制造工厂数字化改造，究竟从何做起？

　　数字中国、新基建正如火如荼,传统制造工厂的数字化改造也成为关注焦点。将数据与人、机器以及生产相关的万事万物连接起来,进行节能的、高效率的、智慧的管理,并非易事。国内工业企业均在此发力,但从行业整体来看,这场关于工厂的数字革命还在发展初期,仍有许多问题待解。

　　德国早在2014年左右就提出了工业4.0概念,即利用信息化技术促进工业产业变革。一些海外制造企业做了尝试:美国制造业龙头GE在2016年推出Predix工业互联网平台。不过截至目前,由于技术不足以及政策支撑不完善,工业互联网在全球范围内的发展并不令人满意。

　　工业4.0对中国企业提出了哪些要求?一方面是底层技术上的,物联通信、AI、工业协议等等。但很长一段时间,物联通信技术发展都比较局限,工业协议之间互相不通导致设备端、系统应用端相互割裂。

　　另一方面则是内部流程上的。制造企业往往生产工作量庞大,工业生产格局中心化程度高,生产、工艺、物流等部门之间开放程度不够,而决策权很多时候又很集中,这就可能导致企业决策效率低,对外界变化的反馈时间长。一个例子是,我国在2016年提出了“四表合一”,即电、气、水、暖四表合并,但在实际操作中,庞大工厂内部,这些领域的管理都自成体系,四个系统各自为阵,各自按自己行业的管理模式开展工作,无法资源共享,形成信息孤岛,最终使得各方参与的积极性不足。

　　然而一个令人惊喜的转折是,2021年开始的5G技术普及,给智慧工业铺平了道路。拥有高速率、低时延、高可靠通信特点的5G技术,打破了传输数据从采集到决策的全过程,将物联网和云计算以及人工智无缝融合,更实现了智能感知控制、“互联网大数据”产生数据到“工业大数据”的转型,由此,智慧工业的发展驶上了快车道。

　　

　　过去两年里,已经有国内企业做出了很好的示范。美的集团调整组织架构后成立了楼宇科技事业部,专门服务于楼宇建筑的数字化改造,最早就是在自己身上“做实验”。2022年,楼宇科技旗下的iBUILDING数字化平台,先后在其西区工业园、重庆水机工厂、荆州工厂改造落地,以数字孪生技术为底座的碳管理系统实现了这些工业园区能源供应系统、负荷系统、操作系统的连接,工作人员线上即完成了园区碳排放的监测和管理。这种模式正在得到美的以外多个制造业园区、工厂的广泛推广。

　　事实上不仅5G来了,促成智慧工业的各方面技术发展都在这两年提了速。利用各种感应设备、数字孪生、云平台、5G通讯和软件集成,这些技术让制造业的未来发展呈现出了更多的可能性。

　　

　　比如在生产制造端,机器产生的数据是生产车间的通讯根基,5G技术可以将不同设备与通讯网络连接,它相比原有通行的WiFi技术更具稳定性,能够较好的收集设备状态数据和质量数据。接着通过边缘计算等方式,数据可就地分析和存储。

　　例如一个车间内,产线机器人等设备自动化生产,数据传输到工业云端形成大数据,再以ERP、MES等管理软件作为中枢管理系统,通过RFID标签、扫码器、条码、传感器等为组件,最终呈现到决策者眼前就是一个集中且便捷的“驾驶舱”大屏。由此,人类可依靠数据实现科学决策、智能设计、合理排产,从而提高整个生产系统的效率。

　　在工艺控制端,数字化改造工厂意味着一套更高效的管理体系。例如MES制造执行系统,可运用到生产调度管理、工艺执行与管理、过程控制管理、排程管理、质量管理、设备管理等模块,实现生产制造全流程优化。通过开发数字化生产制造执行平台及规范的定义接口,使生产计划、控制命令、信息数据在整个MES系统、过程控制系统、自动化体系中透明、及时、顺畅地交互传递,最终实现生产全过程数字化。

　　物流仓储是生产的后端流程,但同样也是产业链条流转的重要环节,在这方面,数字化改造主要表现为智能物流平台。具体来说,智慧化的仓储可以简便地收集库存数据,并快速完成产品原材料、产品配套件、成品件之间快速流转和输送工作。如此,仓库转运过程造成的人工成本可以降低,仓库货位周转效率将有所提升,企业内部沟通与外部衔接效率就能加快,最终实现仓库储流数字化管控和智能化运输。

　　

　　美的楼宇科技数字化平台iBUILDING

　　还有一个不可忽视的重要目标是减碳。我国现已提出了“30 60”目标,即二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,力争2060年前实现碳中和。在这一方面,工业企业必须力争排头兵——据工信部统计,工业领域能源消费量占全国总体消费量65%左右。

　　想要实现工业企业的节能降耗,除了引进低碳设备和优化工艺,更需工厂通过数字化和电气化的途径来实现长期的绿色转型和能效优化。这不仅包括新能源技术的应用,生产工艺的革新,同时也包括产品全生命周期的碳足迹。美的集团也做了个示范:前文所提的美的西区工业园、重庆水机工厂、荆州工厂,均已实现零碳工厂的转型。美的楼宇科技在实现全场景低碳行业碳中和之后,未来还计划在中央空调产品、热泵等占比较高的产品中,更加注重全生命周期碳足迹管理的需求,提供全链路低碳产品和服务。

　　碳管理是减碳工作中的重要部分,美的不仅把碳管理当做内部业务,同样用自身经验赋能给外部,并由此开发出更多新的商业模式,例如碳咨询服务。一个案例是,美的楼宇科技与南方电网合作,使用“虚拟电厂”作为连接电源侧和负荷侧的电网“智能管家”,虚拟电厂可依托美的iBUILDING支持扩大负荷侧可调节资源接入规模,共同探索负荷侧需求响应、现货市场、辅助服务市场的商业模式和产业化应用,带动源网荷友好互动,打破电网侧和用电侧边界,通过对设备负荷的动态调控,智能推荐更优的用能方案,最大化能源利用效率。

　　数字化改造工厂是时代浪潮,同样也是商业模式创新,但归根结底,也需企业因地制宜,探索出适合自己的道路。对于中小工厂而言,现在谈智慧似乎都还过早,但从基础着手,在设备技术、企业架构以及流程上进行改造,已是行业共识。而大型企业则需带头,将数字技术可能会先一步应用到具有高附加值和个性化产品中,引领着工厂运行模式的变革,乃至整个工业制造链条的革命。