智慧工廠及設備制造商遇到的挑戰——陳冰冰博士《軟PLC與智慧工廠》演講實錄（上）
http://www.debgrams.com 2014-07-04 10:59 《中華工控網》原創
2014年6月18日，中科院計算所順德分所所長陳冰冰博士受邀參由中華工控網舉辦的“工控技術沙龍”，結合軟PLC平臺，為大家分享了傳統制造過程改造升級的方向、智慧工廠模式、智慧工廠對裝備制造商的需求等等細分話題的精彩講解。
中科院計算所順德分所所長陳冰冰博士
以下是演講實錄：
我是來自于中國科學院計算技術研究所順德分所。在08年的時候我來到廣東，來到廣東以后其實原來我一直是做IT行業的，所以剛才唐總（步科唐咚）在講IT的互聯網思維，其實以前我是做IT行業的人，然后來到了咱們這個苦逼的工控行業，然后干了這么多年，剛才唐總講的那些事情（《小米工控會到來嗎？ 》）對于我們來講，確實是深有體會，這真的是個屌絲的行業，但是真的也是存在了很多逆襲的機會。
來到珠三角以后，我們發現制造業是珠三角的真正核心產業。可是我今天畫的這張圖給大家展示的是我們現在中國制造業的現狀。大家可以看一下，我上個星期才調研了一家公司，這家公司的整個生產的模式還是這樣的：老板接到訂單以后把訂單用紙寫到一張紙上傳給了生產班組，生產班組拿到這張紙，然后又把訂單拆分成很多的作業指導書，又寫在一張紙上，然后班組長把這些紙又傳給各個工序小組。各個工序小組的人看到這張紙，然后開始操作這些設備，操作完這些設備以后每個人操作完設備以后要填一張單子，把這張紙傳到下一個工序，再到最后一個工序弄完了以后，再填一張最后的總的報表單子，然后傳給我們的班組長，這就是我們中國制造業的現狀。所以我們今天在談什么IT，談互聯網談所有的一切，實際上在我們的工廠里頭仍是在上一個時代，所以這是現狀。
今天我這個圖只是畫了一條生產線，我上周剛調研了佛山的一家工廠，有110個生產線，然后每個生產線有30多個工序，那么這樣的一個工廠有多少人呢？3000個人在同時作業。那么我把他換一個視角給大家可以看一下。你們可以看到，當100多條生產線在同時運轉的時候，這個信息流和物流它是怎么樣傳遞的。這個老板他現在很郁悶，一家工廠變成這個樣子后他沒辦法管理了，特別是他的整個信息流和物流還是一種很原始的用紙來傳遞的方式，大家想都可以想的過來，你要管理一個3000多人的工廠是靠紙來傳遞信息來作業，很難以想象。
所以大家剛才看到了，制造業的升級有兩個方向，首先就是剛才我畫的圖，在整個制造業過程里其實存在兩個流，第一個就是物流，就是一個東西從前端到后端的一個物流。第二個就是信息流。只不過在中國到現在為止還是比較傳統的制造業工廠，它的信息流還是靠紙。那么大家也可以看到在整個傳統的制造業生產過程中，存在了大量的所謂的人工環節。包括從人工排產，人工書寫作業指導書到人工的產品檢驗，最后到人工的數據分析，這是完整的人工。
所以今天我們在談所謂的自動化行業、工控行業，我們的這個行業其實要給客戶解決的是什么問題呢？其實就是把各種所謂的人工變成各種所謂的自動，這個就是我們今天大家聚在一起討論的話題。那么大家可以注意各種所謂的人工變成所謂的自動的話，這里大家可能需要再進一步看一下。在這里的左下角除了所謂的加工過程的自動化、物流過程的自動化、產品檢測的自動化以外，其實還有幾個新的自動化，包括所謂的信息流動的自動化。以前信息流是靠紙，現在信息流要靠其它的方式；信息存儲的自動化，以前信息的存儲如果是靠紙存在一個書柜里，那么現在也要想辦法；最后還有一個是數據分析統計的自動化。所以這個實際上是我們本質上自動化改進的方向。
以前大家一談自動化，談所謂的升級改造，談所謂的機器人代替人工，今天我們還討論了很多個省市都在談所謂的機器換人的計劃。但是很多人討論機器換人其實都是討論把人的胳膊和腿換掉了，但是從來沒有人討論把人的大腦換掉。所以在這種情況之下，我們提出了一種所謂“智慧工廠”的模式，其實所謂的“智慧工廠”就有把這些設備全部變成智能化。
既然設備要換人的話，第一個就是設備能執行人的物流的功能，就是你加工的過程，它的物流要實現一個最根本的自動化。
