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工业4.0背景下,无线网络和信息化在工厂环境中的思考

行情分类:时事热点  文章来源:中华商务网  2017-07-14 15:20:30

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一、本周重点事件回顾与分析

(一)欧洲启动工业4.0计划,将半导体制造业留下

“Productive4.0”获得1.6亿欧元经费补助,由英飞凌领军,是目前欧洲最大规模的工业4.0研究。

欧洲,特别是德国,在汽车、能源、安全和工业电子产业一直保有领先优势,而这些产业均和微电子紧密扣连。近来,有愈来愈多欧洲微电子和半导体大厂,积极把推动”洲第一(Europe First)视为重要目标,像是英飞凌领军,集结BMW、Bosch、SAP与ABB等欧洲企业,宣布启动欧洲规模最大的工业4.0研究计划Productive4.0,最终目标也是要让产业根留欧洲。

Productive4.0是欧洲微电子技术资助计划(ECSEL)的一环,集结了19个欧洲国家、100多个计划成员,包括 BMW、Bosch、Philips、Thales、NXP、STM、SAP、ABB、Volvo与Ericsson等欧洲大型企业,以及卡尔斯鲁厄理工学院、德勒斯登工业大学等顶尖机构。

目前欧洲最大的工业4.0研究

Productive4.0获得1.6亿欧元经费补助,是目前欧洲最大规模的工业4.0研究,将由英飞凌领军,目标在未来3年内,强化欧洲在微电子领域的优势,建立一个横跨价值链和产业的用户平台,促进产业的数字化连网发展。

据了解,该平台可用于制程中的供应链管理、产品生命周期和数字化生产,计划成员们也将聚焦于物联网的基础架构和组件,透过仿真制程,使实际的工作流程达到最佳效果。

英飞凌执行官Reinhard Ploss表示,微电子技术是制造业的关键,相关技术高度自动化,让价值链中的重要部分和职务得以保存于欧洲,现在,我们希望将这些专业技术移转到其它产业区块。

将微电子与半导体产业留在欧洲

欧洲微电子和半导体产业的动作不仅于此,两大研究机构包括法国的CEA-Leti以及德国的Fraunhofer Group,日前也签属研发合作协议,将连手为欧洲的微电子技术创新贡献心力。

Leti的执行官Marie-No?lle Semeria表示,结合欧洲大型研究团队的力量,可望加速各项项目的进展,以这次和Fraunhofer的合作为例,双方将建立一个技术平台,让欧洲的中小型企业、新创公司能透过该平台取得最新技术,最终目标是让欧洲的微电子与半导体产业持续留在欧洲生产。

(二)工业4.0背景下,无线网络和信息化在工厂环境中的思考

信息化的主要组成部分有数字化,计算,控制,网络等。信息化的程度依赖于信息化的成本,收益,信息化实施的能力和信息化使用的能力。

比如从ERP系统为例来说,ERP关系到企业的订单、财务、人事、客户关系等,直接影响企业的财务管理,收益比较高,ERP系统又在行业里大量应用,具备良好的实施能力,多年的ERP产业发展,也具备较为成熟的产品形态,也因此具备可接受的引入成本,同时ERP的使用者往往属于工厂、企业的管理人员,具备较高的素质,有足够的能力来使用ERP系统。从网络的角度看,ERP系统可以主要通过有线网络和WIFI实施。运行的环境也接近于常见的IT系统。

如果看MES系统,它对接的生产制造环节,问题领域更加复杂,生产制造不像财务等方面标准化程度高,概念模型化程度高,它的运行环境需要更多的依赖于各种PLC控制的自动化设备,其实还需要大量没有数字化、计算化、连入网络的部分配合。而MES系统涉及的生产环节,很多操作人员的基本素质根据行业不同差异性较大,总体上信息化能力不如ERP环节的人员。因为MES系统非标的特点很显著,难以形成规模化效应显著降低成本。

一些信息化技术,比如平板电脑,因为可以触屏操作,又和智能手机的操作方式接近,可以降低信息化使用的能力要求,对各个工位进行信息化提供了良好的条件。AR/VR等技术也可以起到类似作用。

无线网络可以使设备联网摆脱线缆的约束,使得联网更加简单,布局更灵活。对于AGV小车、叉车等移动物体,还需要一定的移动性能力要求,wifi之类的无线宽带技术 存在一定的性能问题。

NB-IoT之类的蜂窝物联网有哪些特点和问题呢?

