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汽車行業(yè)的一大特點(diǎn)是供應(yīng)鏈?zhǔn)謴?fù)雜。為防患于未然，避免出現(xiàn)可能的供應(yīng)中斷，西門子中央研究院的研究人員開發(fā)出一種軟件代理生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)檢測和評(píng)估生產(chǎn)問題，并與下游系統(tǒng)進(jìn)行通信。

這種理念簡單而不乏智慧。讀卡器生成高頻電磁場。當(dāng)應(yīng)答器（標(biāo)簽）靠近讀卡器時(shí)，標(biāo)簽的特殊結(jié)構(gòu)使磁場發(fā)生改變，由此發(fā)送有關(guān)自身的特定信息。這就是RFID技術(shù)背后的原理。該技術(shù)能夠利用電磁波識(shí)別物體。

現(xiàn)如今RFID標(biāo)簽可以小如米粒，同時(shí)這種小小的標(biāo)簽已經(jīng)成為人們生活中*的一部分。在超市、品牌服裝都可以看到RFID標(biāo)簽。我們甚至可將它們植入奶牛的皮膚中，然后它們會(huì)提供有關(guān)每頭奶牛營養(yǎng)計(jì)劃的眾多數(shù)據(jù)。RFID標(biāo)簽還可以植入人體，比如在美國，就有醫(yī)院在患者體內(nèi)植入這種標(biāo)簽，以便急救時(shí)可以迅速調(diào)用重要的患者數(shù)據(jù)。

一個(gè)基于射頻識(shí)別技術(shù)的項(xiàng)目，正在研發(fā)能幫助汽車業(yè)管理物流的控制系統(tǒng)。圖中，基于代理技術(shù)的軟件正在比較實(shí)際事件和目標(biāo)事件。

“但是，我們目前尚未充分利用RFID技術(shù)的潛力，尤其是在制造業(yè)中。”德國紐倫堡西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)的Raffaello Lepratti博士表示，“我們基于RFID技術(shù)的汽車網(wǎng)絡(luò)（RAN）項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡單的產(chǎn)品識(shí)別的范疇。實(shí)際上，我們?cè)陂_發(fā)一個(gè)面向汽車行業(yè)的跨公司物流控制系統(tǒng)，它以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，汽車行業(yè)計(jì)劃*將此項(xiàng)技術(shù)作為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引入業(yè)內(nèi)。”

RAN項(xiàng)目獲得了德國經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部超過2000萬歐元的撥款。“RAN是一個(gè)大聯(lián)盟，它匯聚了18家合作伙伴的力量。”兼任RAN項(xiàng)目經(jīng)理的Lepratti介紹說，“它的合作伙伴有汽車制造商戴姆勒、寶馬和歐寶；汽車部件供應(yīng)商博世、瑞好等；物流公司BLG和DHL；軟件公司IBM和SAP；研究機(jī)構(gòu)有慕尼黑理工大學(xué)機(jī)床與工業(yè)管理學(xué)院等。在這個(gè)聯(lián)盟中，西門子不僅負(fù)責(zé)生產(chǎn)規(guī)劃和控制，還有RFID基礎(chǔ)設(shè)施。所以，西門子正在為標(biāo)簽、讀卡器和軟件代理制定規(guī)范，用于管理各種系統(tǒng)。”軟件代理是可以自動(dòng)運(yùn)行并互相通信的軟件模塊。

敏感的供應(yīng)鏈。汽車行業(yè)在過去幾十年中經(jīng)歷了重大變革。尤其是近年來汽車企業(yè)迫于競爭壓力不得不開發(fā)和生產(chǎn)愈加復(fù)雜的車輛，而且車型也日趨豐富。面對(duì)這種挑戰(zhàn)，汽車制造商只得忍痛割愛，將價(jià)值鏈的大部分環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移至供應(yīng)商，而供應(yīng)商本身也要從外部購進(jìn)零部件。

