無錫太湖國際博覽中心
2025年9月12-9月14日
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西門子中壓無錫工廠生產決策支持系統：打造基于工業云的“透明工廠
2017/11/1 8:17:48 點擊：3132
從剛性制造向柔性制造轉變是“工業4.0”的重要標志。西門子中壓開關技術(無錫)有限公司聯合西門子(中國)有限公司無錫創新中心，研發并實施生產決策支持系統，打造基于工業云的“透明工廠”。該系統融合數據采集智能網關、語義技術、OPC UA和PROFINET通信等物聯網技術，破解異構數據整合和工業級數據傳輸兩大難題，實現對人、機、料等各環節的全方位透明化描述和追蹤。
物聯網技術助企業打造“透明工廠”
作為“工業4.0”的重要標志之一，柔性制造打破了傳統剛性自動化生產線運營模式，轉向以滿足個性化定制需求為目標的“以銷定產”模式。中小型工業企業具有生產規模小、生產靈活性大、成本敏感性高等特點，在盡量不改變原有生產流程的基礎上提升柔性制造能力對中小型工業企業發展至關重要。
西門子中壓開關技術(無錫)有限公司(簡稱“西門子中壓公司”)成立于1997年，年營銷額達到14億元人民幣，員工人數約900人，是一家典型的中小型工業企業。
柔性制造要求企業具備兩種能力：一是產品設計與訂單管理的敏捷反應能力，二是生產過程控制的柔性反應能力。近年來，西門子中壓公司在訂單管理和產品設計上陸續應用了SAP、NX-tool等管理軟件系統，已具備一定的敏捷反應能力。但是在生產現場數據記錄環節依然大量依靠人工，經常發生錯記、漏記現象。生產現場數據“不透明”造成管理軟件和生產過程的脫節，嚴重影響管理決策的可靠性。
從這一環節入手，西門子中壓公司聯合西門子(中國)有限公司無錫創新中心(簡稱“西門子無錫創新中心”)，研發實施生產決策支持系統，以物聯網技術為基礎，打造基于工業云的“透明工廠”，提升生產過程的透明化水平。
“‘透明工廠’就是要讓管理者能夠對工廠生產全流程一覽無余、了如指掌。其中，物料、設備和人員是工廠內最主要的三大主體，也是這套系統所要重點監控的目標。”西門子中壓開關技術(無錫)有限公司GIS工廠生產制造部經理樂又康說。
據介紹，西門子中壓公司生產車間每年涉及上萬種零部件的調配，原來單純依靠人工操作叉車配送，因物料錯配和丟失產生的直接或間接額每年達數十萬元。因此，生產決策支持系統把對物料的監控作為重點，實時確定物料的位置，防止錯配和丟失的情況發生。
生產決策支持系統采用“條碼記錄物料起始信息+動態記錄叉車軌跡”方式，實現對叉車和物料的實時定位。該系統給每種零部件的物料筐貼上記錄著配送單號等信息的條碼，并在叉車上安裝陀螺儀和加速度傳感器。在運輸起點，叉車司機用智能移動終端掃描條碼，并將配送單號等信息同步上傳至云平臺，之后由叉車運輸物料。在運輸過程中，基于部署在工廠內的大量無線網絡節點和叉車上的陀螺儀和加速度傳感器，利用無線定位和慣性導航技術，實時描繪叉車的移動路徑，對比全廠地圖后，可以準確獲得叉車位置，進而追蹤所運物料。
提升設備利用率是生產決策支持系統的另一目標。西門子中壓公司為確保產品質量，在生產制造過程中大量采用進口機床設備，主要設備價格均在500萬元以上，因此設備利用率的提高就意味著每年可節省數十萬元的成本。
生產決策支持系統分解和細化原有監控環節，幫助管理者提高設備利用率。例如，在激光切割機床周圍安裝有8個傳感器，其中2個監控上料和下料動作，3個監控人員位置，3個監控機床的工作狀態。“這樣將生產過程的監控數據量提高到原來的8倍，把許多監控環節做了更精細的分解。有了這些數據，我們不僅可以準確模擬計算出機床利用率，還可以進一步分析原因，做出更科學、更有針對性的措施。”樂又康說。
