智能制造需要坚实的IT基础架构

包心菜

       经过30多年的高速发展，中国制造业已经从弱变强并取得了跨越式发展。如今的中国制造业不但贡献了超过三成的GDP，总规模也占全球大概20%左右，位列世界一位。然而随着经济从高速增长步入温和增长的“新常态”，制造业在今天也面临着新的挑战。　　一、当前中国制造业面临的挑战
　　从宏观层面看，中国制造业面临的的挑战主要有以下三点：
　　1.国内经济减速萎缩，国际需求减少
　　经过将近30年的高速经济发展，中国经济的发展步伐正在逐步放缓，预计2018年的增速会在6%左右徘徊，同时以欧盟为代表的海外市场也没有从上一轮经济危机中完全恢复，国内外需求的萎缩造成了整体经济的疲软，进而导致企业产能过剩。
　　2.外资制造企业回流
　　美国政府出于保证经济稳定、保证就业的目的，推出了一系列“再工业化”的政策。同时美国能源、物流、资本等一系列要素价格下降，也助推更多高端外资制造企业将生产中心迁回美国。
　　3.低成本的优势逐渐消失
　　根据波士顿咨询公司《全球制造业成本变迁报告》的计算：中国制造成本只比美国低4%。依据经生产力调整后的工资水平，中国工人的时薪从2004年的4.35美元涨到2014年的12.47美元，涨幅达187%。而且我们没有看到成本上涨趋势在短期内会改变的迹象。
　　从制造企业自身来看，大多数制造企业在经历以上压力的同时，还都面临着各自不同的挑战，归纳起来也有三个方面：
　　1.研发投入不足，产品同质化，价格竞争激烈
　　2014年，中国制造业研发投入强度，即企业研发投入总量与产品销售收入的比值为1.1%，而美国的这个数值是4%、日本3.4%。较低的投入造成产品同质化，只得靠降价来去库存，较低的利润又限制了企业研发投入。
　　2.自动化程度不高，产品质量不稳定
　　与美日等国家相比，大部分国内制造企业在自动化设备上的投资不足，这也是造成产品质量不稳定的原因之一。据专家估算，我国制造业每年因质量问题造成的直接损失达1700多亿元，因产品质量问题造成对下游产业影响、市场份额损失、污染治理等带来的间接损失超过1万亿元。
　　3.收入来源单一，来自服务的收入很少
　　企业主要依靠销售产品获得收入，缺乏通过增值服务来开辟新业务的意识。造成企业收入不稳定，毛利率低，客户忠诚度不高。
　　二、数字化转型为企业带来颠覆性的影响
　　当我们审视制造业面临的机遇与挑战时，要特别留意技术进步的影响，因为这也是推动历史上几次工业革命的重要因素。在过去二三十年里，拜高速发展的信息通信技术所赐，中国迅速跨入数字化时代。互联网、移动通信、云计算、物联网、大数据分析等技术深刻地改变了消费者的行为模式，进而促使企业运用信息技术构建新的业务模式、流程、软件和系统，带来更高的收入、更出色的竞争优势以及更高的效率。实施这种转变的过程被称为数字化转型。数字化转型并不是预言家口中的未来趋势，已经有很多企业开始这方面的探索和实践。
　　根据IDC预测，截止2018年，对于67%的全球2000强企业来说，数字化转型将是关键策略，并且截止到2017年，超过50%的IT预算将花费在新技术上。数字化转型之所以受到各行各业企业的关注，是因为它能给企业带来三方面的变化：
　　1.转变流程和业务模式
　　随着越来越多的设备实现互联，企业可以连接到其价值链的各个端点，并从中收集数据。这为转变业务方式和彻底颠覆现有流程和业务模式创造了机会，有助于实现更精益的运营，并提高应对市场变化的灵活性。
　　2.提高员工的效率和创新能力
　　员工紧密协作可以提升工作效率，还可以催生创新想法。数字化企业可以为员工提供协作工具，既增加工作的便利度，又加快创新速度，还能够吸引并留住人才。
　　3.提供更好的客户体验
