,产品信息都被输入到产品零部件本身,他们会根据自身生产需求,直接与生产系统和设备沟通,发出接下来所需生产过程的指令,指挥设备把自己生产出来。这种自主生产模式能够满足每位用户的“定制”需求。我们将基于强大的制造运行管理系统(MOM)来实现灵活的价值链管理。
客户可以通过电子数据互换(EDI)的方式来管理供应商,在库存达到限值时ERP系统会通知供应商补货,这其中没有任何人为的干预。产品数字化不仅局限于商品本身,商品中非常复杂的部件也可以实现数字化。ERP系统可以由此计算出所有的成本,根据当下机器运转的情况去确定最大供货量和最优价格。ERP系统能做出决策的建议,让客户实现与供应商之间的最佳交流。
我们在将来肯定会敢于依赖机器,这是“工业4.0”从愿景到现实的第一步。要实现柔性的制造和生产,降低产品上市的时间,我们仍然需要更多的自动化集成。现在大家都在用“即插即用”的方式,就像你买一台新的打印机,把它插在笔记本电脑上就能使用。当一个机器人进入到了生产网络和系统当中,让机器人也可以拥有“即插即用”的能力。当然,未来的工厂并不会是“无人工厂”,人将会担当更有挑战性的角色,创新、规划、监督和协调机器的运作。只有这样,机器才会按照人的想法进行运转,制造才会更快、更加高效,才能使用到更好的资源,这是制造系统应该去遵循的原则。
CEI:西门子是如何布局并参与工业4.0的?
Ralf-Michael Franke:德国在第二次世界大战以来,一直是被各个国家所效仿的对象。我们相信这一点会持续不变一直往前走。所以,“工业4.0”得到了默克尔的极大支持。这个就像中国的“十二五”规划一样,是德国政府的一项规划。规划不仅是政府参与,大的一些企业都参与进来,作出对未来蓝图的展望。
西门子在其中起到非常大的作用,主要包括整体工业4.0框架的搭建,包括提出需要什么样的设备和什么样的网络,西门子深深参与其中。7年前西门子收购了一家美国软件公司,这家公司主要做产品的设计和仿真技术,我们主要把收购的软件和西门子现有工业软件融合在一起。此后,我们不断收购了一些其他的软件公司,尽量把他们融合在一起。西门子正式推出“工业4.0”这一概念是在2年前汉诺威的展会上。
今年我们做了更大范围的推广,我们在展台上布置了真实的“工业4.0”工厂流程。在实现“工业4.0”的路途中,有一些是已经实现了。但是这依然是“工业4.0”历程的开始,未来还需要10~20年的发展历程,来实现“工业4.0”的愿景。
西门子愿意进一步加大在这方面的投资,找一些愿意和我们合作的客户,一起来尝试新的技术,共同实现理想。可以说,只有“工业4.0”是实现现代化工业制造的唯一路径,没有其他的方式方案。我们也注意到,我们的竞争对手,也在就这些方面做出一些事情。
CEI:美国GE提出了工业互联网,这一战略与西门子正在实施的“工业4.0”有何差别?
Ralf-Michael Franke:只是名词不同,没有本质的区别。实现能力或许也不同,因为西门子是唯一一个软件硬件都齐全的公司。
CEI:在中国有虚拟制造、智能制造、数字制造等概念,西门子总在谈数字工厂,德国有这些概念吗?西门子在“工业4.0”方面取得了哪些成绩?
Ralf-Michael Franke:我们没有那么多名词,只有数字工厂。我要强调“工业4.0”现在还只是一个愿景,如果有哪家企业告诉你我们工厂当中已经实现了“工业4.0”,大家听到这样的说法一定要小心谨慎。
这个愿景可能要通过今后10年、15年乃至20年的努力才能完全成为现实,但是“工业4.0”的一些构建模块今天已经具备,有一些先行的企业已经部署了“工业4.0”的一些构建模块。比方说西门子工业自动化产品成都生产和研发基地,就已经完全把数字化工厂变成现实展现在大家的面前,而数字化工厂也是未来实现“工业4.0”愿景的重要基础。
CEI: “工业4.0”更加强调协作,这是为什么?