因此，每家汽車制造商運(yùn)轉(zhuǎn)著異常復(fù)雜的價(jià)值鏈和供應(yīng)鏈，它們往往由大約5萬個(gè)環(huán)節(jié)組成，其中包含供應(yīng)商和次級(jí)供應(yīng)商。所以，在這個(gè)系統(tǒng)中，某個(gè)環(huán)節(jié)稍有耽擱便可能影響到最終產(chǎn)品的組裝。“在極端情況下，如果供應(yīng)商運(yùn)送零件的貨車遇到交通堵塞，這個(gè)零件可能價(jià)值不到100歐元，但卻可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過程停頓。” 慕尼黑西門子研究院的Steffen Lamparter博士如是道。

在一次實(shí)驗(yàn)室測試中，送貨卡車發(fā)生延誤，系統(tǒng)立即預(yù)測出產(chǎn)能利用率的下降幅度（紅色曲線）。

貨物在接受RFID掃描。

RAN聯(lián)盟中既包括汽車制造商（OEM，原始設(shè)備制造商），也包括一級(jí)供應(yīng)商和二級(jí)供應(yīng)商。“比如，一個(gè)非常簡單的供應(yīng)鏈的例子，”Lamparter說，“二級(jí)供應(yīng)商為一級(jí)供應(yīng)商供應(yīng)車座的部件，一級(jí)供應(yīng)商將車座組裝好，然后將車座送到汽車制造商的工廠，工廠的組裝線再將車座組裝到車輛上。”

這種供應(yīng)鏈的規(guī)劃細(xì)致入微，而且按時(shí)間順序環(huán)環(huán)相扣。一些供應(yīng)商產(chǎn)品需要“準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)”交付，也就是說要在恰好需要安裝的時(shí)刻到貨。這種安排的優(yōu)點(diǎn)是可以保持較低的倉儲(chǔ)成本。“但是，如果部件在交付過程中出現(xiàn)差錯(cuò)，供應(yīng)鏈的下一個(gè)環(huán)節(jié)并不會(huì)知曉這種情況，直到零部件延遲到貨時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)。”Lamparter介紹道，“這時(shí)基本上已經(jīng)不可能調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。”

有鑒于此，RAN的目標(biāo)就是通過一種獨(dú)具匠心的新方法來消除供應(yīng)鏈合作伙伴之間的通信缺口。該項(xiàng)目的基本思路是建設(shè)一套基于RFID的信息基礎(chǔ)設(shè)施，使供應(yīng)鏈中所有環(huán)節(jié)的生產(chǎn)線可以實(shí)時(shí)互相通信。如此各生產(chǎn)線便能及早識(shí)別和收到關(guān)于供應(yīng)鏈中斷的信息。“有了RAN以后，汽車制造商將能了解本廠生產(chǎn)線以外的信息。”Lamparter說，“那么當(dāng)某個(gè)供應(yīng)商的生產(chǎn)出現(xiàn)中斷時(shí)，汽車制造商可以很快對(duì)中斷情況加以分析，然后采取相應(yīng)措施。”

做到這一點(diǎn)需要借助軟件代理。利用軟件代理技術(shù)，各生產(chǎn)線可以跨越企業(yè)的界限互相通信，并自動(dòng)協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動(dòng)。這些軟件代理就如同虛擬機(jī)器人，其工作原理是“接收，分析，然后行動(dòng)。”軟件代理會(huì)接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，然后將新信息轉(zhuǎn)發(fā)給某個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)再執(zhí)行所需操作。

在生產(chǎn)過程中，貨物不斷接受掃描，從而產(chǎn)生實(shí)時(shí)的匯總數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均將傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)采集點(diǎn)，以待處理。

“我們目前已經(jīng)建成了一套R(shí)FID基礎(chǔ)設(shè)施，其中有標(biāo)簽、讀卡器和代理。”Lamparter表示，“為向我們的合作伙伴演示這個(gè)系統(tǒng)的工作方式，我們還專門開發(fā)了一套原型系統(tǒng)，它代表一個(gè)簡單的供應(yīng)鏈，由制造商、二級(jí)供應(yīng)商和一級(jí)供應(yīng)商組成。”