目前，生產決策支持系統已應用在西門子中壓公司的6個生產車間，共安裝了上百個不同類型的傳感器，設備綜合利用率從70%提高到80%以上。在2016年西門子能源管理集團內部的精益化管理評分中，幫助西門子中壓公司得到了78分的高分(100分制)。
創新研發破解兩大技術難點
西門子無錫創新中心是生產決策支持系統的研發者。西門子無錫創新中心主任張明介紹，該系統融合智能網關、語義技術、OPC UA和PROFINET通信等物聯網技術，實現對人、機、料等各環節進行全方位的透明化描述和追蹤，在研發實施該系統的過程中，重點解決了兩大技術難點。
難點一：如何整合多源、異構的數據。
生產決策支持系統主要應用于建成工廠的透明化改造。西門子中壓公司已生產經營近20年，在不同時期陸續應用了多種第三方企業管理系統和不同廠商生產的機床設備，這些系統和設備的數據格式、通信接口都不一樣，整合這些多源、異構的數據成為實施生產決策支持系統的一個難點。
數據采集智能網關和語義技術為整合多源、異構數據提供了有效路徑。首先，西門子無錫創新中心根據不同系統和設備，定制專用的數據采集智能網關，配合多種傳感器，在生產現場采集機床、叉車等多種生產設備數據。然后，使用語義技術對生產線及設備數據進行描述，應對生產模式和數據的差異性，構建統一的生產數據模型。最后，利用描述好的生產數據模型，對多源數據進行整合，形成數據閉環。
該系統的數據整合范圍包括生產計劃數據、物料倉儲數據、設備利用數據和生產加工執行數據等。基于這些數據，該系統可為企業提供從生產計劃到生產執行反饋的全方位數據服務。
難點二：如何實現高效、穩定的工業級數據傳輸。
一方面，工業通信的控制對象大多是機床等高價值設備，要求容錯率更低。另一方面，工廠生產環境極為復雜，不同區域可能分別存在高速、高溫、高壓、真空、強磁等情況，要在各種極端條件下保證數據傳輸的穩定、高效，難度很大。
生產決策支持系統采用“OPC UA+PROFINET”的通信協議架構。據介紹，OPC UA是最新發布的自動化行業的通信標準框架，具有高擴展性，同時支持多種已有的標準工業通信協議和自定義協議。
PROFINET是由西門子主導制定的工業以太網通信協議，具有高安全性、高適配性和高精度等特點，可根據響應時間不同，支持TCP/IP、實時(RT)通訊和同步實時(IRT)通訊三種方式。例如在機床高速運動控制中，PROFINET的同步實時(IRT)功能可實現精確和穩定的數據交換，響應時間最短可至1ms，抖動誤差小于1μs。
此外，PROFINET在有線通信基礎上，支持工業無線局域網通信(IWLAN)，避免接觸導線等易于磨損的技術部件，降低維護成本，提高工廠規劃的靈活性。
將實現“樂高積木式”功能組合
調研顯示，截至去年底，江蘇省中小型企業總數達248.2萬家，同比增長22.3%；其中，工業企業55.3萬家，同比增長6.6%；規模以上中小工業企業46367家，位居全國第一。
數量眾多的中小型工業企業為生產決策支持系統提供了廣闊的市場空間。目前，該系統已在無錫凱迪航空和西門子愛克斯射線無錫工廠等企業開展技術溝通和調研，同時在昆山、蚌埠、東莞、成都等地工業企業推廣。
“下一步，我們將依托西門子工業云平臺，提高系統的可復制性和通用性，構建設備監控、物料跟蹤、生產過程跟蹤、人員管理和質量追溯等五個功能模塊，針對各企業不同情況，實行模塊化組合。”張明說。