Ralf-Michael Franke:“工业4.0”不仅仅意味着技术的转变、生产过程的转变,同时也意味着整个管理和组织结构的调整。我们必须放弃孤岛式的想法,要为变革做好准备。我们认为任何一个公司或者国家单打独斗都不可能改变全球的制造企业,这就需要我们大家进行协作,各个企业、学科、行业都要进行合作。
今天我们不光要强调员工的生产效率,整个企业在资源和能源利用上也要更加高效。我们今天不仅要提高生产速度,还要缩短产品从创意产生到上市的时间,并满足客户更加复杂的需求。这些挑战使得制造业面临着前所未有的快速变化,在这新的世界当中,过去的方法或秘诀已经不再能够带来持久的竞争优势了。
网络化的生产和数字化的制造正在成为决定成败的关键,对于离散工业和过程工业而言都是如此。所以我们要把现实的制造和虚拟的呈现完美地结合在一起。现实与虚拟生产相融合得益于创新的软件和强大的硬件。产品生命周期软件可以优化整个产品的生命周期,从最初的产品设计、生产规划,一直到生产实施,并最终服务于用户。
大数据、云计算以及物联网这些技术都会用到第四次工业革命当中,但是第四次工业革命的范围又超过了这些技术本身。最终我们会看到制造业的未来有更多长足的进展,可能在接下来的10到20年当中进一步推动“工业4.0”愿景的实现。
CEI:当前实现“工业4.0”面临的最大挑战是什么?
Ralf-Michael Franke:最大的挑战不在于科技,而在于人们设计生产产品的方式,也就是人观念的改变。最关键的是利用新的科技,去训练和培养人怎样从生产设计,到工程实施以及生产实施,到最后服务的整个环节,要他们都能实现一些合作,才能把事情做好。
CEI:德国制造业离“工业4.0”还有多大差距?在德国西门子有示范工厂,如果绝大多数的同类工厂都达到示范工厂的水平,需要多久?
Ralf-Michael Franke:实现“工业4.0”的速度绝对不取决于我们用多少人,而在于持续的投入和创新。需要多久?我想应该是20年,因为示范工厂不只取决于本身,还取决于供应商,需要整个产业链的配合。当然,单纯的复制也是不管用的,不同的企业流程不一样。
西门子已经倾尽所能。不是说20年后我们有多少个数字化工厂,而是20年以后数字化工厂变成标准。在德国数字化工厂拓展得可能更快一些,在德国我们压力很大,人工土地成本都很高,所以我们必须变得更加有效率。
“工业4.0”在中国
CEI:西门子与中国政府有没有可能在这个层面有合作?
Ralf-Michael Franke:这种可能性是完全存在的,我们和中国有关政府部门保持密切沟通。此前工业和信息化部部长参观了我们在德国的安贝格工厂,看到了我们数字化工厂已经从一个理念成为现实。
中国工业已经发展到了一个新阶段,中国制造的产品越来越先进,像高铁、计算机、先进机械、汽车、飞机和宇宙飞船,对于中国的制造业和工业来说一切皆有可能,都有能力去制造。
另外非常重要的一点,在中国我们能够看到全球制造业发展的各个阶段,在中国都在以不同的形式存在。有些制造企业还处在“工业3.0”的阶段,有些企业在向“工业4.0”过度的历程上已经走到了非常前沿的位置。中国要实现自己的“工业4.0”,也需要中国政府有和德国一样相应的战略的推出。
从西门子的角度来说,我们有范围非常广泛的各种各样的产品服务解决方案,能够满足处在工业化不同阶段的需求,从工业化3.0到工业化3.X以及面向未来的各个不同的发展阶段。对于中国和中国的广大客户,西门子是涵盖范围非常广的合作伙伴,可以和中国广大的客户携手同行,共同去实现“工业4.0”的愿景。
CEI:当前信息安全受到前所未有的重视,西门子是如何在“工业4.0”时代保证工业信息安全?
