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智慧工厂——架构现代工业发展新格局

2014/3/27    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:IT规划  IT战略  智慧工厂  两化融合  
2014年3月13日,在e-works举办的“2014中国工业与信息化融合发展高峰论坛”上,IBM全球信息技术服务部资深系统架构师朱江华发表了主题为《智慧工厂——架构现代工业发展新格局》的演讲,本文根据演讲内容整理而成。

图1 IBM全球信息技术服务部资深系统架构师朱江华

图1 IBM全球信息技术服务部资深系统架构师朱江华

一、变革时期企业所面临的挑战

    智慧工厂是数字化工厂、信息化工厂发展到一定阶段所提出的理念,智慧工厂的产生来自于几方面的压力。

    第一个方面:新的IT技术与应用为智慧的成长带了机遇。

    2008年IBM提出了智慧地球,近年来企业的智慧技术也得到了发展,比如说物联网技术、智能技术、智慧信息等的应用,这些新技术为驱动智慧工厂的成长提供了契机。

    第二个方面:外来的因素,企业未来发展面临着很多压力和挑战,这些压力和挑战既来自于市场,也来自外部因素如变革和创新的责任,持续的成本压力,以及IT需求的不断增长。

    IBM在2012年做过这样一个调查,即“您在未来3-5年中将会通过哪种富有远见的计划来提高竞争力?”,中国和其他国家一些CIO在回答这个问题时,答案排在前5位的分别是商业智能和分析、业务流程的管理、移动解决方案、云计算、虚拟化。这一调查预示在智慧工厂的实践当中,企业可能更注重数据的应用、数据的挖掘和分析。因此,这几点也是IBM未来提供智慧工厂解决方案重点关注的方面。

 图2 IBM对未来工厂的愿景

图2 IBM对未来工厂的愿景

二、智慧工厂的IT战略

    作为传统的IT服务商,IBM从四个方面来帮助企业实现智慧工厂。首先是生产业务的数字化,IBM认为智慧工厂如果离开了生产业务的数字化,基本上谈不上智慧化。第二是IT基础架构的动态化,主要是指随着企业的不断发展,IT应用、业务的不断增加,IT整个架构会不断的优化、调整,以适应企业的发展。第三是IT治理的完善化。第四是商业运营的精细化。

    1、生产业务数字化:智慧工厂首先需要建立在数字化工厂的基础之上

    生产业务数字化包括:生产控制数字化、生产装备数字化、运营决策数字化、设计研发数字化、物流产品数字化、办公管理数字化。

    数字化工厂最核心的应用是数字化采集,即生产过程如何实现数字化。针对生产过程,主要做三个方面,一是数据采集,主要是通过设备接口进行联网整合,实现对设备的运行数据进行采集的过程,并能对异常情况进行报警。二是优化监控,对设备监控,对能源管控,对HSE监控,同时对这些技术进行发布以及工艺分析。三是优化管理,包括对整个生产过程、设备的效率、质量进行管理,并能进行生产分析。

    2、IT基础架构动态化:快速部署 弹性伸缩

    IT基础架构动态化很重要一点是离不开云计算的。如何更好地运用云计算技术,实现云计算服务与IT技术的整合,为企业服务,是IBM未来要重点考虑的方向之一。针对这个问题,IBM认为可以通过以下四个步骤实现:一是集中化;二是虚拟化;三是标准化;四是动态化。

 图3 IT基础架构动态化四个步骤

图3 IT基础架构动态化四个步骤

    IBM通过多年的实践得到这样的数据,基本上每隔五年,企业的IT服务器就会翻倍。因为,随着企业业务的增加,计算资源在不断减少。以前企业在做机房新建项目的时,需要进行长时间的统筹规划和梳理。通常要考虑机房如何来建设?存储如何来设计?并且还要考虑是做五年的整体规划还是十年还是十五年,以及如何来落地的问题。而在云计算时代,还需要考虑哪些系统、哪些应用可以应用云计算技术。

