圖1 IBM全球信息技術服務部資深系統架構師朱江華
一、變革時期企業所面臨的挑戰
智慧工廠是數字化工廠、信息化工廠發展到一定階段所提出的理念，智慧工廠的產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，近年來企業的智慧技術也得到了發展，比如說物聯網技術、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，企業未來發展面臨著很多壓力和挑戰，這些壓力和挑戰既來自于市場，也來自外部因素如變革和創新的責任，持續的成本壓力，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位的分別是商業智能和分析、業務流程的管理、移動解決方案、云計算、虛擬化。這一調查預示在智慧工廠的實踐當中，企業可能更注重數據的應用、數據的挖掘和分析。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戰略
作為傳統的IT服務商，IBM從四個方面來幫助企業實現智慧工廠。首先是生產業務的數字化，IBM認為智慧工廠如果離開了生產業務的數字化，基本上談不上智慧化。第二是IT基礎架構的動態化，主要是指隨著企業的不斷發展，IT應用、業務的不斷增加，IT整個架構會不斷的優化、調整，以適應企業的發展。第三是IT治理的完善化。第四是商業運營的精細化。
1、生產業務數字化：智慧工廠首先需要建立在數字化工廠的基礎之上
生產業務數字化包括：生產控制數字化、生產裝備數字化、運營決策數字化、設計研發數字化、物流產品數字化、辦公管理數字化。
數字化工廠最核心的應用是數字化采集，即生產過程如何實現數字化。針對生產過程，主要做三個方面，一是數據采集，主要是通過設備接口進行聯網整合，實現對設備的運行數據進行采集的過程，并能對異常情況進行報警。二是優化監控，對設備監控，對能源管控，對HSE監控，同時對這些技術進行發布以及工藝分析。三是優化管理，包括對整個生產過程、設備的效率、質量進行管理，并能進行生產分析。
2、IT基礎架構動態化：快速部署 彈性伸縮
IT基礎架構動態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，實現云計算服務與IT技術的整合，為企業服務，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：一是集中化；二是虛擬化；三是標準化；四是動態化。
圖3 IT基礎架構動態化四個步驟
IBM通過多年的實踐得到這樣的數據，基本上每隔五年，企業的IT服務器就會翻倍。因為，隨著企業業務的增加，計算資源在不斷減少。以前企業在做機房新建項目的時，需要進行長時間的統籌規劃和梳理。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、哪些應用可以應用云計算技術。
針對以上問題，IBM推出了模塊化數據中心解決方案，該解決方案采用模塊化的理念，能夠幫助企業做十五年甚至二十年的機房建設規劃，且實際的投入是可以分期分階段去完成。解決方案包括SMDC可擴展模塊化數據中心、EMDC企業級模化數據中心、PMDC集裝箱式數據中心、HDZ高密度分區。SMDC可擴展模塊化數據中心比傳統數據中心節省20%，EMDC企業級模化數據中心能幫助企業延遲40-50%的固定資產和運維費用的支出，PMDC集裝箱式數據中心是全功能的、高防火性的全天候移動式數據中心，HDZ高密度分區比數據中心全部改建要節省35%的成本。
如下圖即分析了IBM模塊化數據中心解決方案如何幫助企業實現數據中心的橫向縱向發展。企業可根據實際需要分期分批投入數據中心的建設，同時服務器的應用也可以按照這種模式完成增長。
圖4 IBM模塊化數據中心解決方案
IBM有十六個數據中心分析工具，可以幫助企業消除規劃的障礙，包括建立中間件策略和設計，服務器優化，數據中心運維和管理等。
圖5 IBM十六個數據中心分析工具
3、IT治理完善化：使IT戰略和業務戰略保持同步
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務戰略和目標。有效的IT治理有助于確保IT對業務目標的支持，使IT投資達到最優，同時能恰當地管理IT相關領域風險和機遇。通過戰略融合、價值交付、資源管理、風險管理、績效測評等IT戰略方法，能夠判斷整個IT的戰略是否與企業的業務保持同步。