Ralf-Michael Franke:信息安全对于“工业4.0”是非常重要的。西门子在这方面做了很多工作,不只是在工厂设备之间加强了防护,同时在设备与中央处理之间,我们也做了防护。今后我们将进一步加强工业领域安全的防护。所以在通往“工业4.0”的路上持续提高信息安全防护水平是保障我们实现目标的很重要的方面。
信息安全并不是可以作为自动化解决方案当中的一个完全标准化或单点产品,并不是采购过来就能够解决问题的。在工业信息网络当中,每一个参与者都要采取一系列的措施、遵循一系列行为的规则来确保网络连接的安全。
对于每一个客户、每一个装机点来说,都要决定他们需要何种类型的连接或者是通讯,并且去判断在特定的连接通讯模式当中所存在着的对于IT的威胁、对于信息安全的威胁。然后再去找到正确的解决方案,对系统进行正确的设置,制定正确的流程、策略,对于人员进行正确的培训,培养所有网络参与者的正确行为来确保信息安全。
实现工业信息安全,不仅要靠西门子的产品以及解决方案当中的一些组件,同时也要依赖大量的服务,包括一些咨询服务,帮助客户去设定正确的流程、策略,对人员进行培训,从而确保这种工业信息的通信是安全可靠的。
CEI:中国在实现“工业4.0”的路上,西门子能够提供哪些帮助?
Ralf-Michael Franke:140多年前西门子开始在中国的业务。中国一直以来都是西门子最重要也最重视的市场之一。多年来,我们见证并参与了中国工业几乎所有领域的发展。如今,仅西门子工业业务领域,就在中国成立了8个研发中心,18个运营公司和41个销售办事处,设计和制造符合中国制造业市场需求的产品。我们与众多企业建立了深厚友谊和合作伙伴关系。对于西门子来说中国是极其重要的市场,是西门子第二大海外市场。
我们在中国已经拥有近32000名员工,既为中国市场服务,也把先进的产品和解决方案以中国为基地向全球出口。我们在中国设立了76家运营公司,我们在中国各地都得到了欢迎和认可。
以青岛啤酒为例,1903年,西门子在青岛啤酒成立之初提供了第一台电机,成为中国自动化酿造的先驱之一,这台电机运行了百年之久;之后,我们又提供了Simatic PCS 7系控制系统和Braumat酿造技术,后者是西门子利用我们的行业知识专门为酿酒业开发的自动化系统。西门子不仅为中国企业――比如青岛啤酒――提供经得起时间考验的产品和解决方案,更在彼此的长期合作中,共同创新,共同成长。
在各种有序运行的机器旁边,几名身着蓝色工装的工作人员在电脑前不慌不忙地操作,脚下洁净的地面给人一种错觉——这里像是一间文职人员的办公室。生产线上,各种元器件在传感器的配合下自动前行,有的右拐、有的前行一段右拐,才证实这里的确是生产车间。
9月11日,西门子位于成都高新区的工业自动化产品成都生产研发基地(SEWC)正式投产。SEWC研发制造的第一款新品Simatic IPC 3000 SMART(西门子工控机产品,用于冶金、电子、通用机械、电力、矿山和交通等领域)就在这个车间下线。
SEWC生产车间主要为上下两层。一层为物流层,诺大的空间中,除了传送带,只有1名工作人员操控着一辆小车从记者身边驶过。SEWC总经理Andreas Bukenberger介绍,这一层最多只需要6~8名员工,从原材料的进入,到送检、按需分送、不同工序加工、到成品打包,垃圾包装运送等一系列流程,都将在传送带上自动完成。
在记者问及是否会出现运送差错、断电等情况时,Bukenberger有些激动,特意用了很长的篇幅向记者介绍:“所有的材料一直到产成,遍布生产线的传感器都能通过条码记录下各种数据,绝对不可能出现差错,也不可能出现物品掉落的情况。就算断电也会有数据的备份而不会导致生产过程出现任何的紊乱。”