无线、超低能耗、超大容量:NB-IoT和loRa比,有哪些竞争优势和问题呢?

NB-IoT是运营商主导的网络,运营在授权频段上,LoRa运营在开放频段上,可以由企业自主建设。这里比拼的运营商网络和企业网络的特点。

运营商的网络,质量好,覆盖广,这是优点,费用相对高,这是缺点。数据必须通过运营商网络,网络和应用对运营商依赖较强,一方面是优点,可以使用运营商一揽子打包的网络服务和后台的云端服务,缺点是失去了一定的独立掌控权,和某些方面业务的灵活度。

另一方面,如果借鉴wifi经验的话,在开放频段上的方案,生态系统往往是企业、行业客户的生态链,能够提供更多、更灵活的业务方案,反馈也更加及时,对企业的生产、业务也会提供更灵活的支持。反之,运营商网络的生态系统对于企业和行业客户的理解要薄弱很多。这背后的生态系统是很重要的考量点。这可能是蜂窝物联网在行业应用中最大的问题。

覆盖广觉得是蜂窝物联网的优势,kindle的AT&T方案,移动POS机,这些应用要使用蜂窝网络,就是因为覆盖广和网络质量好。如果企业生产的洗衣机、冰箱、空调,销往全国,需要联网,又不需要用户配置的话,蜂窝物联网可以充分利用运营商网络的全国网络,甚至漫游的全球网络,这是开放频段技术无法提供的。

超低能耗,带来的优势是可以把无源设备接入网络,只要电池供电就可以。这个技术也一定程度上面临着无线供电技术的挑战,在工厂这样环境中,有些场景,电源可能并不远,只需要解决最后1米的供电就可以。

eMTC的VoLTE功能,如果不考虑和公网的电话连接,voLTE是成本高、复杂,而且不灵活的语音服务。在企业环境下,有很高、更便宜,更灵活,对业务支持更贴近的VoIP方案。

移动性和可靠的网络质量是另外一类,比如AGV小车,需要移动性的支持,在穿越仓库等遮拦物的时候,也需要有着可靠的网络质量。

5G网络声称的低延迟,高可靠性,是由运营商来运营和保障的,除了问题,该如何处理?这和企业自建开放频段的网络有很大不同。

企业自建网络,网络属于企业,由供应商建设和维护,如果出了问题,或者网络问题带来的影响,这是企业供应链管理的问题。

如果使用运营商网络,在高实时,高可靠性、高风险环境下出了问题,该如何分清责任?汽车行业非常关心这个问题,在工业制造领域,这个问题或许没有汽车行业那么关注,但是在某些场景下,这也是个问题。

把网络交给运营商,意味着企业失去了一定的控制力,运营商如何让企业放心

把网络交给运营商,也意味着企业失去了灵活性,运营商如何能打造出一个对企业和行业友好的、具备丰富经验和能力的生态系统,能够在网络、信息系统、和企业业务之间更好的连接和服务。

如果综合来看,信息化的成本,收益,信息化实施的能力和信息化使用的能力,这些都需要整个生态系统的努力,尤其是最后给客户交付企业方案的合作伙伴。在这方面,WIFI,企业IP网这些行业的巨头和伙伴占据了先机。

现在大部分企业还在进行自动化改造,企业生产工艺、流程的改进主要靠工程师来完成。未来信息化、工业4.0进展到一定程度,软件开始掌管越来越多的控制,变化的部分会越来越多的通过软件来实现。软件会带来高度定制化、快速变更、灵活适应等新能力,同时工厂也需要越来越多的信息化人员,在软件领域进行的快速迭代,敏捷开发,DevOps(研发运维一体化),远程更新,灰度发布,软件即服务,微服务这些理念和实践都将会带入到工业制造领域,改变生产制造,改变生产和消费者的关系。

既懂工业,还懂信息化,又懂用户的人是行业发展所急需的。

二、本周重点政策跟踪分析

(一)推进智能制造,企业关注核心依然是提质增效

“十三五”时期是我国制造业提质增效、由大变强的关键期。智能转型是建设制造强国的关键,实现“数字化、网络化、智能化”制造,是制造业发展的新趋势,也是新一轮科技革命和产业变革的核心所在。当前中国智能制造产业尚处于初级发展期,大部分企业处于起步阶段。以电子行业为例,最大EMS的企业富士康,已于2015年开始逐步加快“机器换人”的步伐,海信、格力等家电制造企业也在自动化生产线上下足了功夫。诸如此类,多数企业的智能制造依然在初级阶段,但是由此带来的成本效益却是显而易见的。

