智能工廠“4M法則” 整個生產制造圍繞其開展
2015-11-23 來源：電子信息產業網 作者：
英飛凌是如何在自己的工廠里實現工業4.0的呢？總結為“4M法則”：人(Man)、機(Machine)、料(Material)、法(Method)，即4M。人機料法是在工業生產過程中的核心要素，整個生產制造都是圍繞著它們展開的。
半導體在現實世界和虛擬世界的互聯中扮演著重要角色，保證了數據的安全交換，英飛凌作為一家半導體芯片公司，在工業4.0理念中起著底層架構師的作用。
英飛凌已經把工業4.0的概念付諸了實踐，其在德國德累斯頓晶圓工廠已經實現了無紙化、自動化，所有零部件全程可追溯以及擁有高效的工廠間物流。這種工業4.0所帶來的零缺陷、高效率的價值在中國無錫工廠也開始實踐。
在接受記者采訪3天后，英飛凌中國有限公司總裁兼執行董事蘇華領取了無錫市政府頒發的“物聯網十大應用示范”匾額——英飛凌安全芯片后道工序智能制造，無錫工廠可能就是英飛凌幫助中國制造業轉型升級的一個切入點。
無錫工廠，實踐中的工業4.0
在無錫新區，一座裝飾古樸的辦公樓外及附近數座廠房，就是英飛凌無錫工廠所在地。20年前，當時仍隸屬于西門子公司的英飛凌即在投資建設了這座芯片后道加工廠，20條自動化封裝生產線向
全球市場供應包括電子護照、安全智能卡芯片在內的產品。
英飛凌無錫智能卡后道封裝測試工廠于2014年9月進行了數字化、網絡化、智能化改造，目前正朝著工業4.0邁進。
10月8日，無錫工廠車間內的人員很少，一排排整齊排列的設備之間，只有少數幾名工作人員在來回走動，監視著各種儀表內顯示的數字。
這是記者采訪時最深的印象。這里沒有其他工廠必不可少的、大摞的交接單據，所有的設備都已經聯網，所有的信息都已實現數字化傳輸，電子化處理。
在現場演示中，記者見到一名操作員來到機器前，系統自動確認該操作員是否經過了適當的培訓認證，從而決定其可否操作機臺。
針對機器是否可以生產當前產品，以及機器的關鍵參數和部件是否適用于當前產品，系統將進行自動確認并對關鍵參數進行實時監控和管理。
通過對生產材料自帶的二維碼進行掃描，系統將自動控制材料的儲存、領用、使用、過期控制、報廢和確認材料是否在正確的時間和正確的機器上被用于生產正確的產品。
在工藝流程方面，系統將自動根據當前產品和機器型號下載相關程序和參數，使流程系統實現自動化。
在先進的智能自動化生產環境下，英飛凌無錫后道工廠實現了100%的材料和產品制造可追蹤性，生產周期縮短了近一半，通過生產自動化和人機料法的自動驗證，減少制程出錯和人為失誤50%。
在無錫工廠，英飛凌采取的是標準化的工作組織模式：產品制造流程的簡化可以管理和控制復雜系統的裝配和測試；大數據分析和控制技術可以實現過程控制；產品質量異常預警可以提高設備維護性，使生產周期縮短50%。
“整個制造流程可以實現無紙化，所有制造因素和產品工藝參數實現100%可追溯，生產排單效率可以提高25%，設備綜合利用率將提高11%。”崔松是英飛凌無錫工廠的一位車間主管，向記者介紹了工業4.0的意義他可以觸摸到的實踐。
“英飛凌已經在工廠的智能化建造以及運作上積累了很多的經驗，不僅可以為工業4.0以及工業智能化的應用提供相應的產品和解決方案，也可以提供許多經驗以供參考，無錫工廠將是一個很好的示范案例。”蘇華說。
實際上，英飛凌有自己的半導體前道和后道工廠，已經實現了不同國家工廠間的無縫水平價值鏈集成，并集成了部分供應商和客戶。無錫工廠踐行了零缺陷理念制造的核心理念，統籌優化“人機料法”，不僅提高質量也減少了浪費。
智能制造中的三角聯盟
無錫工廠的工業4.0示范意義對英飛凌非常重大，蘇華認為無錫工廠智能制造模式完全可以在中國其他工廠進行復制，但這些工作并不是英飛凌來做。
英飛凌作為一家半導體芯片設計、生產制造商，把半導體芯片分成了前道工藝和后道的封裝測試，就前道工序來看，幾乎所有的半導體芯片工廠達到了高度的自動化、智能化，幾乎接近工業4.0的標準，比如英飛凌在德國德累斯頓的300毫米和200毫米的晶圓工廠，100%實現了自動化，完全依靠機器人操作。
“無錫工廠作為半導體芯片生產的后道工序，實現智能化制造具有強烈的首創意義。”蘇華說，“無錫工廠的智能制造模式，與其他制造行業比較類似，既然是國家政府認定的示范項目，當然我們希望其他企業來參觀，把我們經驗、實施方案讓他們看。”
但是，當參觀學習的企業希望英飛凌幫助其進行工廠智能化改造時，蘇華則拒絕了。
“因為這不是我們的核心競爭力，也不是英飛凌的生意模式。我們希望能夠找一些合作伙伴，其經營模式是專注于幫助工廠實現自動化、智能化，我們只是知道在半導體生產前道、后道怎么去實現工業4.0，而對諸如重工業如何實現就不太熟悉了，但無錫智能工廠的實施方案則可以復制。”蘇華說。
英飛凌無意成為服務提供商，后者是為制造企業提供智能工廠系統解決方案的公司，或者側重了IT技術支撐，或者側重于自動化設備。