　　数字化企业在改进产品和服务，以及预测未来购买趋势方面更有洞察力，因此其客户可以在不同渠道中无缝地体验到一致、及时、准确的服务。数字化企业自然会赢得越来越高的客户忠诚度。
　　三、智能制造需要坚实的IT基础架构
　　从前面的介绍我们可以看出，实现智能制造需要将广泛应用于制造业的自动化技术和信息技术深度融合。这就对企业的信息技术架构提出了较高的要求，具体说来有三方面的要求：
　　1.互联互通
　　制造企业与一般工商企业相比，其特殊性体现在，传统上生产车间里的传感器、数控机床、PLC等设备是在封闭的工业自动化网络中运行的，完全不能与运行计算机、服务器的IP网络相连。而要融合自动化技术与信息技术，首先就要求运行在以太网中的IT设备能够和这些自动化设备互联，能够读取自动化设备产生的数据。这是分析生产数据，进而实现智能制造的基础。
　　2.灵活简单
　　一般制造企业的IT网络人员有限，但工作内容多样，责任重大。比如确保在全球部署的研发、运营和生产部门间的协作正常；新工厂按时投产；与供应链上下游的可靠协同等等，都要求IT能够快速响应。要能做到这一点，IT架构必须要简单可靠，易于扩展，易于管理。
　　3.安全可靠
　　对于制造企业来说，一个安全的信息系统对保护关键技术、新产品信息尤为重要，甚至会直接影响企业的成败。而且随着越来越多生产设备连入开放网络，越发要求企业要有一套整体方法来提升IT系统的安全性，从而保护整个生产价值链的安全。
　　上图是思科为企业智能制造转型规划的IT基础架构，它包含了三个重要组成部分：
　　1.软件定义的互联工厂基础架构
　　这是一个全面、安全、端到端的基础架构。它建立在一个统一管理自动化设备和IT设备的，且能支持企业移动应用、协作和商业智能分析等业务需要的网络之上。这个网络既要支持企业内部不同部门，也要连接供应商，分销商，零售商的业务系统。对企业来说，这个网络不仅意味着更小的建设维护成本、安全的访问，还是支撑所有智能制造应用的基础。因为只有有了这个基础，千千万万的产品、生产设备、生产过程等才能成为管理人员可见的对象，才有被进一步优化的可能。
　　2.数据处理与计算
　　从基础架构中收集的海量数据（603138）需要经过处理，才能成为指导业务的洞察。无论数据来自数据中心、云(公有云、私有云或混合云)还是联网的机器设备，首先都要保证可以在最需要的地点对它们进行处理。这个“地点”可能是处在网络边缘的交换机，可能是工厂或企业的数据中心，也可能是跨越防火墙的供应链伙伴系统。其次，还要不断争取用更低的成本实现更高效的计算。比如工厂虚拟化技术不仅显著减少了PC、工作站、服务器、存储等的数量，还可以提升应用处理速度，降低管理负担。数据虚拟化技术使上层应用可以统一访问异构数据，是智能制造分析应用的基础。
　　3.应用
　　两类应用对实现智能制造非常重要。第一类是协同，包括企业部门间的协同和供应链伙伴企业间的协同。大家互相交换数据，根据对方的状态和反馈及时做出业务安排。第二类是大数据分析，包括对实时产生的结构化和非结构化数据的分析，可以产生业务洞察，这些洞察可以指导企业优化生产，提高质量，减少停工带来的损失等。
　　四、IT革新推动制造业智能制造转型
　　目前，很多领先的制造企业都已认识到从“卖产品”向“卖服务”转型的重要性。利用思科物联网技术可以将原有产品轻松升级为“互联”产品，再利用思科大数据分析工具分析产品运行数据，就可以将分析结果打包成帮助用户预测设备故障，分析使用习惯等的服务。对制造企业来说，“卖服务”不但增加了收入，还提升了客户的体验，有助于保留客户。
　　1.Sub-Zero
　　Sub-Zero是美国一家专注制造高端厨房设备的公司。每年都要向市场投放大量新款产品。但Sub-Zero面临的一大挑战是它的研发部门和生产部门分处两地，平时沟通起来很不方便。差旅费用花了很多，但员工们仍然抱怨生产中遇到的问题无法得到研发部门的及时解决，或者研发人员的意图没有被生产部门准确领会。这些问题最终会导致新产品上市时间一再推迟。