目前,国内制造企业推进智能制造建设如火如荼,企业逐步开始在“智能研发”、“智能物流”、“智能生产”、“智能管理”、“智能服务”、“智能产品”、“智能装备”这七个方面尝试推进相关应用,有的企业关注“转型升级”,有的企业关注“提质增效”。

通过国家统计局的官网,我看到了在2016年,全国规模以上工业企业实现利润总额68803.2亿元,比上年增长8.5%。2017年1-4月份,规模以上工业企业利润总额同比增长24.4% ,增速比1-3 月份放缓 3.9 个百分点;其中,4月份利润增长14%。工业利润增速放缓,是前期高位增长后的合理回归。总体看,目前工业利润仍保持良好增长态势。这应该也是大多数企业目前推进智能制造的应用效果。也给目前处在观望或者等待的企业,增强了信心。

制造企业推进“提质增效”,目的就是要有效控制各项成本,提高生产效率,提升技术、质量和服务水平,创新发展空间,提升市场竞争能力。为此,制造企业应该建立相关的推进团队和机制,引导企业各个部门降本增效、创新生产经营模式增效、市场开拓增效、战略转型增效,全面管理和控制生产经营成本,积极延伸产业链,拓展发展新空间,变革生产经营模式,加快推进创业创新,提高战略应变能力和风险防控能力,全面促进和保障企业提质增效。结合自身的实际情况,找准制约提质增效的短板和瓶颈问题,积极与国内外领先企业进行全面对标,明确差距和提升方向,制定有针对性的主要路径进行突破,切实提升发展质量、增加效益。但是,要明确一点,路径规划一定要清晰,不要贪大求全,要逐一击破、分步实施。大家应该很清楚,生产环节的六要素(人、机、料、法、环、测)和六目标(效率、品质、成本、交期、土气、安全)是管理工作的重点,提质增效依然是围绕六要素和六目标进行推进。

产品质量的影响因素贯穿与产品的整个生命周期,必须收集、监控和分析整个产品周期从研发、采购、制造、质保、销售及客户服务等过程的质量信息。制造企业必须建立有效的质量数据采集机制,全过程采集六要素中的质量相关信息,最大限度地保证质量数据的及时性、准确性和全面性,构建产品质量数据中心。更为重要的是要利用好产品质量数据中心的数据,挖掘其中的价值,不仅是简单地做个分析,而是要通过分析发现问题,进而制定监管和改善措施,并组织实施。接下来进入新一轮的PDCA循环:质量数据收集—数据分析—发现问题—制定改善措施、组织实施,如此循环往复。在一次次的循环中,企业不断地加强质量问题的监督管理,切实做到产品质量的不断提升。

从产品研发设计开始,到整个生产过程乃至投入市场使用,完善的产品数字化档案,不仅可以保证产品数据的完整性,也可在此基础上实现设计制造一体化,实现制造过程中以预防为主,监控为辅,分析改善为有效手段的质量管控体系。

另外,不要让企业现有的质量工程和管理体系成为文档服务器上的一份份文件,而是要成为真正指导企业提升产品质量的指导性文件,实现质量人员从“事后补救”到“事前预防”的职能转变,从而增强企业自身的核心竞争力。

2、增效率

在生产环节提高生产效率,依然从六要素来分析生产环节中存在的问题:

人:员工工作技能较低(员工技能考核机制滞后),缺乏有效的技能培训;班组长管理能力不足,未做到因材施用,督导功能缺失;缺少合理的激励机制,团队工作积极性不高,士气低落、缺乏责任心、效率意识薄弱。

机:生产使用设备及夹治具缺乏标准化维护和保养要求,无专人负责管理,台账、状态、使用记录、点检保养记录、维修记录等基础信息缺失,部分设备及夹治具缺少操作指引,造成员工操作不当,严重影响生产效率。

料:未建立明确可行的物料采购、仓储、运输、质检等方面的管理制度;对外购原材料、半成品、成品未进行批次或序列管理;对过程中的可疑品、不合格品未建立有效控制办法;生产过程中物料信息采集依靠纸质单据,效率较低,且不利于物料追溯。