在车间的二楼是制造车间,从物流层传送上来的原材料将在这里通过各种程序成为产品。为数不多的工作人员看上去并不忙乱,只是在电脑前比划着。“每个班次,我们一共需要20~30名工作人员就能完成各项工作。”SEWC卓越运营部经理戴霁明表示。
不论是Bukenberger的底气十足,还是工作人员的气定神闲,都源于这座工厂的数字化制造基础。SEWC是西门子在中国建设的第一个数字化企业,实现了从产品设计到制造过程的高度数字化,让智能制造更为具象的呈现。这一天,西门子迈出了抢跑智能制造时代的又一步,也打响了在工业4.0时代获得更多机会的算盘。
定义工业4.0
西门子工业已经从事了160余年的制造,同为制造企业,西门子也遭遇了制造企业避不开的挑战。西门子认为,制造业存在三大需求——提高生产效率、缩短产品上市时间、增加制造的灵活性。然而在传统的制造条件下,要同时满足这三大需求并不容易,企业通常得牺牲灵活性来提升生产效率和缩短产品上市时间。如,iPhone产品由于企业缺乏制造能力,只能一次推出一款新品,降低生产的灵活性;而三星自身具备制造能力,能在短期内不断推出各类新品参与竞争。
要同时满足这三大需求,保障并提升产品质量,智能制造成为西门子的发力方向,西门子将其定义为工业4.0时代。在西门子看来,第一次工业革命是蒸汽时代,第二次工业革命是电气时代,第三次工业革命是计算机技术开始应用在制造业上,提升自动化水平,即将到来的工业4.0时代将是第四次工业革命。
“现在,一款汽车需要上千人设计,设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂生产4年,至少需要8年的时间。”西门子(中国)有限公司工业业务领域市场传播部总经理于缨向记者介绍西门子对工业4.0时代的构想,“未来的制造将是基于大数据、互联网、人,结合各种信息技术进行柔性制造。其实现定制化生产,甚至可以当月定制车,下个月就可以生产出来。”
虽然这一构想的实现尚需时日,但是西门子已经开始了自己的探索。西门子德国安贝格电子制造工厂是西门子打造的第一个数字工厂,正是由这家工厂探索出其从传统制造向数字制造转型的技术线路。SEWC作为安贝格在中国的姊妹工厂,亦实现了从企业管理、产品研发到制造控制层面的高度互联,通过在整个价值链中集成IT系统应用,实现包括设计、生产、物流、市场和销售等所有环节在内的高度复杂的全生命周期的全自动化控制和管理。
正是在这些复杂IT技术的辅助下,灵活生产不必再被牺牲或者无法实现。指着正在生产线上自动拐弯、直行的元器件,SEWC卓越运营部经理戴霁明告诉记者:“这些半成品运送到不同的路径,将生产出不同型号的产品。现在工厂这两条生产线上,可以同时生产20~30种型号产品。”
谈及为何要建设数字化企业,西门子工业业务领域工业自动化系统首席执行官Eckard Eberle表示:“我们建设数字工厂,其一是为了获得更高的产品质量,通过各种体系的无缝链接保障产品的质量。其二是为了快速实现生产的调整。其三是帮助客户有效缩短产品的上市时间。”
没有纸张的车间
关于SEWC,让西门子津津乐道的是这座工厂不仅是一个数字化企业,而且是自己生产自己——绝大多数技术来自西门子。
