圖1 IBM全球信息技術服務部資深系統(tǒng)架構師朱江華
一、變革時期企業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)
智慧工廠是數(shù)字化工廠、信息化工廠發(fā)展到一定階段所提出的理念，智慧工廠的產(chǎn)生來自于幾方面的壓力。
第一個方面：新的IT技術與應用為智慧的成長帶了機遇。
2008年IBM提出了智慧地球，近年來企業(yè)的智慧技術也得到了發(fā)展，比如說物聯(lián)網(wǎng)技術、智能技術、智慧信息等的應用，這些新技術為驅動智慧工廠的成長提供了契機。
第二個方面：外來的因素，企業(yè)未來發(fā)展面臨著很多壓力和挑戰(zhàn)，這些壓力和挑戰(zhàn)既來自于市場，也來自外部因素如變革和創(chuàng)新的責任，持續(xù)的成本壓力，以及IT需求的不斷增長。
IBM在2012年做過這樣一個調(diào)查，即“您在未來3-5年中將會通過哪種富有遠見的計劃來提高競爭力？”，中國和其他國家一些CIO在回答這個問題時，答案排在前5位的分別是商業(yè)智能和分析、業(yè)務流程的管理、移動解決方案、云計算、虛擬化。這一調(diào)查預示在智慧工廠的實踐當中，企業(yè)可能更注重數(shù)據(jù)的應用、數(shù)據(jù)的挖掘和分析。因此，這幾點也是IBM未來提供智慧工廠解決方案重點關注的方面。
圖2 IBM對未來工廠的愿景
二、智慧工廠的IT戰(zhàn)略
作為傳統(tǒng)的IT服務商，IBM從四個方面來幫助企業(yè)實現(xiàn)智慧工廠。首先是生產(chǎn)業(yè)務的數(shù)字化，IBM認為智慧工廠如果離開了生產(chǎn)業(yè)務的數(shù)字化，基本上談不上智慧化。第二是IT基礎架構的動態(tài)化，主要是指隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，IT應用、業(yè)務的不斷增加，IT整個架構會不斷的優(yōu)化、調(diào)整，以適應企業(yè)的發(fā)展。第三是IT治理的完善化。第四是商業(yè)運營的精細化。
1、生產(chǎn)業(yè)務數(shù)字化：智慧工廠首先需要建立在數(shù)字化工廠的基礎之上
生產(chǎn)業(yè)務數(shù)字化包括：生產(chǎn)控制數(shù)字化、生產(chǎn)裝備數(shù)字化、運營決策數(shù)字化、設計研發(fā)數(shù)字化、物流產(chǎn)品數(shù)字化、辦公管理數(shù)字化。
數(shù)字化工廠最核心的應用是數(shù)字化采集，即生產(chǎn)過程如何實現(xiàn)數(shù)字化。針對生產(chǎn)過程，主要做三個方面，一是數(shù)據(jù)采集，主要是通過設備接口進行聯(lián)網(wǎng)整合，實現(xiàn)對設備的運行數(shù)據(jù)進行采集的過程，并能對異常情況進行報警。二是優(yōu)化監(jiān)控，對設備監(jiān)控，對能源管控，對HSE監(jiān)控，同時對這些技術進行發(fā)布以及工藝分析。三是優(yōu)化管理，包括對整個生產(chǎn)過程、設備的效率、質量進行管理，并能進行生產(chǎn)分析。
2、IT基礎架構動態(tài)化：快速部署 彈性伸縮
IT基礎架構動態(tài)化很重要一點是離不開云計算的。如何更好地運用云計算技術，實現(xiàn)云計算服務與IT技術的整合，為企業(yè)服務，是IBM未來要重點考慮的方向之一。針對這個問題，IBM認為可以通過以下四個步驟實現(xiàn)：一是集中化；二是虛擬化；三是標準化；四是動態(tài)化。
圖3 IT基礎架構動態(tài)化四個步驟
IBM通過多年的實踐得到這樣的數(shù)據(jù)，基本上每隔五年，企業(yè)的IT服務器就會翻倍。因為，隨著企業(yè)業(yè)務的增加，計算資源在不斷減少。以前企業(yè)在做機房新建項目的時，需要進行長時間的統(tǒng)籌規(guī)劃和梳理。通常要考慮機房如何來建設？存儲如何來設計？并且還要考慮是做五年的整體規(guī)劃還是十年還是十五年，以及如何來落地的問題。而在云計算時代，還需要考慮哪些系統(tǒng)、哪些應用可以應用云計算技術。