法:部分产品生产流程设计及作业方法不合理,导致生产过程不连续,效率低下;SOP缺乏实用性,员工操作方法未标准化;新产品及久未生产产品缺少工程技术指导,异常较多,处理不及时,返工耗费大量工时;生产安排、排线不合理,平衡损失大,等待浪费多。

环:生产现场规划混乱,5S管理落后,物料及工具无定置管理,现场目视化缺失,造成员工寻找和拿取物料及工具时的时间浪费。

测:针对检验规范标准化较低,大量的手工填写内容。检测报告需要人工整理。无论是自检、互检还是专检,仅仅是按照标准进行记录,没有发挥检验的真实价值。

这六个方面的效率提升,有的是需要提升管理,有的需要引入信息化系统来配合管理提升效率,有的需要进行精益生产规划和改善。

3、降成本

我相信很多企业已经推进了全面预算、战略成本理念、目标成本管理、资金周转管理、强化成本核算、建立成本责任制度等等完善的成本管理和控制体系,但是,从技术角度来解决成本较高的问题,还需找到可以优化的成本增高点。

制造企业的成本来源就是制造一定种类产品和数量所支出的各种费用之和,成本因素贯穿制造活动的全生命周期,生产成本分为直接成本(原材料费用、工人工资等)和间接成本(管理费用、折旧费用、维修费用、机物料消耗费用等)。另外,还包括一个质量成本,这些都是实实在在能够数据化和分析的成本结构。

直接成本,常规就是通过产品设计改进和生产工艺改进,降低消耗定额来降成本。

间接成本,常规就是加强费用的预算管理,提高各单元的费用控制粒度来降成本。

质量成本,常规就是从产品原料、制程、工艺三个方面来严格控制降低造成不良的质量成本。

对于制造企业来说,无论是工艺改进,还是机器换人,或者是提高管控粒度,都是一个重要的课题,例如:

在铸造企业,熔化环节,通过改造设备,提高煤气的燃烧利用率,降低消耗定额。

在设备管控环节,通过设备状态数据采集及大数据分析,优化设备维修保养的频次和备件的使用寿命,降低成本。

对于员工的工资,分析低技术含量、操作频次较高的可以使用机器取代人的工作岗位,优化人员结构,提高作业效率和精度,从而降低成本。

采用计件工资的企业,对计划的合理性、计件报工数据的真实性、时效性要进行监控,以最优的任务,最准确的数据核算成本。

在喷涂车间,对喷涂计划和交付计划优化排程,以最低的油漆浪费和人力浪费,降低成本。

以继电器生产为例,以一次性投入的自动化装配、测试、封装设备来代替传统手工作业,初步建立“无人化工厂”,应对国内日益增高的人工成本;

通过设备数据采集与质量数据分析等手段,实时监控产品生产工艺参数,降低不良品的产生;

通过生产过程的数字化管理手段,降低生产业务过程中的人工、时间成本。

智能制造的本质,是将智能装备(包括但不限于机器人、数控机床、自动化集成装备、3D打印等)通过通信技术有机连接起来,实现生产过程自动化,优化生产工艺,提高生产效率;并通过各类感知技术(传感器、RFID、机器视觉等)收集生产过程中的各种数据,通过工业以太网等通信手段,上传至工业服务器,在MES软件系统的管理下进行数据处理分析,并与企业资源管理软件(ERP)对接,提供最优化的生产方案或者定制化生产,最终实现智能化生产;研发创新智能产品,为企业在新的市场环境中,打造新的商业模式,建立新的业务价值增长点。让提质增效的路径更加清晰,执行更加透明,决策更加科学,效果更加明显。

三、本周聚焦

(一)亮出“中国制造”名片 厦门远海自动化码头将引领我国工业4.0

日前,“21世纪海上丝绸之路”沿海港口行主题宣传采访团一行来到厦门港,了解该港口建设情况。“厦门远海自动化码头不仅是中国首个、全球首个第四代自动化码头,也是中国首个全部自主知识产权的自动化码头。”厦门港口管理局副局长陈一端告诉记者。

 全球首个绿色环保“魔鬼码头”

厦门远海全自动化码头是全球首个无内燃机驱动设备作业的码头,码头内所有集装箱的搬运均采用市电驱动,自动导航运载车首次采用锂电池动力,将200ah(安时)级大载荷运输车辆采用电池驱动变成现实。