    针对以上问题,IBM推出了模块化数据中心解决方案,该解决方案采用模块化的理念,能够帮助企业做十五年甚至二十年的机房建设规划,且实际的投入是可以分期分阶段去完成。解决方案包括SMDC可扩展模块化数据中心、EMDC企业级模化数据中心、PMDC集装箱式数据中心、HDZ高密度分区。SMDC可扩展模块化数据中心比传统数据中心节省20%,EMDC企业级模化数据中心能帮助企业延迟40-50%的固定资产和运维费用的支出,PMDC集装箱式数据中心是全功能的、高防火性的全天候移动式数据中心,HDZ高密度分区比数据中心全部改建要节省35%的成本。

    如下图即分析了IBM模块化数据中心解决方案如何帮助企业实现数据中心的横向纵向发展。企业可根据实际需要分期分批投入数据中心的建设,同时服务器的应用也可以按照这种模式完成增长。

 图4 IBM模块化数据中心解决方案

图4 IBM模块化数据中心解决方案

    IBM有十六个数据中心分析工具,可以帮助企业消除规划的障碍,包括建立中间件策略和设计,服务器优化,数据中心运维和管理等。

 图5 IBM十六个数据中心分析工具

图5 IBM十六个数据中心分析工具

    3、IT治理完善化:使IT战略和业务战略保持同步

    IT治理是高级管理层的责任,它包括领导能力、组织结构和流程,以确保组织的IT能支持和增强组织的业务战略和目标。有效的IT治理有助于确保IT对业务目标的支持,使IT投资达到最优,同时能恰当地管理IT相关领域风险和机遇。通过战略融合、价值交付、资源管理、风险管理、绩效测评等IT战略方法,能够判断整个IT的战略是否与企业的业务保持同步。

    *战略融合:关注于确保业务计划和IT计划的联系;规定、保证和验证IT价值建议;使IT运营与企业运营一致。

    *价值交付:在整个交付周期内实施价值建议,确保IT实现了预期的战略收益,集中关注成本的优化,提供IT的固有价值。

    *资源管理:对IT资源(应用系统、信息、基础设施和人员)的优化投资并适当管理,关键问题在于知识和基础设施的优化。

    *风险管理:要求企业的高层管理者具备良好的风险意识,清晰了解企业对风险的承担偏好,了解合规性要求,企业所面临的显著风险的透明化,并将风险管理的职责嵌入组织之中。

    *绩效评测:追踪并监控战略实施、项目终结、资源使用、流程绩效、服务支付以及诸如平衡记分卡的使用,平衡记分卡将战略转化为措施,这些措施可以实现传统财务管理方面无法测量的目标。

    4、商业运营精细化:推动企业实现精细化管理,实现企业向管理要效益的转变!

    受国际及国内市场因素的影响,制造业外面订单减少,越来越多的高绩效制造企业开始关注BI商务智能,以其促进成本的降低、产业的升级、加强品牌建设,以期实现:

    *降低运营成本,提升成本控制能力,为企业度过难关提供帮助;

    *正确评估新产品,新领域的营收情况,为企业转型提供科学依据;

    *实现产品定价合理化,通过盈亏平衡点合理定价;

    *监控产品供应链全流程,减少供应链过程的无谓浪费;

    *降低由于决策偏误给企业带来的库存压力,并且减低企业由于缺货可能产生的损失;

    *为决策者提供一个掌控企业真实全貌的信息化平台。

    以上都是制造业运营重点关注的内容,IBM也提供了专业的制造业运营分析方案,主要包括:

    KPI主题分析:包含销售收入、毛利率、三项费用率、税前利润、净利润、期末存货、期末应收账款……;

    销售主题分析:产品ABC分析、产品销售排行榜、畅销、滞销产品分析、促销分析和利润贡献分析……;

    供应链主题分析:物料库存、物料周转率、呆滞物料、物料进出库、物料占用库资金、短缺和超储物料……;