工厂里生产的每一件新品,都拥有自己的数据信息,数据在研发、生产、物流的各环节不断丰富,实时保存在一个数据平台中。基于这一数据基础,ERP、PLM、MES、控制系统以及供应链管理实现信息互联。工厂采用了西门子PLM(全生命周期管理)软件,通过虚拟化的产品规划和设计,实现信息无缝互联。利用制造执行系统SIMATIC IT和全集成自动化解决方案(TIA),将产品和生产生命周期进行集成,缩短产品上市时间。其设计还赋予工厂灵活性,可满足不同产品的混合生产,并为将来的产能调整做出合理规划。
“传统的制造中,一般是研发时出一张图纸,然后交给生产部门作出样品,图纸再返回研发部门调整、修改后再生产。数字化制造下,从研发到制造都基于同一个数据平台,改变了传统制造节奏,研发和生产几乎同步,而且完全不需要纸质的图纸、订单。”面对基本看不到纸张的生产车间,戴霁明向记者阐述数字化制造带来的改变。这种节奏的改变带来的是产品上市时间的大大压缩、生产效率和产品质量的有效提升。
王云龙是SEWC的一名PLC(可编程控制器)装配工位上的员工。每天由西门子MES(制造执行管理系统)生产的电子任务单就展现在其面前的电脑屏上,订单由系统下达,在与ERP(企业资源计划)系统的高度继承下,实现生产计划、物料管理等数据的实时传送。
王云龙的工作台上有5个不同的零件盒,当自动引导小车送来一款待装配产品时,电脑显示屏会出现它的信息,相应所需的零件盒的指示灯也会亮起。传感器扫描产品的条码信息,并将数据输入了MES系统,MES系统通过与西门子TIA的互联,操纵零件盒的指示灯。
王云龙确认了装配产品后,按下按钮,自动化流水线的传感器将扫描条码信息,MES系统将以数据为判断基础,指挥小车去下一目的地。在达到下一工序前,这个产品将经过20个质量监测节点。视觉检测是数字化工厂的特有监测方式,相机拍下产品图像与Teamcenter数据平台中的正确图像对比,一点小小瑕疵都逃不过品质管理模块的“眼睛”。经过多次装配和质量检测后,成品将送到包装工位,经过人工包装、装箱,包装好的产品将通过升降梯和传送带自动送往物流中心或者立体仓库。这一生产过程,无需像传统制造中,用几十人甚至上百人的手工去完成。
Bukenberger表示:“应用了西门子数字化企业平台解决方案的成都工厂和其他工厂比,产品的交货时间缩短了50%,产品的一次通过率可达到99%以上。安贝格电子制造工厂,平均每秒生产一个产品,未来的SEWC有望冲击这一纪录。”
赞赏“两化融合”
事实上,在SEWC的车间还有第三层,但是这一层除了少量的管理办公室之外,建成了环形参观走廊。在记者结束参观时,SEWC总经理再次表达了欢迎记者以及企业前来参观的观点,让这家工厂多了一份参考物的色彩。
SEWC除了生产Simatic工业自动化产品外,还为工业企业提供控制系统和解决方案,用自动化技术为工业优化升级打开潜力空间,通过改善企业自动化流程提高效率。
西门子(中国)有限公司高级副总裁王海滨告诉记者:“中国提出了两化融合发展。实际上,SEWC的本质与内容就是两化融合的一个体现。我们深切感受到这一发展愿望越来越迫切,也在推进西门子的探索。SEWC可以说提供了一个具体的例子,希望能够给更多工业企业带来借鉴意义。”
在过去的几年间跨国企业通过自身业务链整合、新產品线延伸和并购,推进了智能家居与可视对讲系统间的融合。不少国内品牌则在尝试与智能厂商合作后,或自身延伸出新的智能家居產品线,或仍停留在概念的宣传上作以观望。
去年的行业大展上,面对调控下的房地產市场,在北京初冬的严寒中多数业内厂商都在尝试新的產品线的延伸,曾经对智能家居的憧憬已经跳跃在眼前,停车场、指纹锁、监控等等开始出现在了对讲厂商的展台。在今年的深圳,我们也看到了不少新元素和新面孔的展现,不过在变化的表象背后,更令大家困惑的是可视对讲市场的未来,路在何方?