原型系統(tǒng)中的供應(yīng)商和子供應(yīng)商分別是卡爾斯魯厄和紐倫堡的兩個(gè)SmartAutomation（智能自動(dòng)化）試驗(yàn)設(shè)施，它們由西門子工業(yè)的高級(jí)研發(fā)部門負(fù)責(zé)運(yùn)維。另一個(gè)試驗(yàn)設(shè)施設(shè)在位于Garching的慕尼黑理工大學(xué)，該設(shè)施扮演OEM的角色。

為簡便起見，這些設(shè)施并不真正生產(chǎn)汽車部件，而是生產(chǎn)瓶子，用瓶子代表傳動(dòng)部件。“卡爾斯魯厄制造并包裝玻璃瓶，然后通過模擬貨車運(yùn)輸將瓶子虛擬運(yùn)輸?shù)郊~倫堡。”Lamparter介紹道，“瓶子運(yùn)到紐倫堡后，會(huì)向其中填充不同形狀和顏色的固體材料。每一步裝瓶操作分別代表安裝某種傳動(dòng)部件。”裝好的瓶子被虛擬運(yùn)送到Garching，在那里用真正的傳動(dòng)部件替換瓶子，然后進(jìn)行組裝。

工廠門口的軟件代理。紐倫堡的一級(jí)供應(yīng)商的運(yùn)作示范了RAN的工作過程。所有裝載空瓶子的運(yùn)貨托盤上均貼有RFID標(biāo)簽，每個(gè)標(biāo)簽上都有一個(gè)的代碼。部件入廠時(shí)在“入口”要接受掃描，生產(chǎn)（裝瓶）期間則用手持掃描儀掃描，最后出廠時(shí)在“出口”還要接受一次掃描。大門處的軟件代理和掃描儀會(huì)記錄識(shí)別碼，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至中央數(shù)據(jù)采集單元，即信息中介。每次輸入一個(gè)代碼，都會(huì)為其添加一條信息，表明某個(gè)部件在具體某個(gè)時(shí)間所處的具體位置。整個(gè)信息包稱為一個(gè)“RFID事件”。

“傳統(tǒng)的條形碼識(shí)別要求條形碼掃描儀與條形碼直接接觸，相比之下，RFID標(biāo)簽的巨大優(yōu)勢就顯而易見了。”Lamparter表示，“有了RFID技術(shù)，托盤還在叉車上的時(shí)候，我們就可以掃描整個(gè)托盤。也就是說，我們不必卸開托盤，便可以執(zhí)行掃描操作。另外，還可以向RFID標(biāo)簽添加信息。但是條形碼只含有一個(gè)序列號(hào)，沒有其他任何信息。”

信息中介采集的RFID事件可由一個(gè)叫做生產(chǎn)輔助系統(tǒng)（PAS）的主代理調(diào)用，PAS對(duì)各個(gè)事件進(jìn)行分析，并將實(shí)際數(shù)據(jù)與目標(biāo)值相比較。由此PAS代理便能判斷具體批次交付的進(jìn)度是符合預(yù)期計(jì)劃，還是落后于計(jì)劃。倘若出現(xiàn)問題，PAS代理可以評(píng)估問題是性質(zhì)嚴(yán)重的問題，還是可以補(bǔ)救的問題，比如在供應(yīng)鏈的下一個(gè)環(huán)節(jié)中調(diào)用其儲(chǔ)備部件。若可以補(bǔ)救，PAS代理會(huì)計(jì)算出新的生產(chǎn)命令，將影響降至最低，例如它可以將不需要使用缺貨部件的生產(chǎn)作業(yè)提前。然后主代理將新計(jì)算出來的命令發(fā)送到本地生產(chǎn)控制系統(tǒng)。在紐倫堡，西門子的SIMATIC IT就被用于該目的。