    HR主题分析:人员结构分析、人工成本效益分析、用工总量分析、人工成本构成……。

    商业智能可以将过去深藏在各个应用系统当中的数据挖掘出来,并以透明的方式实时反馈到各个决策和管理环节,从而使企业的战略执行得到有效的控制。

    IBM认为商业智能管理思想主要体现在四个方面即透明、精确、及时和可预测。透明是通过各种技术手段,使企业领导对生产的各个环节的数据充分的了解,例如透明工厂、可视化工厂技术。有了透明化的工厂,企业还需要一个精确的数据,避免因错误的数据给企业带来不可估量的损失。及时性即企业希望得到及时的数据,及时的反馈,通过这些及时的数据和反馈,能够对未来的一些决策达到可预测的效果。

三、智慧工厂的具体实践

    案例1 :某煤机装备产业园通过IBM E-Factory解决方案快速提升装备工业化信息水平

    某煤矿机械公司为了满足公司发展的需要,决定开展信息化、智能化建设。IBM从六个方面即产品创新数字化、装备数字化、管理数字化、生产数字化、研发数字化、决策数字化的角度的去帮助该煤机装备产业园实现信息化智能化的落地,包括建立了十大系统:网络系统及综合布线、数据中心系统、安防及门禁一卡通系统、通讯系统、信息发布及会议系统、办公自动化、管理信息化、产品数字化、装备数字化、设计数字化。

    通过这十大系统,实现整个企业的集成、共享、协同转变,最终实现企业整体数字化。同时,将整个装备产业园的系统整合到大屏系统ECC上,实现了将物理环境的建设与人员、流程、技术的整合,充分发挥ECC作为生产运行的“大脑”和眼睛的作用。通过ECC,领导能够了解整个工厂的运行情况,从而快速作出决策。

 图6 ECC大屏

图6 ECC大屏

    此外,IBM还给该产业园做了一定的业务优化,例如由于装备产业园各车间是相对独立的,因此按原来的模式是给每一个车间配备3-5个维修工人,但大部分的时间这些维修工人是清闲的。因此,通过整合改变他们原有的维修模式,通过总控的方式,建立一个检修组,这样既减少了人员投入,也提高了工作效率。

    案例2:一体化智慧工厂—某炼化企业

    在这个项目中,客户需求为:

    1、信息化技术平台:为厂区生产、经营业务提供全面支撑的先进、安全、可靠的信息技术平台,将物理环境的建设与人员、流程、技术整合在一起,能集生产经营调度,应急管理,集中监控,分析决策,事件管理为一体。

    2、系统把TCP/IP作为统一的标准,充分利用IP技术把弱电功能子系统的控制器从传统的总线系统统一到IP平台上。

    3、利用RFID和物联网技术进行资产监控管理,利用无线覆盖和移动应用技术更方便灵活地管理整个系统利用各种先进技术加强安全生产、安全监控、应急处置能力。

    4、需要总承包,承担计算机网络、机房、综合布线、门禁一卡通、监控系统、语音电话、火灾报警系统、防盗系统、总控中心等、十个系统。

    在这个项目当中IBM采用了基于RFID/GPS技术的安保与资产管理,帮助该炼化企业实现了:

    *自动验证、定位和记录内部员工、合作伙伴、访客在危险区域的进出活动;

    *通过发现、定位员工位置来强化在突发事件时的安全设施的覆盖范围;

    *检测未授权访问安全区域的行业;

    *提高对高价值和重要资产的定位能力,保护资产;

    *与安保系统、IT系统等进行深度集成;

    *当工作人员进入工作区域,行踪管理系统会自动跟踪记录人员的进出区域和时间,如果不符合预订的路线,系统会自动报警和记录整个行程路径;

    *通过与视频监控系统的联动可循环人员移动轨迹回放监控图像;

    *通过与智能照明的联动可以实现照明的开关;