第二件事情實際是信息傳遞的自動化，這個是設備將來自動化很重要的一個方面。那么也就是說將來的所謂的“智慧制造”，它的作業指導書實際上將是一種機器能夠識別的形式，下達到這個設備上來的。那么我們把這個事情再變成剛才的那個生產線，大家就可以看到這樣的一個區別：以前的整個生產線，整個生產班組，當你變成這種所謂的智能制造或者智慧工廠的時候，其實你的作業指導書是直接通過一個叫做MES的制造執行系統，直接就可以把你的各種作業指導書排產計劃下達給機器——以前是下達給人現在是下達給機器。
最后當你的生產線上沒有人來操作這些設備的時候，誰來管理生產，這就是很重要的一個問題。以前是靠一大堆生產班組，那么剛才我提到的那家企業，他的生產班組是分成4個級別。4級，就是每一條生產線有一個生產線的管理員，若干個生產線又組成一個生產線的管理組，然后生產線管理組再到上一層。這么龐大的一個生產管理機構，將來可能就會以一種用計算機和軟件的模式來管理你整個的生產過程，這就是未來的所謂的“智慧工廠”的模式。那么智慧工廠的特點就是機器人等自動化設備取代人工，MES取代這個生產管理者，WMS取代倉儲管理，然后制造執行工藝和機械裝備高度融合，生產和生產線的操作人員極大減少，生產管理人員極大減少。當很多人在討論機器人的時候，我們僅僅只是討論到把現場操作的人減少 ，但是事實上還應注意生產管理人員的減少。這其實也是很多企業關心的一件事，這是智慧工廠的目標。
智慧工廠的年代，機械裝備廠商如果不考慮信息化，后果是什么？可能大家做設備的人，很多時候對信息化這個事情考慮的比較少，如果你不考慮這個事情，實際就是“長江后浪推前浪，前浪死在沙灘上”。對于我們今天做機械裝備的人來講，在這個工控行業真的非常苦逼，裝備制造商面臨巨大的挑戰：第一個就是做出來的設備，要滿足市場的需求；第二件事情就是所有的裝備制造商都在討論的一個問題：產品的質量的穩定和可靠性；第三個還要控制你的成本；第四個你的產品還要實現差異化，然后你還要能提供智慧工廠的解決方案，你的裝備還要能進行遠程的售后服務。這就是整個機械裝備制造商面臨的一個巨大挑戰，那么面對這樣的挑戰，我們的裝備制造商能用什么樣的方式解決他所有的這些問題？那么說回機械裝備本身，比如說這個是ABB的機器人，那么當今的智能裝備，大概由這么幾個部分構成，第一個是機械本體，那么所有做機械的人對這個都非常熟悉。第二個是控制系統包括控制器。第三部分是軟件，這個就是我們當今的智能裝備的一般構成，大概有這么3個部分。很有意思的是，當今的機械裝備的軟件復雜程度是呈指數增長。什么叫呈指數增長呢？比如大家可以看，這個是機械的軟件的代碼的數量，軟件代碼的行數和你為維護這些軟件需要付出的代價是呈一個指數關系，不是呈一個線形關系，比如說你的代碼是100行，你可能付出的努力是這么多，但是當變成1000行的時候，它不是個十倍的關系，是個指數倍關系。接著大家可以看一下麥肯斯咨詢公司，2001年統計的結果是這樣的：在1980年的時候，全球的機械裝備，軟件部分其實只占了10%左右的研發成本。注意這是研發成本，但是到2010年統計的話，軟件部分的成本已經高達40%，電氣成本已經接近30%。也就是說軟件成了機械裝備越來越重要的核心組成部分。
大家再來看看我們中國的裝備制造業，對于一個裝備產品，其實從產品的整個生命周期來看，它包括產品的研發階段、產品的制造和產品的后續維護階段，現在我們的機械裝備制造商面臨的很多問題：
第一是在機械設計或樣機制造的環節。我看大家都非常熟，電氣設計大家也非常熟。但是在軟件開發的這個環節上我就發現是我們所有機械裝備企業最無語最無助也是最無奈的一個環節。為什么？很簡單，今天我們是在深圳，我們在這里隨便丟一個石頭下去都能砸到一個做軟件的，做IT的，可是像我們中國的機械裝備制造業絕大多數都是在像順德這樣的農村，搞IT的人實際上是不愛去農村的，這個我深有體會。我是從北京來的，以前我在北京坐的是高端的寫字樓，然后天天可以下午喝點咖啡聊著天聊點國家大事，這就是我們軟件人的生存狀態，然后半夜起來寫代碼，晚上來工作，第二天早上睡大覺，這就是軟件人的特點，但是你讓他去農村他是打死不去，他即使在北京上海廣州這樣的城市，他很痛苦，但是他也不愿去農村。所以這就是為什么我們機械裝備行業在軟件開發的環節一直搞不定，說白了就是缺人。