針對以上問題，IBM推出了模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案，該解決方案采用模塊化的理念，能夠幫助企業(yè)做十五年甚至二十年的機房建設規(guī)劃，且實際的投入是可以分期分階段去完成。解決方案包括SMDC可擴展模塊化數(shù)據(jù)中心、EMDC企業(yè)級模化數(shù)據(jù)中心、PMDC集裝箱式數(shù)據(jù)中心、HDZ高密度分區(qū)。SMDC可擴展模塊化數(shù)據(jù)中心比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心節(jié)省20%，EMDC企業(yè)級�；瘮�(shù)據(jù)中心能幫助企業(yè)延遲40-50%的固定資產(chǎn)和運維費用的支出，PMDC集裝箱式數(shù)據(jù)中心是全功能的、高防火性的全天候移動式數(shù)據(jù)中心，HDZ高密度分區(qū)比數(shù)據(jù)中心全部改建要節(jié)省35%的成本。
如下圖即分析了IBM模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案如何幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的橫向縱向發(fā)展。企業(yè)可根據(jù)實際需要分期分批投入數(shù)據(jù)中心的建設，同時服務器的應用也可以按照這種模式完成增長。
圖4 IBM模塊化數(shù)據(jù)中心解決方案
IBM有十六個數(shù)據(jù)中心分析工具，可以幫助企業(yè)消除規(guī)劃的障礙，包括建立中間件策略和設計，服務器優(yōu)化，數(shù)據(jù)中心運維和管理等。
圖5 IBM十六個數(shù)據(jù)中心分析工具
3、IT治理完善化：使IT戰(zhàn)略和業(yè)務戰(zhàn)略保持同步
IT治理是高級管理層的責任，它包括領導能力、組織結構和流程，以確保組織的IT能支持和增強組織的業(yè)務戰(zhàn)略和目標。有效的IT治理有助于確保IT對業(yè)務目標的支持，使IT投資達到最優(yōu)，同時能恰當?shù)毓芾鞩T相關領域風險和機遇。通過戰(zhàn)略融合、價值交付、資源管理、風險管理、績效測評等IT戰(zhàn)略方法，能夠判斷整個IT的戰(zhàn)略是否與企業(yè)的業(yè)務保持同步。
*戰(zhàn)略融合：關注于確保業(yè)務計劃和IT計劃的聯(lián)系；規(guī)定、保證和驗證IT價值建議；使IT運營與企業(yè)運營一致。
*價值交付：在整個交付周期內(nèi)實施價值建議，確保IT實現(xiàn)了預期的戰(zhàn)略收益，集中關注成本的優(yōu)化，提供IT的固有價值。
*資源管理：對IT資源（應用系統(tǒng)、信息、基礎設施和人員）的優(yōu)化投資并適當管理，關鍵問題在于知識和基礎設施的優(yōu)化。
*風險管理：要求企業(yè)的高層管理者具備良好的風險意識，清晰了解企業(yè)對風險的承擔偏好，了解合規(guī)性要求，企業(yè)所面臨的顯著風險的透明化，并將風險管理的職責嵌入組織之中。
*績效評測：追蹤并監(jiān)控戰(zhàn)略實施、項目終結、資源使用、流程績效、服務支付以及諸如平衡記分卡的使用，平衡記分卡將戰(zhàn)略轉化為措施，這些措施可以實現(xiàn)傳統(tǒng)財務管理方面無法測量的目標。
4、商業(yè)運營精細化：推動企業(yè)實現(xiàn)精細化管理，實現(xiàn)企業(yè)向管理要效益的轉變！
受國際及國內(nèi)市場因素的影響，制造業(yè)外面訂單減少，越來越多的高績效制造企業(yè)開始關注BI商務智能，以其促進成本的降低、產(chǎn)業(yè)的升級、加強品牌建設，以期實現(xiàn)：
*降低運營成本，提升成本控制能力，為企業(yè)度過難關提供幫助；