    *通过与信息发布系统的联动可以在人员活动场所发布与人员身份/工作有关的信息。

    案例3:能源优化及管理—国内某纺织生产企业

    这家客户面临的挑战主要有:电费逐年上调,运营成本不断增加;虽具备节能意识,但缺乏有效手段;客户已投资节能设备,但因系统整合效果不佳,节能系统无法动态调节;政府对企业节能降耗的指标压力。

    针对客户存在的这些问题,IBM通过前期的数据收集,制定和完善提高能源节约的措施,实施,最后验证等几个步骤,对其做了全流程的能源优化。能源节约措施包括整合节能技术与观念,为客户寻求能源使用KPI;提高Facility系统的能源使用效率,为客户创造最大效益;结合IT、云技术提高节能系统之动态调节功能;采用完整且领先的能源管理工具体Tivoli及设备运维管理系统的Maximo ,并利用公有云平台,降低系统建设难度和系统整合风险。

能源优化及管理—国内某纺织生产企业

    节能效果:

    1、冷冻水主机调整,能耗降低成15%,年度节省费用120万元。

    2、冷却水按照环境温湿度进行最佳化控制,年度节省费用50万元。

    3、水泵系统最佳化控制,能耗降低42%。

    4、电力功率得以改善,年度节省费用10万元。

    案例4:无线互联网技术的应用——新疆数字化物探项目

    IBM有相应的无线物联网解决方案,可提供高带宽数据网,具有远距离、高灵敏度、高带宽、低成本、长距离和灵活组网等特性。功能主要有:配网调度一体化指挥通讯、智能巡检系统(视频、语音和数据通信)、移动营收(移动收费车)、应急通信、数据网络接入。

    目前,具体运用在中国石油新疆数字化的物探项目,该无线互联网平台主要协助其完成了重要资产的安全监控(包括视频监控)、实时任务调度(包括语音和数据业务)、远程物探作业监控(包括视频和数据业务)。通过这个项目充风验证了IBM无线物联网平台具备如下优点:

    覆盖范围广:单基站能提供800平方公里的覆盖;

    性能优越:30公里保持最高的频谱利用率;

    吞吐量高:达到目前数传电台的100倍吞吐量,但最终端功率仅为数传电台的1/25;

    抗噪性好:可与大型地震设备工存,无丢包。

    案例5:电子设计自动化云—某集成电路设计有限公司

    该案例主要是针对该集成电路设计公司IC设计人员在仿真、性能、安全、以及协作等R&D工作环境方面面临着复杂的挑战,IBM为其引入了IBM自2009年于IBM德克萨斯州奥斯丁市创新设计中心起用于内部P系统蕊片设计开发的电子设计云最佳实践与参考架构。该公司利用这一参考架构实现了包含端到端的智慧桌面云(Smart Desktop Cloud)与IT基础架构网格资源池(Grid Comuting Farm),提高了研发效率,降低了研发成本,加强信息安全管理。

    案例6:商业智能分析管理—某电子器件制造厂家

    这家电子器件制造厂家面临着:原材料成本持续上升,造成运营销售压力增大;部分供应链环节脱节,造成原材料库存不合理;公司决策层对各业务层面的信息难以全面掌握,经常造成决策性失误。IBM通过商业智能分析管理解决方案,推动企业实现精细化管理。通过实际KPI仪表盘,能够很便利的知道企业实际情况,并对营销、库存进行分析。

    以上是IBM在智慧工厂的一些具体的实践,总的来说,智慧工厂建设已经成为促进企业创新的巨大动力和发展来源,它具有整体性、前瞻性和先进性,需要企业分阶段进行实施。我相信具有远见的企业领导者将充分利用外部资源,与第三方合作伙伴建立战略合作关系以迎接新的挑战。

    本文根据IBM全球信息技术服务部资深系统架构师朱江华在“2014中国工业与信息化融合发展高峰论坛”上的演讲整理而成,已经本人确认。

责任编辑:卢玉琴
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