【工业4.0案例分析之十二】德国SAP“开放集成工厂”的应用案例

“开放集成工厂”(Open Integrated Factory)是一个由埃尔斯特公司（Elster）、费斯托和SAP合作组建的联合创新实验室 。该实验室将生产技术和信息技术集成到高效制造系统中。该系统使用SAP公司的技术实施控制，其中的组件可以彼此相互通信，并自动操控所有步骤。

客户们希望有越来越多能够满足他们想象力的产品。同时企业也有压力，它们想知道如何更加便宜地生产产品。为了满足这些要求，设备技术，生产信息技术和企业经济系统要更加紧密联系在一起，产生新的生产工艺。

“开放集成工厂”平台的基础是费斯托公司的虚拟物理学习工厂。这些工厂用于测试生产和信息技术网络化的技术和方法。“智能工厂”的特殊之处在于8.6米长的零件能告诉机器它如何被加工。不仅可以安装两个完全不同的产品，它还可以生产多达16种变体-所以智能工厂是柔性制造的一个极好的例子。

时代的发展客观地指明了，未来的经济系统、生产系统以及装备技术必须更加紧密地集成起来。

在此，SAP展示的是一个和费斯托公司共同构建的，完整的制造工厂。企业能够远程遥控，在多种变量中进行组装。SAP开放集成工厂严格按照不同领域的各模块组建，即不仅仅包含了机械领域，还有软件领域，这意味着企业能够异常迅速地对它进行配置，以适应不同的生产要求。

总体而言，工厂通过运用信息技术，提高了生产能力，我们能够更好地对它进行优化和移动，并且优化生产。我能够找到更容易生产的部分。这将有助于生产成本的降低。目前，我们需要生产更具灵活性，例如，我们想通过任意选择小的组件来定制单个产品或我们想随心所欲地输入所有任务。幸运的是，这种工厂今日已经问世，它能够精准地为企业进行生产，准确地执行客户的构想。工业借助新的制造工艺，应对了所谓的“批量生产”。这是一个为满足有完全同样需求的客户群，对同一种产品进行加工的流行用语。

工件是工业4.0的载体。部分相关的输入信息会涉及工件一旦被该装置完成，应该是什么样的和它将是如何被加工的。一方面为了节约成本，另一方面为了生产生态节约型产品，企业必须比以往任何时候都更加注意能源的消耗。信息技术能够通过所谓的智能电网做出巨大的贡献。根据需求，能源的分配也被相应录入。电源只有在真正被需要时才能接通，或者只有存有电量时，事先所输入的生产才能够被启动。

工业4.0:两个未来工厂的案例

未来的产品生产流程会是什么样子？它们具有什么标志？SAP公司及其伙伴在2014年汉诺威展会中展示了未来企业生产模式的可能性。此文中为您解释其中两个针对工业4.0的具体案例，以及这样的生产模式将为企业带来的效益。

衡量工业产品的标准与以往相比发生了改变。客户希望产品能够恰好满足自身需求。与此同时，企业的压力越来越大，因为他们的任务是生产物美价廉的商品。为了满足这些新的要求，设备技术、产品信息技术以及企业管理系统都需要升级，并且需要新的生产经验。以下两个实用案例为您了解工业4.0提供一些帮助：

“零件知道它们的位置在哪”

开放式集成工业展柜展示了产品和信息技术的利用。“智能工厂”的特别之处是：8.6米长的生产线上，零件附带有信息，可以让机器知道它们应该怎样被加工。两个完全不同的产品可以在同一个机器上被加工出来－遥控器或者是智能电表中的零件－而且这两个产品中的任意一个都有超过16个组成部分。企业管理软件研发实验室和企业管理软件产品开发部门为Festo Didactic和Elster Kromschröder这两个顾客建立了合作创新计划，在此计划中他们发展出了共同的设备技术。这项计划证明，利用企业管理系统的软件可以对生产线进行操控。

零件在生产过程中通过参数的形式来传递信息。“零件知道它们的位置在哪。而且它们通过电子标签技术可以跟加工设备进行信息上的交流。它们会去往正确的方向，而且对加工设备说，我是这一部分，是这个变量，请把我按照正确方式进行加工。”这是Martina Weidner，SAP制造及物流部门主管的生动解释。建立标准后，产品变量可以任意排列，生产线上的零件数量也可以进行设置。第一批次就可以生产出确切符合每个客户要求的产品。

通过现代科技进行无缝链接

开放式集成工厂将最新的设备技术和企业管理系统云网络所运行的订单管理和产品控制系统连接起来。订单管理部门将企业资源管理系统（SAP ERP）投入使用，而产品控制方面则利用一款功能强大的解决方案，使全球制造商能够管理和监控制造及车间操作(SAP ME)，及制造集成与智能工厂管理层(SAP MII)。SAP 工厂连通性模块(SAP PCo)和OPC-UA编程语言和操作系统实现了加工设备间的链接和信息互换，创建了通信模式。