據介紹，西門子工業云平臺是西門子在全球范圍內推出的開放性合作平臺，匯集海量的專業數據和專家團隊，提供開放的功能接口，吸引行業客戶或軟件開發者開發更多的工業APP，并將這些APP推薦給更多的客戶使用。
“未來，我們提供的功能模塊就像樂高的基礎積木，客戶或合作伙伴只需要像搭積木一樣，把它的物聯網應用模型逐漸搭起來。”張明說。
企業簡介：西門子中壓開關技術(無錫)有限公司是由德國西門子股份有限公司與無錫電子儀表公司于1997年創建，市場占有率在國內中壓開關行業的外資企業中位列前三。當前員工約900人，3個廠區占地面積共57000平方米，年營業額達到14億元人民幣，主要從事陶瓷真空滅弧室、固封式真空斷路器、氣體絕緣開關柜(GIS)以及有關產品的設計、測試、生產、市場銷售及技術售后服務。主營產品應用于國家高鐵、國內多個城市的地鐵和城市供電網絡，并遠銷馬來西亞、沙特阿拉伯和澳大利亞等國家。
西門子(中國)有限公司無錫創新中心成立于2013年。作為西門子中國研究院與本地合作伙伴的橋梁，無錫創新中心致力于在工業物聯網領域探索前沿技術，并與本地合作伙伴、終端用戶共建應用示范項目，探索滿足中國市場需求的創新解決方案。目前，無錫創新中心主力產品“基于工業云的生產決策支持系統”已應用在西門子中壓開關技術(無錫)有限公司，未來將推動構建本地工業物聯網創新生態圈。
案例簡述：“工業4.0”時代，柔性制造能力決定中小型工業企業競爭優勢。“西門子中壓工廠生產決策支持系統”，依托西門子工業云平臺，應用智能網關、語義技術、OPC UA和PROFINET通信等物聯網技術，破解多源異構數據整合和極端條件下工業級通信兩大難題，構建設備監控、物料跟蹤、生產過程跟蹤、人員管理和質量追溯等五大功能模塊，實現對工廠內人、機、料各環節的全方位數字化描述和追蹤，幫助企業打造“透明工廠”，提升企業柔性制造能力。目前，該系統已首先應用于西門子中壓公司7個生產車間，并在無錫、成都、東莞、昆山、蚌埠等地工業企業推廣。(完)
(原標題：西門子中壓無錫工廠生產決策支持系統：打造基于工業云的“透明工廠”)
（來源：新華網）
西門子中壓公司實施該系統后，每年避免因物料內部運輸錯誤或丟失造成的經濟損失數十萬元，企業通快機床等主要生產設備綜合利用率提升10%，在2016年西門子能源管理集團內部的精益生產管理評比中獲得78分的高分。目前，該系統已在無錫、昆山、蚌埠、東莞、成都等地工業企業應用推廣。
物聯網技術助企業打造“透明工廠”
作為“工業4.0”的重要標志之一，柔性制造打破了傳統剛性自動化生產線運營模式，轉向以滿足個性化定制需求為目標的“以銷定產”模式。中小型工業企業具有生產規模小、生產靈活性大、成本敏感性高等特點，在盡量不改變原有生產流程的基礎上提升柔性制造能力對中小型工業企業發展至關重要。
西門子中壓開關技術(無錫)有限公司(簡稱“西門子中壓公司”)成立于1997年，年營銷額達到14億元人民幣，員工人數約900人，是一家典型的中小型工業企業。
柔性制造要求企業具備兩種能力：一是產品設計與訂單管理的敏捷反應能力，二是生產過程控制的柔性反應能力。近年來，西門子中壓公司在訂單管理和產品設計上陸續應用了SAP、NX-tool等管理軟件系統，已具備一定的敏捷反應能力。但是在生產現場數據記錄環節依然大量依靠人工，經常發生錯記、漏記現象。生產現場數據“不透明”造成管理軟件和生產過程的脫節，嚴重影響管理決策的可靠性。
從這一環節入手，西門子中壓公司聯合西門子(中國)有限公司無錫創新中心(簡稱“西門子無錫創新中心”)，研發實施生產決策支持系統，以物聯網技術為基礎，打造基于工業云的“透明工廠”，提升生產過程的透明化水平。