“厦门远海全自动化码头打破传统由内燃机驱动的水平运输方式之常规,将码头装卸完全置于轨道上,采用电源驱动,较传统码头节省能源25%以上,真正做到无污染零排放、绿色环保。”陈一端说。

完全拥有自主知识产权 亮出“中国制造”名片

“厦门远海自动化码头不仅是中国首个、全球首个第四代自动化码头,也是中国首个全部自主知识产权的自动化码头。”陈一端告诉记者。

厦门远海全自动化码头整套操作系统由中央控制室计算机控制,操作运营全部集成世界最先进的系统,从安全、效率和能耗角度确定最佳路径,是真正意义上的无人化全自动码头系统,具备精准高效、低成本、安全性高等领先优势,将“中国制造”的名片递向全世界。

创造最大级别集装箱承接记录 引领中国工业4.0

2017年5月27日,厦门远海全自动化码头举行全球首艘超21000标准箱的集装箱巨轮“东方香港”号首航工作启动仪式。这是现时世界最大级别集装箱船首靠厦门港,创造了中国首个全自动化码头第一次承接全球最大型集装箱船舶首航作业的记录。

陈一端表示,码头自2016年3月投入商业运营以来,实现安全“零”事故,箱量、工作效率和经济效益提速亮眼,厦门远海全自动化码头以全球领先的傲人技术和经济效能成为中国工业4.0的领头羊。

(二)中国移动正式启动5G北京试验网

中国移动5G试验全面启动

据悉,中国移动5G北京试验网启动会近日召开,标志着由大唐电信集团建设的5G北京试验网正式启动。

据悉,在启动会上,由中国移动研究院、北京移动、大唐电信集团联合组建的5G试验团队正式成立。根据中国移动规划,2017年在北京、上海、广州、苏州、宁波5个城市启动5G试验,推动平台架构成熟,验证3.5GHz组网关键性能,其中北京试验网由大唐建设。

据了解,北京试验网将在昌平未来科技园建设7个宏站,组成基本的试验环境;在验证5G基本组网性能的基础上,补充建设部分灯杆小站,组成宏微融合覆盖的特色网络环境,支撑5G三大应用场景的综合性能验证;同时结合首都高科技园特色,搭建5G联合创新平台,联合园区内其他生态链伙伴,在智慧园区和车联网等方向探索5G特色应用。

在业界看来,北京试验网的启动标志着中国移动的5G试验全面启动。而在上个月,中国移动公布的5G时间表是:今年将在5个城市开展外场试验,2019年实现预商用,2020年实现规模商用。上个月在上海召开的2017年世界移动大会上,中国移动还在展馆首次搭建了一个真实的5G网络。此前,中国移动已经在上海、广州、宁波、苏州开通外场实验。

三大运营商筹备多城试点5G

尽管全球5G标准未定,但是各方的角逐已经白热化。中国信息通信研究院发布的《5G经济社会影响白皮书》预测,到2030年5G带动的直接产出和间接产出将分别达到6.3万亿和10.6万亿元。我国三大运营商在未来7年内将在5G基础设施上投入接近1800亿元,这一数值将远远大过4G时代的投入。

中国移动的5G步伐最为迅猛,另外两大运营商也不甘落后。今年下半年,中国电信和中国联通也在部署5G试点。其中,中国电信计划在北京、广州、上海等地开展外场试验,另外雄安新区也进入试验名单。

此前中国5G推进组组织在怀柔搭建了一个5G试验场,国内外行业龙头企业都参与开发测试。资深电信专家项立刚指出,运营商纷纷选取不同城市进行外场测试,将在更复杂的环境下验证网络、技术测试,并且还将展开基于5G网的各种物联网、车联网应用,将为我国成为全球5G标准主导者打下良好基础。

中泰证券发布研究报告指出,中国移动在5G方面的计划推进进度明显领先于电信和联通。虽然三大运营商均表示2020年实现5G商用,但移动在5G试验和试商用的进度明显领先于两家兄弟公司。考虑到三大运营商的资金实力,该机构认为中国移动有望成为国内率先实现5G规模化商用的运营商。参考移动5G建设的计划时间表,国内5G市场的投资行情有望在2018年启动。

最近有海外研究公司给全球运营商的5G实力排了个座次,中国移动被排在第四名。

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