*正確評估新產(chǎn)品，新領域的營收情況，為企業(yè)轉型提供科學依據(jù)；
*實現(xiàn)產(chǎn)品定價合理化，通過盈虧平衡點合理定價；
*監(jiān)控產(chǎn)品供應鏈全流程，減少供應鏈過程的無謂浪費；
*降低由于決策偏誤給企業(yè)帶來的庫存壓力，并且減低企業(yè)由于缺貨可能產(chǎn)生的損失；
*為決策者提供一個掌控企業(yè)真實全貌的信息化平臺。
以上都是制造業(yè)運營重點關注的內(nèi)容，IBM也提供了專業(yè)的制造業(yè)運營分析方案，主要包括:
KPI主題分析：包含銷售收入、毛利率、三項費用率、稅前利潤、凈利潤、期末存貨、期末應收賬款……；
銷售主題分析：產(chǎn)品ABC分析、產(chǎn)品銷售排行榜、暢銷、滯銷產(chǎn)品分析、促銷分析和利潤貢獻分析……；
供應鏈主題分析：物料庫存、物料周轉率、呆滯物料、物料進出庫、物料占用庫資金、短缺和超儲物料……；
HR主題分析：人員結構分析、人工成本效益分析、用工總量分析、人工成本構成……。
商業(yè)智能可以將過去深藏在各個應用系統(tǒng)當中的數(shù)據(jù)挖掘出來，并以透明的方式實時反饋到各個決策和管理環(huán)節(jié)，從而使企業(yè)的戰(zhàn)略執(zhí)行得到有效的控制。
IBM認為商業(yè)智能管理思想主要體現(xiàn)在四個方面即透明、精確、及時和可預測。透明是通過各種技術手段，使企業(yè)領導對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)充分的了解，例如透明工廠、可視化工廠技術。有了透明化的工廠，企業(yè)還需要一個精確的數(shù)據(jù)，避免因錯誤的數(shù)據(jù)給企業(yè)帶來不可估量的損失。及時性即企業(yè)希望得到及時的數(shù)據(jù)，及時的反饋，通過這些及時的數(shù)據(jù)和反饋，能夠對未來的一些決策達到可預測的效果。
三、智慧工廠的具體實踐
案例1 ：某煤機裝備產(chǎn)業(yè)園通過IBM E-Factory解決方案快速提升裝備工業(yè)化信息水平
某煤礦機械公司為了滿足公司發(fā)展的需要，決定開展信息化、智能化建設。IBM從六個方面即產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化、裝備數(shù)字化、管理數(shù)字化、生產(chǎn)數(shù)字化、研發(fā)數(shù)字化、決策數(shù)字化的角度的去幫助該煤機裝備產(chǎn)業(yè)園實現(xiàn)信息化智能化的落地，包括建立了十大系統(tǒng)：網(wǎng)絡系統(tǒng)及綜合布線、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、安防及門禁一卡通系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、信息發(fā)布及會議系統(tǒng)、辦公自動化、管理信息化、產(chǎn)品數(shù)字化、裝備數(shù)字化、設計數(shù)字化。
通過這十大系統(tǒng)，實現(xiàn)整個企業(yè)的集成、共享、協(xié)同轉變，最終實現(xiàn)企業(yè)整體數(shù)字化。同時，將整個裝備產(chǎn)業(yè)園的系統(tǒng)整合到大屏系統(tǒng)ECC上，實現(xiàn)了將物理環(huán)境的建設與人員、流程、技術的整合，充分發(fā)揮ECC作為生產(chǎn)運行的“大腦”和眼睛的作用。通過ECC，領導能夠了解整個工廠的運行情況，從而快速作出決策。
圖6 ECC大屏
此外，IBM還給該產(chǎn)業(yè)園做了一定的業(yè)務優(yōu)化，例如由于裝備產(chǎn)業(yè)園各車間是相對獨立的，因此按原來的模式是給每一個車間配備3-5個維修工人，但大部分的時間這些維修工人是清閑的。因此，通過整合改變他們原有的維修模式，通過總控的方式，建立一個檢修組，這樣既減少了人員投入，也提高了工作效率。