　　为了解决这个问题，Sub-Zero在车间部署了无线网络和移动视频协作系统。在办公室里的专家可以通过计算机、平板电脑看到车间里的情况，就像身处其间一样。通过视频和语音功能，车间里的工人不仅能够与远在办公室里的研发人员一起讨论设计和生产问题，还能随时邀请零件供应商参加讨论，系统还能对这些会话进行记录以备后用。由于使用效果良好，Sub-Zero还把这套系统推广到代理商和分销商，以提高产品培训的效率。
　　现在，Sub-Zero的新产品上市时间不但缩短了23%，还能在每个项目上节省大约10万美元的差旅费用，更将调整设计的时间从几天缩减到几小时。
　　2.通用汽车
　　通用汽车的工厂遍布全球，而且还在加速在新兴市场布局。但原来的网络不但难于管理，还不稳定，而且维护成本也高。这在竞争激烈的汽车市场是难以接受的。为此，通用汽车在全球所有工厂部署了一套统一的标准化的网络，全球运维团队可以监控每一家工厂的网络运行状况，并且及时排除网络故障。
　　标准化网络带来的好处立竿见影。首先每家工厂的网络设备种类和数量大为减少，备件库存量和维护人员数量也相应减少了。其次，可以用更少的人去新工厂搭建网络，但部署速度却快了，使工厂可以快速投产。而且网络还比以前更稳定，由于网络宕机导致的停工也大为减少。据统计，通用汽车可以在项目实施后的五年里获得166%的投资回报。
　　3.泰格医药
　　杭州泰格医药（300347）科技股份有限公司是一家专注于为新药研发提供临床试验全过程专业服务的企业。为了创造更好的客户体验，泰格医药计划建立包含所有试验数据的云平台，使客户随时了解试验的进展。但高昂的建设运维成本和复杂的技术一度让决策领导很头疼。
　　为了克服这些阻碍，泰格医药大胆尝试利用能够融合网络、计算和存储功能的超融合系统搭建私有云平台，在短时间内就取得了良好的收益。
　　简单易用的云平台不仅让客户可以了解到验的各项数据，方便计划未来工作，也把有限的IT技术人员从繁重的日常维护工作中解放出来。这样做既提升了管理效率，也易于扩展，满足未来业务快速发展的需要，还方便整合已有资源，保护历史投资。
　　4.发那科
　　发那科作为全球四大机器人制造商之一，其产品成为许多企业的重要装备。然而，一旦机器人发生故障，会给企业生产带来严重影响。据某汽车厂商推算，平均每分钟意外停机会导致200万日元的损失。
　　为了帮助企业避免意外停机，发那科为客户提供了一套“零停机解决方案”。通过在发那科的数据中心实时监控机器人体内传感器里的数据，可以根据数据异常预测故障的发生时间，提醒工程师提前维护设备，避免停机。
　　发那科在某汽车大厂商位于北美的工厂实施了该解决方案的中试项目，成功将机器的停机时间减少为零，提高了综合设备效率(OEE：Overall Equipment Efficiency)。这套方案也使发那科从单纯的产品提供商，变成增值服务提供商。这样做既增强了客户忠诚度，也提高了产品价值，还拓宽了收入来源。
　　以上五家企业虽然应用各不相同，但都是围绕IT基础架构展开优化。比如Sub-Zero，发那科，通用汽车都是在建立了可靠的互联工厂架构后，分别选择在生产协同，雾计算，大数据分析和云计算领域进行深入应用。而泰格医药因为独特的业务模式，用私有云打通业务数据与客户服务体系，带给客户创新的体验。
　　总结
　　在现代企业中的创新，早已不是闭门造车就可以完成的，而是需要员工，甚至是供应商的广泛参与，脑力激荡更容易迸发创新的火花。有了思科协作工具，不同部门、不同企业的员工可以方便的利用平板电脑，移动电话等通讯工具，在任何地方方便地一起探讨问题，加速新产品上市速度。专家也可以从远程解决生产线或用户现场的问题，这都是提升产品质量和用户体验的创新之举。