这种系统的垂直无缝链接使我们不再需要生产线计算机。同时也实现了更灵活的订单、更多的变体以及生产过程的及时变更。开放式集成工厂证明，SAP的制造执行系统 (SAP MES)为持续不间断的信息交流提供了途径，从企业资源管理系统内的顾客订单到设备操作的参数的有关信息，都可以流畅交流。在毫秒内就可以实现设备之间，以及设备和系统内的双向数据交换。

更快速、更经济、更有效

开放式集成工厂的装配流水线由以下几个工作站组成：初始化工作站、零件仓库、熔炉、钻孔、装备机器人、质量门、返修和精加工处以及打包处。在最后两站之前，所有的操作和加工过程都是自动化的。

这些工作站是根据制造企业生产过程执行系统的指令以及给出的信息进行生产装配的。这些指令和信息包括要下一个要加工的产品的原料序号、订单号和清晰的变量ID。这些数据被纪录在零件载体的电子标签芯片上。从数据被记录的那一刻起，零件就知道自己的功能和位置了。通过这种清晰的标志，每个零件在每个加工站都可以被识别，而且持续的信息交流确保了信息的进一步传递。摄像头检查可以筛选出变量执行中的错误。若出现错误，则产品会被送往返修处。在返修处，工人们可以在一个可触摸屏幕上在系统内调取相关数据，或是改变生产流程的某一部分。

在工业4.0中，自动化和数据化通过有效的实现理论结合在了一起。这为工业生产带来了一系列机遇和优势：节省费用，因为不再需要生产线计算机，而且生产过程可以在产品链上实现有效自控。企业可以利用软件实时进行大数据分析，获知完整的产品状况信息和能源利用情况。企业可以按照需求量来分配资源－这再一次的节省了费用。除此之外，产品生产过程变得更加灵活，因为系统可以设置信息交流的途径和内容，生产周期也缩短了。我们可以在节省费用的情况下生产出特色化的、高级定制的产品－这是在未来工业生产中提高竞争力的解决方法。

抓住机器云网络的机遇

除了未来的产品设备，还有一个主题引起了广泛关注：“智能服务”。智能服务意味着机器未来的管理和保养方案。下文的第二个工业4.0案例，哈丁公司（Harting）的展柜，借助抽水机这一具体产品为我们展示了这样的智能管理和保养方案。这个抽水机设备是由哈丁公司（Harting）技术研发组设计的，通过软件和企业管理系统进行连接，以便避免未来生产过程中出现的问题。我们可以由此看出，物联网是怎样在具体产品生产过程中被应用的。

机器、生产设备和资产都会有整修期，会出现故障。尤其是突然出现故障，或机器完全无法运行的时候，生产和服务将会受到极大影响－相应的还需巨大的维修费用。当一个机器什么时候停止运转能够被准确计算出来，这将是多大的优势？上文提到的抽水器设备，还可以为我们展示出机器大数据和机器云网络之间的无缝链接，并在后台系统运行服务。收集整合到的数据将通过企业管理系统的云科技进行实时分析。探测设备的数据经由物联网平台传递到云网络中。其特点是：具体的机器保养和服务将针对不同的目标而设置。这样一个一体化的系统既减少了意外的机器故障，也降低了费用。

企业管理系统借助实例为我们展示了工业4.0和物联网所具有的潜力，指明了未来工业发展的正确方向。“物联网是目前的大趋势，也是未来企业管理系统发展的推动力”，SAP公司物联网、工业4.0及移动产品方面负责人、副总裁Thomas Kaiser坚信以上观点。也许在不久的未来，生产出低成本高质量的产品，这一所有工业生产者共同的梦想，就可以实现了。

SAP参加汉诺威展会：企业管理系统的个性化解决方案

个性化的生产为数字化进程提出了更高要求。企业制造执行系统在这方面扮演着重要角色。在2016汉诺威展会上，人们展示了企业管理系统借助解决方案进行的生产过程，怎样实现第一批次的成功生产。

快速发展的数字化和产品升级要求产品控制和管理方面的数据支持，这也是工业4.0中产品和IT共同发展的基础：根据毕博咨询公司的报告，这是德国企业制造执行系统（MES）的推动力。企业制造执行系统是企业管理和机器操控之间的桥梁，也是数字化生产的前提。