案例2：一體化智慧工廠—某煉化企業(yè)
在這個項目中，客戶需求為：
1、信息化技術平臺：為廠區(qū)生產(chǎn)、經(jīng)營業(yè)務提供全面支撐的先進、安全、可靠的信息技術平臺，將物理環(huán)境的建設與人員、流程、技術整合在一起，能集生產(chǎn)經(jīng)營調(diào)度，應急管理，集中監(jiān)控，分析決策，事件管理為一體。
2、系統(tǒng)把TCP/IP作為統(tǒng)一的標準，充分利用IP技術把弱電功能子系統(tǒng)的控制器從傳統(tǒng)的總線系統(tǒng)統(tǒng)一到IP平臺上。
3、利用RFID和物聯(lián)網(wǎng)技術進行資產(chǎn)監(jiān)控管理，利用無線覆蓋和移動應用技術更方便靈活地管理整個系統(tǒng)利用各種先進技術加強安全生產(chǎn)、安全監(jiān)控、應急處置能力。
4、需要總承包，承擔計算機網(wǎng)絡、機房、綜合布線、門禁一卡通、監(jiān)控系統(tǒng)、語音電話、火災報警系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、總控中心等、十個系統(tǒng)。
在這個項目當中IBM采用了基于RFID/GPS技術的安保與資產(chǎn)管理，幫助該煉化企業(yè)實現(xiàn)了：
*自動驗證、定位和記錄內(nèi)部員工、合作伙伴、訪客在危險區(qū)域的進出活動；
*通過發(fā)現(xiàn)、定位員工位置來強化在突發(fā)事件時的安全設施的覆蓋范圍；
*檢測未授權訪問安全區(qū)域的行業(yè)；
*提高對高價值和重要資產(chǎn)的定位能力，保護資產(chǎn)；
*與安保系統(tǒng)、IT系統(tǒng)等進行深度集成；
*當工作人員進入工作區(qū)域，行蹤管理系統(tǒng)會自動跟蹤記錄人員的進出區(qū)域和時間，如果不符合預訂的路線，系統(tǒng)會自動報警和記錄整個行程路徑；
*通過與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動可循環(huán)人員移動軌跡回放監(jiān)控圖像；
*通過與智能照明的聯(lián)動可以實現(xiàn)照明的開關；
*通過與信息發(fā)布系統(tǒng)的聯(lián)動可以在人員活動場所發(fā)布與人員身份/工作有關的信息。
案例3：能源優(yōu)化及管理—國內(nèi)某紡織生產(chǎn)企業(yè)
這家客戶面臨的挑戰(zhàn)主要有：電費逐年上調(diào)，運營成本不斷增加；雖具備節(jié)能意識，但缺乏有效手段；客戶已投資節(jié)能設備，但因系統(tǒng)整合效果不佳，節(jié)能系統(tǒng)無法動態(tài)調(diào)節(jié)；政府對企業(yè)節(jié)能降耗的指標壓力。
針對客戶存在的這些問題，IBM通過前期的數(shù)據(jù)收集，制定和完善提高能源節(jié)約的措施，實施，最后驗證等幾個步驟，對其做了全流程的能源優(yōu)化。能源節(jié)約措施包括整合節(jié)能技術與觀念，為客戶尋求能源使用KPI；提高Facility系統(tǒng)的能源使用效率，為客戶創(chuàng)造最大效益；結合IT、云技術提高節(jié)能系統(tǒng)之動態(tài)調(diào)節(jié)功能；采用完整且領先的能源管理工具體Tivoli及設備運維管理系統(tǒng)的Maximo ，并利用公有云平臺，降低系統(tǒng)建設難度和系統(tǒng)整合風險。
節(jié)能效果：
1、冷凍水主機調(diào)整，能耗降低成15%，年度節(jié)省費用120萬元。
2、冷卻水按照環(huán)境溫濕度進行最佳化控制，年度節(jié)省費用50萬元。
3、水泵系統(tǒng)最佳化控制，能耗降低42%。
4、電力功率得以改善，年度節(jié)省費用10萬元。
案例4：無線互聯(lián)網(wǎng)技術的應用——新疆數(shù)字化物探項目