新元素:乱花渐欲迷人眼
基于安卓系统开发的可视对讲室内机成为本届展会上的一大看点,狄耐克、佳乐、波创等多家厂家展示了最新推出的安卓平台室内机。相比于我刊此前评测的安卓平台背景音乐產品,对讲室内机对相应界面进行了深度开发,并且对新APK文件的安装进行了限制,这主要也是出于对系统稳定性的考虑。针对安卓系统在对讲终端產品中的应用,业内人士也是褒贬不一。支持者大多认为广泛应用于智能终端的安卓平台可以为对讲终端產品增添更多功能,同时在相关开发上也更加开放与方便。另一方面,反对的声音则来自于对系统稳定性的担忧。持此观点者多数坚持对讲室内终端更应体现工业级应用的稳定性,而并非消费电子產品。系统架构设计上,具备基本对讲功能的室内机也不应承载过多的控制终端功能,否则会造成一定的安全隐患。
此外,基于云平台的对讲產品也成为立林、竞争等厂家展示的亮点元素。基于厂家自身服务器构建的云平台,在提供传统的可视对讲功能以外,还可将呼叫信息与视频推送至用户手机。由此可见,在数字化系统基础上,不少厂商也正尝试更多突破传统的新功能,但真正的落地应用还是需要市场的检验。
细分化:精耕细作夯基础
尽管对出现的產品新元素,大家都有着各自的观点。不过,市场细分化的趋势早已成为业内共识。在市场总量有限的对讲领域,也并不乏博世、施耐德等传统品牌的跨界涉足。不少后来者,藉由数字对讲產品甚至大有后来居上之势,霍尼韦尔在本届展会IS-7500数字对讲新品。
从国内企业到跨国品牌,从模拟、半数字到数字系统,从保障房配套到高端奢华应用,对讲產品逐渐衍生出针对不同细分市场的產品种类。在竞相吸引眼球展示各种炫目功能的同时,各家也更趋理性的将着眼点投入占市场主力份额的传统產品,视得安罗格朗分别基于D9000与凯乐系列推出全新数字对讲產品,海尔则着眼于用户需求的养老型社区等解决方案顿为引人关注。其实,需要长期稳定使用的对讲產品需要的并非是所谓“土豪金”的外表,而是应当首先考虑產品本身的质量和本质需求。
数字化:切实推进实际应用
长期以来,数字化技术始终处于高期待、低份额和缓增长的尴尬境地。展会上的众星捧月,却不能突破实际应用中的各种瓶颈。曾几何时,数字对讲被很多厂商赋予了更多智能家居应用的憧憬,然而市场的实践让其逐渐回归到对讲的本质。
令人可喜的是,在本届展会上狄耐克、佳乐等厂家展出的低成本数字对讲解决方案与旗下数字產品线的逐渐丰富。与此同时,针对大规模小区后续期次项目的狄耐克数模混合解决方案也解决了实际项目中存在的新系统与老系统间的兼容问题。我们也希望在数字对讲的发展过程中,业内厂商从基本功能需求入手,展现出数字对讲產品在组网与功能延伸方面的独到优势,从而通过產品应用成本的不断降低,推进数字对讲產品的实际应用。
差异性:小区安防再延伸
从可视对讲系统向小区安防一体化解决方案的延伸,是不少业内厂商在房地產市场受政策性调控影响下,化解业绩压力的选择方式。放眼对讲行业在有限的市场总量中,销量突破亿元关成为一道分水岭。即便是市场上的领先厂家也很难再也太多的突破,更多情况都是在日复一日的切分同一块蛋糕,这与其它方向的安防企业形成了巨大的反差。
在去年北京的大展上,我们已经注意到了对讲企业向周边小区安防领域迈进的步伐,然而在本届展会上的仍然做出全面展示毕竟也只是少数。再向周边成熟领域的延伸中,更为重要的是体现自身的差异性元素。否则,在早已白热化的价格战时代,对讲厂商也很难从整体解决方案上有所突破。
看未来:智能家居期待规模效应
在对讲厂家需求新的增长方向的道路上,对于智能家居的期望从未降低。不少厂家甚至不惜重金投入新產品线的研发,然而经历了从无线到总线,再到无线与有线相结合的发展中,对讲厂商所推出的智能家居產品更多的归属也多停留在了房地產商的样板间中。
众所周知,房地產项目的周期往往在两三年左右,从合同签订到设备安装之间存在一定的时间跨度。在此期间,技术的发展与產品的升级因素,可能就会令一些尚未量產的產品处于被淘汰的境地。
早期,不少厂家考虑到后装因素的影响,在系统的设计上选择了更加灵活的无线產品在末端的应用,并与自身具备控制功能的终端產品进行对接。然而对讲与智能家居產品买卖双方有别的现状与系统稳定性的限制,也使得不少对讲厂家很快又增添了相对稳定的总线產品。不同于市场上的智能家居厂家所关注的集成商渠道,小众而高端的智能系统有限的出货量很难支撑起大都拥有工厂班底的对讲企业。更重要的是,不少对讲厂家在一门心思投入智能家居產品开发后,才发现涵盖广泛的智能家居系统涉及了诸多跨界领域,埋头苦干却总有做不完美的遗憾。
