时至今日,数字化工厂的大旗已经插在全球制造业企业的未来之路上,猎猎招展。像汽车及其零部件制造这样的现代大规模生产的标杆性制造行业,正在一马当先奔向大旗的方向。而在这一滚滚洪流中,永远会有那么几道身影披荆斩棘,领袖同侪,驰骋于数字化时代的前方。
作为中国大陆第一家铝车轮制造企业,中信戴卡的发展历程无疑代表了中国铝合金轮毂行业短短20多年的新兴创业史,如今的戴卡,经历了产品差异化、开拓OEM市场、集团化商业模式创新、产业规模跨越发展及多元化、国际化等5个发展阶段,已然作为全球最大的铝车轮和铝制底盘零部件供应商。
2014年开始,身处数字化时代的中信戴卡开始计划在大洋彼岸兴建一家年产量达到300万只的集智能化、高度自动化为一体的铝车轮工厂。这家设立在美国密歇根州格林维尔市的中信戴卡北美车轮工厂,将为北美客户提供强大的绿色轻量化铝车轮和铝制零部件制造的整体解决方案,同时也将成为戴卡打造面向未来的数字化工厂的典范之一!
作为行业标准制定者,中信戴卡同样在最新的北美工厂积极布局面向未来的智能制造体系和数字化工厂平台数字化制造系统DMS1.0。在全球最大的自动化和数字化解决方案提供商西门子的支持下,这一套融合了企业的经营管理、研发和综合制造能力的完整体系平台,实现了产品从以往单纯的生产制造到个性化定制的转变,生产模式向智能化、信息化转变。
中心机房
修筑数字大道
数字化工厂和智能制造体系所需的是海量工业数据支撑。数据承载信息,信息支撑决策。正所谓要想富,先修路,作为跨领域的技术密集型零部件加工企业,戴卡美国工厂的生产/设备数据标识、传输和利用的顺畅实现,离不开一个完美设计、精心修筑的工业通讯路网。
我们一直坚持高屋建瓴,从戴卡工厂的实际应用环境和整个数字制造系统DMS1.0需求的角度进行总体设计,通过西门子完整的SIMATICNET工业通讯解决方案,帮助客户实现更高的战略目标,西门子(中国)有限公司过程工业与驱动集团副总裁兼过程自动化部总经理姚峻表示。
美国时间2016年2月1日,中信戴卡北美车轮工厂机加和涂装工序全线贯通,首只车轮成品成功下线。这一总投资约1.5亿美元的项目是中国汽车零部件行业在美国最大投资项目,为中国制造业走出去战略的实施起到积极的示范作用,意义不可谓不大。因此,如果只是简单地实现一个环网冗余的工厂通讯网络,而不全面考虑工厂的环境、信息安全性问题和工艺段的分隔,戴卡认为很难满足其需求。
对此,西门子团队的做法是,首先从设计理念上,突出立体布局、安全架构和系统管理三大理念。首先在网络架构上,兼顾物理层、链路层、网络层和应用层,形成立体化的设计布局;在安全方面,网络架构主要分为预防、治理、巩固三个主线程;在系统管理方面,还需要安全管理系统与网络部署相适应,增强网络的可控性,有效阻止渗透式网络攻击。
整体通讯系统同样分为三个层级,即工厂核心网络、工艺环网和现场网络。西门子根据戴卡的实际需求提供了功能最优化和成本最优化(主要通过降低工艺环网一级终端设备的接入带宽实现)两套方案。在最上层核心交换机间,以10G网络连接进行冗余,并提供全千兆平台,用于服务器或其他终端连接,以及连接至上级系统网络;在工艺环网一级,提供千兆冗余环网骨干,并以千兆上联至核心网络,向下提供100M/1000Mbps自适应网络接口,用于各类上位、操作站以及现场级网络连接;现场及网络通过1000Mbps(或100Mbps)自适应接口连接各类工艺终端、控制器、I/O等。
我们通过替换工艺环网一级大部分XM400接入交换机,以较为经济的XC200系列产品帮助实现成本优化。戴卡北美工厂的成本导向解决方案较前述方案节约成本30%。并可在详细调整网络设备需求数量的情况下进一步优化,西门子工业通讯业务负责人进一步解释道。