IBM有相應的無線物聯(lián)網(wǎng)解決方案，可提供高帶寬數(shù)據(jù)網(wǎng)，具有遠距離、高靈敏度、高帶寬、低成本、長距離和靈活組網(wǎng)等特性。功能主要有：配網(wǎng)調(diào)度一體化指揮通訊、智能巡檢系統(tǒng)（視頻、語音和數(shù)據(jù)通信）、移動營收（移動收費車）、應急通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡接入。
目前，具體運用在中國石油新疆數(shù)字化的物探項目，該無線互聯(lián)網(wǎng)平臺主要協(xié)助其完成了重要資產(chǎn)的安全監(jiān)控（包括視頻監(jiān)控）、實時任務調(diào)度（包括語音和數(shù)據(jù)業(yè)務）、遠程物探作業(yè)監(jiān)控（包括視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務）。通過這個項目充風驗證了IBM無線物聯(lián)網(wǎng)平臺具備如下優(yōu)點：
覆蓋范圍廣：單基站能提供800平方公里的覆蓋；
性能優(yōu)越：30公里保持最高的頻譜利用率；
吞吐量高：達到目前數(shù)傳電臺的100倍吞吐量，但最終端功率僅為數(shù)傳電臺的1/25；
抗噪性好：可與大型地震設備工存，無丟包。
案例5：電子設計自動化云—某集成電路設計有限公司
該案例主要是針對該集成電路設計公司IC設計人員在仿真、性能、安全、以及協(xié)作等R&D工作環(huán)境方面面臨著復雜的挑戰(zhàn)，IBM為其引入了IBM自2009年于IBM德克薩斯州奧斯丁市創(chuàng)新設計中心起用于內(nèi)部P系統(tǒng)蕊片設計開發(fā)的電子設計云最佳實踐與參考架構。該公司利用這一參考架構實現(xiàn)了包含端到端的智慧桌面云（Smart Desktop Cloud）與IT基礎架構網(wǎng)格資源池（Grid Comuting Farm），提高了研發(fā)效率，降低了研發(fā)成本，加強信息安全管理。
案例6：商業(yè)智能分析管理—某電子器件制造廠家
這家電子器件制造廠家面臨著：原材料成本持續(xù)上升，造成運營銷售壓力增大；部分供應鏈環(huán)節(jié)脫節(jié)，造成原材料庫存不合理；公司決策層對各業(yè)務層面的信息難以全面掌握，經(jīng)常造成決策性失誤。IBM通過商業(yè)智能分析管理解決方案，推動企業(yè)實現(xiàn)精細化管理。通過實際KPI儀表盤，能夠很便利的知道企業(yè)實際情況，并對營銷、庫存進行分析。
以上是IBM在智慧工廠的一些具體的實踐，總的來說，智慧工廠建設已經(jīng)成為促進企業(yè)創(chuàng)新的巨大動力和發(fā)展來源，它具有整體性、前瞻性和先進性，需要企業(yè)分階段進行實施。我相信具有遠見的企業(yè)領導者將充分利用外部資源，與第三方合作伙伴建立戰(zhàn)略合作關系以迎接新的挑戰(zhàn)。
本文根據(jù)IBM全球信息技術服務部資深系統(tǒng)架構師朱江華在“2014中國工業(yè)與信息化融合發(fā)展高峰論壇”上的演講整理而成，已經(jīng)本人確認。
核心關注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務領域、行業(yè)應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務領域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關注ERP管理系統(tǒng)的核心領域，是眾多中小企業(yè)信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標題：智慧工廠——架構現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展新格局
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