本文介绍了工业网络控制技术,尤其是PROFINET技术和Web自动化技术,以及如何运用基于工业网络控制的教学实验系统实现各种实际生产控制系统的网络组建和远程监控。
【关键词】工业网络控制 PROFINET 远程控制 实验系统
1 工业网络控制技术概述
1.1 工业以太网
具有现场总线开放性、互操作性、互换性、可集成性、数字化信号传输等特点,许多专家预测以太网将会成为取代现场总线的一种最佳选择和最终发展方向。以太网是IEFES02-3所支持的局域网标准,采用带碰撞检测的载波侦听多路访问技术(CSMA/CD),在办公自动化领域得到了广泛应用。以太网技术应用于实时性要求很高的工业控制领域,关键要采取有效手段避免CSMA/CD中的碰撞。由于以太网通信带宽得到大幅提高,5类双绞线将接收和发送信号分开,并且采用了全双工交换式以太网交换机,以星形拓扑结构为其端口上的每个网络节点提供独立带宽,使连接在同一个交换机上面的不同设备不存在资源争夺,隔离了载波侦听,因此网络通信的实时性得到大大改善,保证了以太网产品能真正应用于工业控制现场。而且以太网技术成熟,连接电缆和接口设备价格相对较低,带宽迅速增长,可以满足现场设备对通信速度增加而原有总线技术不能满足的场合的需求。
1.2 Web自动化技术
Internet网把全世界连成了一个整体,而Web技术引发了信息技术的革命。把Web技术应用到工业控制领域就产生了web自动化。web自动化的基本思想是只要需要,在任何时间和地点都可以对工业现场的数据进行实时访问和控制。
2 PROFIBUS和PROFINET
PROFIBUS 是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统,特别适用于工厂自动
化和过程自动化领域。PROFIBUS适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务。
PROFINET是PROFIBUS国际组织创新的自动化标准,用于实现基于工业以太网的集成、一致的自动化解决方案。PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案,囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题,并且,作为跨供应商的技术,可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(例如PROFIBUS)技术,保护现有投资。
3 基于工业网络控制的教学实验系统的组成
该实验系统采用西门子PLC组成,硬件为:S7-300CPU315-2PN/DP、ET200S IM153-1、SCALANCE X208网络交换机、IE/PB LINK等,软件为:STEP7 V5.5、SIMATIC NETV6.2、IMAP V3.0、WinCC及WinCC Flexible等。
4 基于工业网络控制的教学实验系统的功能
该实验系统的最大特点是学生可以完成以下实验:
4.1 通过PROFINET IO 集成分散的现场设备
PROFINET IO 以交换式以太网全双工操作和 100 Mbit/s 的带宽为基础。
4.2 Web自动化
PROFINET基于工业以太网,工业以太网的各种IT技术可以应用在PROFINET中,用于管理和维护网络,例如SNMP和HTTP等等。西门子集成PN接口的CPU开始集成WEB服务器,可以在工厂中通过IE浏览器而无需额外的软件开销即可跨越Intranet或Internet监控CPU,消息和模块状态,网络拓扑等等,这些信息都可视化在Web页面上,从而监控整个PROFINET系统。连接WEB服务器的客户端,例如PG/PC到CPU的PROFINET接口或者网络中的交换机端口上,打开IE浏览器输入该CPU的IP地址(例如:http://192.168.0.1)即可进入 Web首页。
5 结论
基于工业网络控制的教学实验系统采用最先进的自动化工业网络控制PROFINET技术,可以让学生理论联系实际,按照实际生产情况构建各种不同的控制系统,组建工业以太网,实现远程监控,使学生能学到真正有用的东西。
参考文献
[1]崔坚.西门子工业网络通讯指南(上、下)[M].北京:机械工业出版社,2011.
[2]Raimond Pigan.西门子PROFINET工业通讯指南[M].北京:人民邮电出版社,2005.