“‘透明工廠’就是要讓管理者能夠對工廠生產全流程一覽無余、了如指掌。其中，物料、設備和人員是工廠內最主要的三大主體，也是這套系統所要重點監控的目標。”西門子中壓開關技術(無錫)有限公司GIS工廠生產制造部經理樂又康說。
據介紹，西門子中壓公司生產車間每年涉及上萬種零部件的調配，原來單純依靠人工操作叉車配送，因物料錯配和丟失產生的直接或間接額每年達數十萬元。因此，生產決策支持系統把對物料的監控作為重點，實時確定物料的位置，防止錯配和丟失的情況發生。
生產決策支持系統采用“條碼記錄物料起始信息+動態記錄叉車軌跡”方式，實現對叉車和物料的實時定位。該系統給每種零部件的物料筐貼上記錄著配送單號等信息的條碼，并在叉車上安裝陀螺儀和加速度傳感器。在運輸起點，叉車司機用智能移動終端掃描條碼，并將配送單號等信息同步上傳至云平臺，之后由叉車運輸物料。在運輸過程中，基于部署在工廠內的大量無線網絡節點和叉車上的陀螺儀和加速度傳感器，利用無線定位和慣性導航技術，實時描繪叉車的移動路徑，對比全廠地圖后，可以準確獲得叉車位置，進而追蹤所運物料。
提升設備利用率是生產決策支持系統的另一目標。西門子中壓公司為確保產品質量，在生產制造過程中大量采用進口機床設備，主要設備價格均在500萬元以上，因此設備利用率的提高就意味著每年可節省數十萬元的成本。
生產決策支持系統分解和細化原有監控環節，幫助管理者提高設備利用率。例如，在激光切割機床周圍安裝有8個傳感器，其中2個監控上料和下料動作，3個監控人員位置，3個監控機床的工作狀態。“這樣將生產過程的監控數據量提高到原來的8倍，把許多監控環節做了更精細的分解。有了這些數據，我們不僅可以準確模擬計算出機床利用率，還可以進一步分析原因，做出更科學、更有針對性的措施。”樂又康說。
目前，生產決策支持系統已應用在西門子中壓公司的6個生產車間，共安裝了上百個不同類型的傳感器，設備綜合利用率從70%提高到80%以上。在2016年西門子能源管理集團內部的精益化管理評分中，幫助西門子中壓公司得到了78分的高分(100分制)。
創新研發破解兩大技術難點
西門子無錫創新中心是生產決策支持系統的研發者。西門子無錫創新中心主任張明介紹，該系統融合智能網關、語義技術、OPC UA和PROFINET通信等物聯網技術，實現對人、機、料等各環節進行全方位的透明化描述和追蹤，在研發實施該系統的過程中，重點解決了兩大技術難點。
難點一：如何整合多源、異構的數據。
生產決策支持系統主要應用于建成工廠的透明化改造。西門子中壓公司已生產經營近20年，在不同時期陸續應用了多種第三方企業管理系統和不同廠商生產的機床設備，這些系統和設備的數據格式、通信接口都不一樣，整合這些多源、異構的數據成為實施生產決策支持系統的一個難點。
數據采集智能網關和語義技術為整合多源、異構數據提供了有效路徑。首先，西門子無錫創新中心根據不同系統和設備，定制專用的數據采集智能網關，配合多種傳感器，在生產現場采集機床、叉車等多種生產設備數據。然后，使用語義技術對生產線及設備數據進行描述，應對生產模式和數據的差異性，構建統一的生產數據模型。最后，利用描述好的生產數據模型，對多源數據進行整合，形成數據閉環。
該系統的數據整合范圍包括生產計劃數據、物料倉儲數據、設備利用數據和生產加工執行數據等。基于這些數據，該系統可為企業提供從生產計劃到生產執行反饋的全方位數據服務。
難點二：如何實現高效、穩定的工業級數據傳輸。
一方面，工業通信的控制對象大多是機床等高價值設備，要求容錯率更低。另一方面，工廠生產環境極為復雜，不同區域可能分別存在高速、高溫、高壓、真空、強磁等情況，要在各種極端條件下保證數據傳輸的穩定、高效，難度很大。