*戰略融合：關注于確保業務計劃和IT計劃的聯系；規定、保證和驗證IT價值建議；使IT運營與企業運營一致。
*價值交付：在整個交付周期內實施價值建議，確保IT實現了預期的戰略收益，集中關注成本的優化，提供IT的固有價值。
*資源管理：對IT資源（應用系統、信息、基礎設施和人員）的優化投資并適當管理，關鍵問題在于知識和基礎設施的優化。
*風險管理：要求企業的高層管理者具備良好的風險意識，清晰了解企業對風險的承擔偏好，了解合規性要求，企業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：追蹤并監控戰略實施、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，平衡記分卡將戰略轉化為措施，這些措施可以實現傳統財務管理方面無法測量的目標。
4、商業運營精細化：推動企業實現精細化管理，實現企業向管理要效益的轉變！
受國際及國內市場因素的影響，制造業外面訂單減少，越來越多的高績效制造企業開始關注BI商務智能，以其促進成本的降低、產業的升級、加強品牌建設，以期實現：
*降低運營成本，提升成本控制能力，為企業度過難關提供幫助；
*正確評估新產品，新領域的營收情況，為企業轉型提供科學依據；
*實現產品定價合理化，通過盈虧平衡點合理定價；
*監控產品供應鏈全流程，減少供應鏈過程的無謂浪費；
*降低由于決策偏誤給企業帶來的庫存壓力，并且減低企業由于缺貨可能產生的損失；
*為決策者提供一個掌控企業真實全貌的信息化平臺。
以上都是制造業運營重點關注的內容，IBM也提供了專業的制造業運營分析方案，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：產品ABC分析、產品銷售排行榜、暢銷、滯銷產品分析、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……。
商業智能可以將過去深藏在各個應用系統當中的數據挖掘出來，并以透明的方式實時反饋到各個決策和管理環節，從而使企業的戰略執行得到有效的控制。
IBM認為商業智能管理思想主要體現在四個方面即透明、精確、及時和可預測。透明是通過各種技術手段，使企業領導對生產的各個環節的數據充分的了解，例如透明工廠、可視化工廠技術。有了透明化的工廠，企業還需要一個精確的數據，避免因錯誤的數據給企業帶來不可估量的損失。及時性即企業希望得到及時的數據，及時的反饋，通過這些及時的數據和反饋，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 ：某煤機裝備產業園通過IBM E-Factory解決方案快速提升裝備工業化信息水平
某煤礦機械公司為了滿足公司發展的需要，決定開展信息化、智能化建設。IBM從六個方面即產品創新數字化、裝備數字化、管理數字化、生產數字化、研發數字化、決策數字化的角度的去幫助該煤機裝備產業園實現信息化智能化的落地，包括建立了十大系統：網絡系統及綜合布線、數據中心系統、安防及門禁一卡通系統、通訊系統、信息發布及會議系統、辦公自動化、管理信息化、產品數字化、裝備數字化、設計數字化。
通過這十大系統，實現整個企業的集成、共享、協同轉變，最終實現企業整體數字化。同時，將整個裝備產業園的系統整合到大屏系統ECC上，實現了將物理環境的建設與人員、流程、技術的整合，充分發揮ECC作為生產運行的“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還給該產業園做了一定的業務優化，例如由于裝備產業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
在這個項目中，客戶需求為：
1、信息化技術平臺：為廠區生產、經營業務提供全面支撐的先進、安全、可靠的信息技術平臺，將物理環境的建設與人員、流程、技術整合在一起，能集生產經營調度，應急管理，集中監控，分析決策，事件管理為一體。
2、系統把TCP/IP作為統一的標準，充分利用IP技術把弱電功能子系統的控制器從傳統的總線系統統一到IP平臺上。
3、利用RFID和物聯網技術進行資產監控管理，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利用各種先進技術加強安全生產、安全監控、應急處置能力。
4、需要總承包，承擔計算機網絡、機房、綜合布線、門禁一卡通、監控系統、語音電話、火災報警系統、防盜系統、總控中心等、十個系統。