按照不同的工艺段进行网络分割设计是现代大规模生产工厂网络规划中必须考虑的,唯有如此方能实现高效自治、高可靠、高性能和整体低风险的数据路网铺设。按照铝轮毂的最主要的生产工艺环节,即熔化、低压铸造、探伤、热处理、机械加工、检验测试、涂装等,西门子分别构筑了工艺环网,然后在此基础上构成整个骨干网。
此外,由于该工厂是基于之前的汽车老旧工厂进行改造而来,很多基础设施是固定的,我们的交换机必须安装在固定宽度的工字钢里面,也就是说交换机的长度是根据这个宽度而定,普通的标准型交换机没法安装,需要定制的解决方案,该负责人说道。
在修筑戴卡北美工厂的全厂工业通讯体系过程中,无论是SCALANCE产品层面的可靠性、技术层面的多冗余协议带来的高可用性,抑或是通过PROFINET技术保证生产现场数据实时性和确定性传输,西门子为该项目的数据通讯基础设施奠定了最为坚实的基础,让上层的设计理念和定制化需求实现毫无后顾之忧。
独辟蹊径
数字化工厂和智能制造体系所需的是海量工业数据支撑。数据承载信息,信息支撑决策。正所谓要想富,先修路,作为跨领域的技术密集型零部件加工企业,戴卡美国工厂的生产/设备数据标识、传输和利用的顺畅实现,离不开一个完美设计、精心修筑的工业通讯路网。
设备是工厂的重要资产。对中信戴卡装备部而言,如何在帮助北美工厂建立本地全厂通讯覆盖的同时,专门为其生产设备建立高速管理和维护通道,乃至连接其他地区工厂实现全球设备的统一诊断维护平台,是一项重要的考量。
相对于北美工厂,中信戴卡装备部扮演的是设备运营和管理方的角色,拥有独立于工厂运营系统的设备维护权利,如何克服部门之间的沟通障碍,基于工厂网络和集团网络独辟蹊径,保护和管理自身的设备数据,并不是一件容易的事情。
现阶段的DMS系统骨干网络,基于安全防护需求与MES系统集成的双重要求.进行了完整的IT/OT网络隔离,同时有限的IT资源限制了OT设备数据的远程连接便利性,西门子工业通讯业务负责人说道,由于IT和OT部门的不同,现实中面临操作混乱的问题,很难实现提升整体的设备管理水平。
为了安全建立起这条相对独立的维护通道,西门子根据现有的实际情况进行了独具匠心的网络设计通过增加IT/OT网络间隔离防火墙,建立DMZ(非军事化)隔离区域。DMZ区域与Internet连接间增加防火墙,阻断除维护请求VPN以外其他所有通讯,以白名单方式工作。终端设备前,增加隔离模块SCALANCES600建立VPN端点。这样,终端隔离模块、OT/IT间防火墙与上层商用系统防火墙形成逐级防御体系。
在安全高效的网络防护下,中信戴卡装备部如今终于可以通过西门子SINEMAServer平台,对所有PROFINET协议设备与标准SNMP设备统一进行监视监测,并定期提供可用性报告,网络设备与自动化单元通过SNMPOPC集成可以达到端口级和通道级诊断。如此一来,权责分明便于管理,OT网络内,除需要被维护的终端,即不暴露给IT网络,也不暴露给远端操作网络,该负责人总结道。
无论是纵向的工厂生产与运营网络,还是横向的设备监视维护网络,两大通讯网络完全实现了并行共存,高效优化,在保障信息安全的大前提下,为戴卡工厂和集团装备部提供了顺畅的数据高速通道,为实现其智能制造战略目标进行了最好的背书。
如今,一只只高质量的铝合金车轮正从中信戴卡北美工厂高速生产出来,奔向各大汽车工厂,西门子为其定制设计和精心修筑的工业通讯网络,正如一条条宽阔平整的安全大道,供其在奔向数字化大旗的路上快意驰骋。