生產決策支持系統采用“OPC UA+PROFINET”的通信協議架構。據介紹，OPC UA是最新發布的自動化行業的通信標準框架，具有高擴展性，同時支持多種已有的標準工業通信協議和自定義協議。
PROFINET是由西門子主導制定的工業以太網通信協議，具有高安全性、高適配性和高精度等特點，可根據響應時間不同，支持TCP/IP、實時(RT)通訊和同步實時(IRT)通訊三種方式。例如在機床高速運動控制中，PROFINET的同步實時(IRT)功能可實現精確和穩定的數據交換，響應時間最短可至1ms，抖動誤差小于1μs。
此外，PROFINET在有線通信基礎上，支持工業無線局域網通信(IWLAN)，避免接觸導線等易于磨損的技術部件，降低維護成本，提高工廠規劃的靈活性。
將實現“樂高積木式”功能組合
調研顯示，截至去年底，江蘇省中小型企業總數達248.2萬家，同比增長22.3%；其中，工業企業55.3萬家，同比增長6.6%；規模以上中小工業企業46367家，位居全國第一。
數量眾多的中小型工業企業為生產決策支持系統提供了廣闊的市場空間。目前，該系統已在無錫凱迪航空和西門子愛克斯射線無錫工廠等企業開展技術溝通和調研，同時在昆山、蚌埠、東莞、成都等地工業企業推廣。
“下一步，我們將依托西門子工業云平臺，提高系統的可復制性和通用性，構建設備監控、物料跟蹤、生產過程跟蹤、人員管理和質量追溯等五個功能模塊，針對各企業不同情況，實行模塊化組合。”張明說。
據介紹，西門子工業云平臺是西門子在全球范圍內推出的開放性合作平臺，匯集海量的專業數據和專家團隊，提供開放的功能接口，吸引行業客戶或軟件開發者開發更多的工業APP，并將這些APP推薦給更多的客戶使用。
“未來，我們提供的功能模塊就像樂高的基礎積木，客戶或合作伙伴只需要像搭積木一樣，把它的物聯網應用模型逐漸搭起來。”張明說。
企業簡介：西門子中壓開關技術(無錫)有限公司是由德國西門子股份有限公司與無錫電子儀表公司于1997年創建，市場占有率在國內中壓開關行業的外資企業中位列前三。當前員工約900人，3個廠區占地面積共57000平方米，年營業額達到14億元人民幣，主要從事陶瓷真空滅弧室、固封式真空斷路器、氣體絕緣開關柜(GIS)以及有關產品的設計、測試、生產、市場銷售及技術售后服務。主營產品應用于國家高鐵、國內多個城市的地鐵和城市供電網絡，并遠銷馬來西亞、沙特阿拉伯和澳大利亞等國家。
西門子(中國)有限公司無錫創新中心成立于2013年。作為西門子中國研究院與本地合作伙伴的橋梁，無錫創新中心致力于在工業物聯網領域探索前沿技術，并與本地合作伙伴、終端用戶共建應用示范項目，探索滿足中國市場需求的創新解決方案。目前，無錫創新中心主力產品“基于工業云的生產決策支持系統”已應用在西門子中壓開關技術(無錫)有限公司，未來將推動構建本地工業物聯網創新生態圈。
案例簡述：“工業4.0”時代，柔性制造能力決定中小型工業企業競爭優勢。“西門子中壓工廠生產決策支持系統”，依托西門子工業云平臺，應用智能網關、語義技術、OPC UA和PROFINET通信等物聯網技術，破解多源異構數據整合和極端條件下工業級通信兩大難題，構建設備監控、物料跟蹤、生產過程跟蹤、人員管理和質量追溯等五大功能模塊，實現對工廠內人、機、料各環節的全方位數字化描述和追蹤，幫助企業打造“透明工廠”，提升企業柔性制造能力。目前，該系統已首先應用于西門子中壓公司7個生產車間，并在無錫、成都、東莞、昆山、蚌埠等地工業企業推廣。(完)
(原標題：西門子中壓無錫工廠生產決策支持系統：打造基于工業云的“透明工廠”)
（來源：新華網）