在這個項目當中IBM采用了基于RFID/GPS技術的安保與資產管理，幫助該煉化企業實現了：
*自動驗證、定位和記錄內部員工、合作伙伴、訪客在危險區域的進出活動；
*通過發現、定位員工位置來強化在突發事件時的安全設施的覆蓋范圍；
*檢測未授權訪問安全區域的行業；
*提高對高價值和重要資產的定位能力，保護資產；
*與安保系統、IT系統等進行深度集成；
*當工作人員進入工作區域，行蹤管理系統會自動跟蹤記錄人員的進出區域和時間，如果不符合預訂的路線，系統會自動報警和記錄整個行程路徑；
*通過與視頻監控系統的聯動可循環人員移動軌跡回放監控圖像；
*通過與智能照明的聯動可以實現照明的開關；
*通過與信息發布系統的聯動可以在人員活動場所發布與人員身份/工作有關的信息。
案例3：能源優化及管理—國內某紡織生產企業
這家客戶面臨的挑戰主要有：電費逐年上調，運營成本不斷增加；雖具備節能意識，但缺乏有效手段；客戶已投資節能設備，但因系統整合效果不佳，節能系統無法動態調節；政府對企業節能降耗的指標壓力。
針對客戶存在的這些問題，IBM通過前期的數據收集，制定和完善提高能源節約的措施，實施，最后驗證等幾個步驟，對其做了全流程的能源優化。能源節約措施包括整合節能技術與觀念，為客戶尋求能源使用KPI；提高Facility系統的能源使用效率，為客戶創造最大效益；結合IT、云技術提高節能系統之動態調節功能；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的Maximo ，并利用公有云平臺，降低系統建設難度和系統整合風險。
節能效果：
1、冷凍水主機調整，能耗降低成15%，年度節省費用120萬元。
2、冷卻水按照環境溫濕度進行最佳化控制，年度節省費用50萬元。
3、水泵系統最佳化控制，能耗降低42%。
4、電力功率得以改善，年度節省費用10萬元。
案例4：無線互聯網技術的應用——新疆數字化物探項目
IBM有相應的無線物聯網解決方案，可提供高帶寬數據網，具有遠距離、高靈敏度、高帶寬、低成本、長距離和靈活組網等特性。功能主要有：配網調度一體化指揮通訊、智能巡檢系統（視頻、語音和數據通信）、移動營收（移動收費車）、應急通信、數據網絡接入。
目前，具體運用在中國石油新疆數字化的物探項目，該無線互聯網平臺主要協助其完成了重要資產的安全監控（包括視頻監控）、實時任務調度（包括語音和數據業務）、遠程物探作業監控（包括視頻和數據業務）。通過這個項目充風驗證了IBM無線物聯網平臺具備如下優點：
覆蓋范圍廣：單基站能提供800平方公里的覆蓋；
性能優越：30公里保持最高的頻譜利用率；
吞吐量高：達到目前數傳電臺的100倍吞吐量，但最終端功率僅為數傳電臺的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、以及協作等R&D工作環境方面面臨著復雜的挑戰，IBM為其引入了IBM自2009年于IBM德克薩斯州奧斯丁市創新設計中心起用于內部P系統蕊片設計開發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了包含端到端的智慧桌面云（Smart Desktop Cloud）與IT基礎架構網格資源池（Grid Comuting Farm），提高了研發效率，降低了研發成本，加強信息安全管理。
案例6：商業智能分析管理—某電子器件制造廠家
這家電子器件制造廠家面臨著：原材料成本持續上升，造成運營銷售壓力增大；部分供應鏈環節脫節，造成原材料庫存不合理；公司決策層對各業務層面的信息難以全面掌握，經常造成決策性失誤。IBM通過商業智能分析管理解決方案，推動企業實現精細化管理。通過實際KPI儀表盤，能夠很便利的知道企業實際情況，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，智慧工廠建設已經成為促進企業創新的巨大動力和發展來源，它具有整體性、前瞻性和先進性，需要企業分階段進行實施。我相信具有遠見的企業領導者將充分利用外部資源，與第三方合作伙伴建立戰略合作關系以迎接新的挑戰。
本文根據IBM全球信息技術服務部資深系統架構師朱江華在“2014中國工業與信息化融合發展高峰論壇”上的演講整理而成，已經本人確認。
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本文標題：智慧工廠——架構現代工業發展新格局
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