SIMATIC IT系統(tǒng)會(huì)處理新命令，然后將它們發(fā)送到不同生產(chǎn)設(shè)備。“也就是說，PAS主代理是網(wǎng)絡(luò)化供應(yīng)鏈中的核心部分。”Lamparter介紹道，“它是信息中介與SIMATIC IT之間的智能交換站，信息中介即讀卡器，SIMATIC IT即執(zhí)行系統(tǒng)。”在RAN系統(tǒng)中，所有相關(guān)供應(yīng)商的RFID事件均被發(fā)送到中央信息中介。因此，汽車制造商的PAS系統(tǒng)可以破天荒地跨越自身位置的限制。如果供應(yīng)商方面出現(xiàn)延遲，PAS系統(tǒng)可以及早接收到該信息，并相應(yīng)調(diào)整自己的生產(chǎn)命令。即便是在如今的全球物流網(wǎng)絡(luò)中，上述整個(gè)系統(tǒng)也可以有條不紊地運(yùn)行。無論是海運(yùn)、陸運(yùn)，還是空運(yùn)，利用轉(zhuǎn)運(yùn)中心的RFID掃描技術(shù)或基于GPS的貨物跟蹤技術(shù)，都可以在一種“物聯(lián)網(wǎng)”中記錄整個(gè)價(jià)值鏈的數(shù)據(jù)。簡而言之，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由用比特和字節(jié)構(gòu)成的隱形機(jī)器人所組成，它們就是軟件代理。

“RAN項(xiàng)目2012年底完成。”Lamparter表示，“然后RAN將在常規(guī)生產(chǎn)中接受檢驗(yàn)。”目前計(jì)劃將由參與項(xiàng)目的汽車制造商合作展開長期測試。“如果該系統(tǒng)能展現(xiàn)出名副其實(shí)的效用，那么基于RFID的物流鏈管理將首次成為應(yīng)用于整個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。”Lamparter說。

那么在汽車行業(yè)之外呢？“理論上，我們的系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何制造行業(yè)，甚至是制藥業(yè)和食品業(yè)。”Lamparter說，“只要有可以貼RFID標(biāo)簽的地方就沒問題。”

Nils Ehrenberg

開啟自動(dòng)機(jī)床故障預(yù)診之門

從銑削到鉆探，機(jī)床在全世界被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)金屬部件，比如汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)及其他設(shè)備的金屬部件。然而，一旦機(jī)床遇到故障，就可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，還可能會(huì)生產(chǎn)出殘次品。為解決此類問題，西門子研究院目前正在開發(fā)一種名為“Plug & Prognose”（即插即預(yù)測）的解決方案。“現(xiàn)今的機(jī)床操作員面臨著越來越大的壓力，他們一方面要努力減少故障停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本，另一方面又要保持高水準(zhǔn)的產(chǎn)品質(zhì)量。”西門子美國研究院的研究員Linxia Liao說道，Liao在加州伯克利的西門子科技成果轉(zhuǎn)化中心工作時(shí)牽頭發(fā)起了這個(gè)項(xiàng)目。“Plug & Prognose通過精簡機(jī)床故障預(yù)測的工作流，可以有效解決這一難題。”

Plug & Prognose可以排查將要發(fā)生的故障，并且不需要任何機(jī)器物理模型或特殊的機(jī)器測試周期。原型軟件與機(jī)器的控制器通信，從而通過從機(jī)器及其傳感器收集數(shù)據(jù)，了解機(jī)器的運(yùn)行環(huán)境。該軟件可以根據(jù)與相關(guān)運(yùn)行環(huán)境有關(guān)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)分析過程加以自定義。當(dāng)出現(xiàn)新的運(yùn)行環(huán)境時(shí)，Plug & Prognose便構(gòu)建新的分析模型。“我們的原型軟件可以根據(jù)不同的機(jī)器用途靈活調(diào)整，所以它能在上確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。”西門子研究院研究部負(fù)責(zé)人Zachery Edmondson介紹說。

該系統(tǒng)的研發(fā)人員目前還在探索系統(tǒng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。比如，Plug & Prognose模型可以安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。它不僅能幫助保持發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)還能最大限度降低客戶的能源損失。在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也并不遙遠(yuǎn)，尤其是用在醫(yī)院、診所及私人診所使用的醫(yī)療器械中，Plug & Prognose系統(tǒng)可以確保所有機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。“雖然目前的應(yīng)用研究側(cè)重于工業(yè)領(lǐng)域，但是我們相信，Plug & Prognose最終將成為各行各業(yè)預(yù)測機(jī)器故障的經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。”Edmondson指出，“從本質(zhì)上講，我們是在研發(fā)未來的機(jī)器故障預(yù)診解決方案。”