制造执行：系统的变得越来越重要（毕博咨询公司）

企业生产具有一致性：大部分企业（88%）越来越重视企业制造执行系统，据相关行业调查结果显示，四分之三的被调查企业都计划对此进一步投资。选择相应系统进行的时候，要注重企业资源管理软件的融入性，较高的可操控性和标准化的系统间接口也很重要。制造执行系统服务作为平台服务于企业资源管理软件和自动化科技，这是企业成功进入工业4.0时代的正确途径。

2016汉诺威展会：智能芯片带来解决方案

在汉诺威2016展会上，借助植入智能芯片（以及未植入芯片）的产品，SAP公司通过展示项目向人们演示了这种生产链是如何建成的。过程听起来很简单：客户可以通过网络商店订购特色化的货品及零件。客户可以在三种颜色中进行选择，决定是否需要在外壳上印上名字或电话－甚至可以制作成3D效果，如果客户选择这种方案的话。智能芯片提供了一种选择，为客户提供了充足的帮助，协助客户选择最佳方案。智能手机软件也能帮助定位客户的需求。在订购和送货之间只需这些简单的步骤。

解决方案：七个创新合作伙伴共同参与

来自SAP公司的七个创新合作伙伴的专家（这七个合作伙伴包括自动化科技公司Beckhoff,机器人制造公司Stäubli,工业影像处理公司Asentics, Honeywell集团测量技术科学院，印刷公司CAB，3D打印公司Stratasys以及微电子技术公司Proglove），共同为产品运输、产品表面激光打印名称或文本，以及数字化监控产品质量提供服务。产品未来个性化的趋势是：“市场的发展要求更加个性化的设计，消费领域更是需要针对个人的产品。”SAP公司产品管理计划部门经理Rüdiger Fritz这样认为。

制造执行系统是企业管理和自动化之间的桥梁

我们可以看出，经典的自动化模型和自动化科技、数据采集与监视控制系统(SCADA)，企业制造执行系统(MES)，以及企业资源管理系统(ERP)联系并不密切，这不符合时代潮流。这一层面的数据模型必须和其他技术互相连接，还应在新的进程中具有共同工作能力，即客户、供货商和产品开发者可以共同使用。

名叫“Mover”的生产线可以进行产品的表面雕刻，同时完成芯片的加工，这要得益于SAP公司的制造执行系统。管理和监控制造及车间操作系统(SAP ME)能够连接企业管理和自动化技术，在极短时间内完成过程间的转换，为建立在实时数据基础上的快速决策和工作进程的加快作出极大贡献。在制造集成与智能工厂管理层(SAP MII)和SAP 工厂连接(SAP PCo)的帮助下，企业管理系统实现了产品和企业资源管理之间的信息交流。“企业管理和自动化数据是一体的。新的传播媒介和集成数据为我们带来新发展。”生产专家Fritz是这样的观点。生产过程的评估是各类信息和客户反馈的集合体，这也是快速发现错误并改正失误的方法。“机器和企业资源管理系统之间新型关系”的基础是物联网标准和过程控制统一架构，为机器数据间的传输和机器语言建立了标准。

个性化生产：每个机器都有自己的“工作”

在汉诺威展会的展示项目中，机器人、激光打印机、数字化摄像头以及传输系统都要独立完成某一部分的工作。不管它们周围发生了什么，它们都不会受到影响。这些生产过程高速平行运转着。客户下订单之后，产品“配方”中的每个细节就传达到了生产设备上，要感谢自动化控制系统，每个生产设备都知道自己该做什么了。这一生产过程的特色是：“不管多么特色化的产品，我们都可以在生产时进行数据设置，”SAP公司工业4.0中心的Martina Weidner说，“不会再有装配方面的问题。”未来的生产过程中，一个批次生产1000件产品反而不会是常态。“每个客户都想要个性化的商品”，Weidner认为。

垂直集成制造：关键绩效指标（KPIs）衡量生产线

管理和监控制造及车间操作系统为制造执行系统的使用带来极大益处，信息在设备和机器之间实现有效传递，发挥最大能力并随时可供使用。“现在可以用关键绩效指标来衡量生产线，”SAP的专家Fritz这样说，每个系统中载体的状况都需要被掌握。“以往需要分层才能达到这样的目的。”Fritz补充道。

毕博咨询公司：企业已将资源管理系统和制造执行系统视作一体

毕博咨询公司发表的研究指出，被调查的企业中一部分（39%）只使用企业资源管理系统的软件。许多数据表明，企业将资源管理系统和制造执行系统视作一个共同的主题。超过五分之一的被调查企业计划未来引入制造执行系统作为资源管理系统的补充，或使用相关软件。SAP的生产专家Fritz也看到了这一趋势。“从资源管理系统到制造执行系统的引入才是自动化模式的完成。”SAP在2016汉诺威展会的展示项目让我们看到了制造执行系统所带来的促进作用，为工业4.0的转型提供了推动力。