第二，在我們這個產品的維護階段。我也了解到很多做機械裝備的，對于他的大客戶，他采取是駐廠，把人員派到工廠。中客戶是跑腿，小客戶是屢叫不睬，所以說像這樣的一些事件，對于我們整個裝備行業來講，如何去改善。這個也是我們裝備制造業面臨的一個很大的挑戰。
還有一點就是我們裝備制造商如何響應市場的需求？其實大家可以看到在產品的設計階段，很多裝備制造業企業在這個產品的設計樣機階段都是可控的。但是絕大多數裝備制造商，就是我遇到的，在軟件開發這個環節基本上都是失控的。去年有5個客戶來找我們中科院來尋求幫助，他說陳博士，我的機械裝備研發了5年，還是沒有上市，就是還沒有推到市場上。有5個客戶都提到了他們的裝備研發了5年都沒有做出來，那么最后實際上我們看的是什么結果呢？其實主要就是軟件開發的這個環節沒有把控住，為什么？因為他找不到人，找不著人最后采取了什么模式呢？找皮包公司來做，我見過他們那些寫軟件的皮包公司，基本上一個人兜里揣著公章揣著合同，今天給這個裝備商寫一些軟件明天給那個裝備商寫一些軟件，基本上都是用同樣的PLC來做，所以最后軟件的質量保證不了。在這幾個階段里，大家可以看到，很多機械裝備老板有很多非常棒的想法，但是他的產品不能快速推向市場，軟件這個環節實際上是他們真正的最大的瓶頸。
還有一個是可靠性，大家每次一談裝備制造都談可靠性的問題，而且我遇到的所有這些裝備制造企業，他跟我來講他的機械裝備有多么多么好的時候，他都會告訴我，“我的變頻器是施耐德的，PLC是西門子的，這個傳感器是巴魯夫的”等等。他就是用這種方式來說我的裝備是可靠的——用國外的零配件來標榜自己機械裝備可靠，我發現是這個行業最大的慣例。所以你到任何一個裝備制造商他都會告訴你，我的核心部件都是從哪個國家來的，都是什么品牌，也就是告訴你我的裝備就是可靠的。但是事實上一個機械裝備的可靠性是不是就是說你的機械上裝了幾個外國的零件你的裝備就可靠了，這可不是一個概念。在我的觀點里，整個機械裝備他的可靠性其實是設計出來的，而且裝備的可靠性是貫穿于整個裝備的產品生命周期。那么我們來看看中國的現狀，在產品設計階段，絕大多數機械裝備制造商都廣泛地采用外國的核心零配件，這個是大家公認的，就是外國的東西比中國的好，外國的月亮比中國的圓，這個沒辦法，畢竟人家做了上百年的歷史，人家也確實有經驗積累。現在我們國內的一些裝備制造商已經開始使用仿真技術來驗證他的裝備，而不是說先把一個裝備照貓畫虎的先做出來然后再去驗證他的性能。那么在產品的制造環節，我現在發現很多機械裝備制造商已經廣泛采用一些先進的數控加工技術，包括現在很多機械裝備企業也特別注重高級技工人才的培養，很多企業開始注重整個生產管理中的信息化，在產品的交付階段，我們很多企業也廣泛重視產品的售后服務，也重視信息化的保障。但是有一個環節，沒有人關注軟件的質量和可靠。
現在很多做機械裝備的制造商，關心的是我的裝備解決自動化某個環節的問題，很少有人去考慮整廠信息化的工作，實際上現在很多裝備制造商做出來的產品拿到現場，叫信息孤島。
為什么叫信息孤島？在這個環節解決了這個環節的問題，但是這些裝備連接不在一起，信息流是打不通的，這是一個現狀，所以很多客戶在做生產改造的時候，又想接MES，又想接各種信息化的系統。最后，發現都卡在機械裝備這個環節，所以得出一個結論，軟件已日漸成為我們機械裝備的一個重要靈魂。但是軟件開發的環節成為我們眾多機械裝備制造商的一個重要的瓶頸。而且，這個瓶頸嚴重影響了機械裝備的可靠性，拖延了產品的上市時間，錯過了好多機會，而且企業做出來的裝備，沒有信息化的接口，而客戶又希望能做信息化。所以，形成了很嚴重的問題。
剛剛講的是智慧工廠的時代，對裝備，尤其是機械裝備迫切的需求，和我們的現狀。
接下來我們講講軟PLC
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