智能工厂的“4M法则”
高速运转的工业云端服务器将一条条载有不同需求的订货信息进行汇总、筛选、分类、转送;流水线上各种各样的原材料、零部件被发往不同机台,机器人凭借二维码或电子标签进行准确的抓取与加工,然后再送往下一道工序;传感器则采集各种信息,通过工业以太网进行传输,不同节点的处理器对数字化信息进行分析处理,判断生产进度和设备运行状况……
这里描绘的是一幅未来制造工厂的图景。在这里机器可以自己预估正常维护所需的材料,可以适应客户需求调整生产计划,机器与机器之间可以相互沟通配合,无需工作人员进行过多干预。这种生产模式完全适应了个性化制造与按需生产的要求,并与大规模、批量化制造完美结合,将进一步提升生产效率,降低无效工作。
上面描述的是工业4.0的美好愿景,但工业4.0本身也是一个渐进过程:更多地实现工厂自动化,各行业横向和纵向更深入地互相融合,中央控制向分散智能控制的转变,以及大数据的分析应用。
英飞凌把工业4.0定义成四个层次的管理系统:现场管理、控制层、管理层和企业层。
“英飞凌主要在现场控制层提供半导体产品和解决方案,包括像传感器、微控制器、功率半导体、安全半导体芯片等。在外围也提供一些方案,包括自己做的和跟合作伙伴一起做的,主要是为了满足标准化。”苏华说。
那么,英飞凌又是如何在自己的工厂里实现工业4.0的呢?
苏华把它总结为“4M法则”:人(Man)、机(Machine)、料(Material)、法(Method),即4M。人,即通过自动检查培训和认证确保合格人员操作机器并追踪;机,是通过设备状态的自动监控和基于产品的参数自动调整,确保利用率和柔性;料,是100%物料使用追踪和高效利用;法,是基于产品的制程程序的自动下载和参数调整,减少人为失误。
“人机料法”四大要素通过后台系统实现人与机器、机器与机器对话,从而实现智能生产控制。在过去分别由单一的系统进行管控,整个执行过程全部依靠纸张和人员进行人为手动进行控制,往往一个小小的人为操作失误就会引起大量的物料或产品报废和客户投诉。
无锡工厂将“人机料法”有机地结合在了一起,通过内部后台系统集成取代了纸张和人为参与,系统自动记录了产品的整个生产过程并自动地生成报告,工程师只要通过报告就可以清楚地了解到在整个过程中谁在哪个机台,哪个工序,什么时间使用什么材料和工具生产了当前产品,从而实现了生产过程的可追踪性、可控制性,生产制程的自动化、智能化,以及产品质量的实时在线管控。
“人机料法是在工业生产过程中的核心要素,整个生产制造都是围绕着它们展开的。英飞凌无锡厂的智能化改造就是围绕着它们进行的。事实上,所谓工业4.0的要点之一正是对操作员、机器、生产材料和工艺制程这四大要素进行资源优化和合理利用。无锡工厂将是一个很好的示范案例。”苏华说。
工业4.0的底层架构师
英飞凌的前身是德国西门子半导体业务,后单独成立新公司。在过去10年中,英飞凌先卖掉了做存储业务的奇梦达,然后把无线业务也卖给了英特尔,更加专注做功率半导体业务,服务于汽车电子、工业控制和电源管理。今年年初,英飞凌收购了美国国际整流器公司,现以高达19.2%的市场份额成为市场领袖。
一家芯片公司为何忽然跑到工业4.0里?苏华解释说:“英飞凌芯片服务的领域很广泛,随着太阳能、风能等新能源应用推广,自然用到很多逆变器,你也可以本身就已经在服务很多的工业,其实蛮广的,从汽车到很多能源相关的,全球很多的电网,靠风力发电,太阳能发电,用的都是我们的逆变器,这是一直公司的定位。”
英飞凌的发展战略与自身的发展理念、市场定位,对市场的洞察力和自身的创新力密不可分。英飞凌之所以多年来在所专注的领域一直居于全球领先的地位,主要得益于发展战略与社会可持续发展的需求息息相关。半导体技术在现实世界和虚拟世界的互联中扮演着重要角色,保证了数据的安全交换,并创造附加价值、开辟新的业务模式,英飞凌的发展战略具有前瞻性,且顺应了这一趋势。
同时,英飞凌始终致力于解决当今社会的三大挑战:高能效、移动性和安全性,核心业务和发展理念就是创造更环保、更便利、更安全的人类生活,这可能是英飞凌与包括中国在内的许多国家的发展战略高度吻合的根本原因。
半导体芯片处于整个工业4.0架构的基础,解决了联、感、知的基础问题和执行问题。作为一家芯片厂商,英飞凌有高精度的工业传感器、执行器、微控制器、电子标签和高效的功率器件,同时,其安全解决方案是基于硬件的全球领先技术。
英飞凌作为一家半导体芯片公司,在工业4.0理念中起着底层架构师的作用。
苏华告诉记者,高精度的工业传感器是捕捉工业4.0环境下有效数据的关键;收集到有意义的数据后,英飞凌高性能的微控制器产品进行数据的分析和计算,从而发出指令对生产进行智能控制;微控制器再将指令传达给功率半导体,保障高能效地生产。
此外,在整个生产流程中,数据的安全,设备的防伪是贯穿始终的关键,英飞凌的安全芯片能为智能生产的数据和信息安全提供最高等级的安全保障。如何使设备和设备之间能够进行信息交换和通讯,及时地发现问题,使机器能够自主管理,也是包括英飞凌在内的半导体公司需要进行前瞻性研究的课题。
今年5月,中国对外公布了“中国制造2025”长期规划,提出了“坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展”的理念,其中智能制造是主攻方向,并确定重点发展新一代信息技术、高档数控机床和机器人、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材料、农业机械装备等十大领域。
苏华认为,英飞凌的半导体业务在上述领域起着不可或缺的作用,一是通过功率半导体高效率地生产,二是通过高性能微控制器进行智能地控制,三是通过安全芯片保障智能生产中的数据和信息安全。这些正是英飞凌在中国制造业转型升级中重点关注的合作机会。
10月8日,英飞凌宣布投资近3亿美元在无锡建设第二个智能工厂,为中国合作伙伴厂商和生产系统集成商提供示范和咨询服务,以便更好地支持国内制造业向智能生产的转型。新厂将利用公司在传感、安全、能源和微控制的公认专长,提高物联网与制造业的联系。
英飞凌CEO莱恩哈德·普洛斯博士表示,英飞凌进一步扩张,突出了对中国市场机遇的信心、大量投资中国的承诺与支持中国的决心。从上年财报看,英飞凌来自中国市场的收入已经占全球营收的20%,超过了德国本土。