蘇華把系統集成公司看作為聯盟關系——制造企業、系統集成公司、半導體公司三方組成了智能制造穩定的三角聯盟，前兩者應該都是英飛凌的客戶。
在智能制造三角聯盟概念里，英飛凌沒有想靠這個賺錢，講的俗點，并不把它作為贏利方式。但它們會以顧問的形式與三角聯盟中的其他兩個伙伴合作，最后由它們去實施執行。
“在無錫智能工廠的實踐中我們總結出，當三角聯盟的關系確定后，英飛凌可以做兩件事情：一是幫助中國制造企業盡快走向智能制造；二是可以幫助中國培養很多合作伙伴，在各個行業培養出在自動化、智能化系統管理上真正有特長的公司。”蘇華說。
智能工廠的“4M法則”
高速運轉的工業云端服務器將一條條載有不同需求的訂貨信息進行匯總、篩選、分類、轉送；流水線上各種各樣的原材料、零部件被發往不同機臺，機器人憑借二維碼或電子標簽進行準確的抓取與加工，然后再送往下一道工序；傳感器則采集各種信息，通過工業以太網進行傳輸，不同節點的處理器對數字化信息進行分析處理，判斷生產進度和設備運行狀況……
這里描繪的是一幅未來制造工廠的圖景。在這里機器可以自己預估正常維護所需的材料，可以適應客戶需求調整生產計劃，機器與機器之間可以相互溝通配合，無需工作人員進行過多干預。這種生產模式完全適應了個性化制造與按需生產的要求，并與大規模、批量化制造完美結合，將進一步提升生產效率，降低無效工作。
上面描述的是工業4.0的美好愿景，但工業4.0本身也是一個漸進過程：更多地實現工廠自動化，各行業橫向和縱向更深入地互相融合，中央控制向分散智能控制的轉變，以及大數據的分析應用。
英飛凌把工業4.0定義成四個層次的管理系統：現場管理、控制層、管理層和企業層。
“英飛凌主要在現場控制層提供半導體產品和解決方案，包括像傳感器、微控制器、功率半導體、安全半導體芯片等。在外圍也提供一些方案，包括自己做的和跟合作伙伴一起做的，主要是為了滿足標準化。”蘇華說。
那么，英飛凌又是如何在自己的工廠里實現工業4.0的呢？
蘇華把它總結為“4M法則”：人(Man)、機(Machine)、料(Material)、法(Method)，即4M。人，即通過自動檢查培訓和認證確保合格人員操作機器并追蹤；機，是通過設備狀態的自動監控和基于產品的參數自動調整，確保利用率和柔性；料，是100%物料使用追蹤和高效利用；法，是基于產品的制程程序的自動下載和參數調整，減少人為失誤。
“人機料法”四大要素通過后臺系統實現人與機器、機器與機器對話，從而實現智能生產控制。在過去分別由單一的系統進行管控，整個執行過程全部依靠紙張和人員進行人為手動進行控制，往往一個小小的人為操作失誤就會引起大量的物料或產品報廢和客戶投訴。
無錫工廠將“人機料法”有機地結合在了一起，通過內部后臺系統集成取代了紙張和人為參與，系統自動記錄了產品的整個生產過程并自動地生成報告，工程師只要通過報告就可以清楚地了解到在整個過程中誰在哪個機臺，哪個工序，什么時間使用什么材料和工具生產了當前產品，從而實現了生產過程的可追蹤性、可控制性，生產制程的自動化、智能化，以及產品質量的實時在線管控。
“人機料法是在工業生產過程中的核心要素，整個生產制造都是圍繞著它們展開的。英飛凌無錫廠的智能化改造就是圍繞著它們進行的。事實上，所謂工業4.0的要點之一正是對操作員、機器、生產材料和工藝制程這四大要素進行資源優化和合理利用。無錫工廠將是一個很好的示范案例。”蘇華說。
工業4.0的底層架構師
英飛凌的前身是德國西門子半導體業務，后單獨成立新公司。在過去10年中，英飛凌先賣掉了做存儲業務的奇夢達，然后把無線業務也賣給了英特爾，更加專注做功率半導體業務，服務于汽車電子、工業控制和電源管理。今年年初，英飛凌收購了美國國際整流器公司，現以高達19.2%的市場份額成為市場領袖。
一家芯片公司為何忽然跑到工業4.0里？蘇華解釋說：“英飛凌芯片服務的領域很廣泛，隨著太陽能、風能等新能源應用推廣，自然用到很多逆變器，你也可以本身就已經在服務很多的工業，其實蠻廣的，從汽車到很多能源相關的，全球很多的電網，靠風力發電，太陽能發電，用的都是我們的逆變器，這是一直公司的定位。”
英飛凌的發展戰略與自身的發展理念、市場定位，對市場的洞察力和自身的創新力密不可分。英飛凌之所以多年來在所專注的領域一直居于全球領先的地位，主要得益于發展戰略與社會可持續發展的需求息息相關。半導體技術在現實世界和虛擬世界的互聯中扮演著重要角色，保證了數據的安全交換，并創造附加價值、開辟新的業務模式，英飛凌的發展戰略具有前瞻性，且順應了這一趨勢。
同時，英飛凌始終致力于解決當今社會的三大挑戰：高能效、移動性和安全性，核心業務和發展理念就是創造更環保、更便利、更安全的人類生活，這可能是英飛凌與包括中國在內的許多國家的發展戰略高度吻合的根本原因。
半導體芯片處于整個工業4.0架構的基礎，解決了聯、感、知的基礎問題和執行問題。作為一家芯片廠商，英飛凌有高精度的工業傳感器、執行器、微控制器、電子標簽和高效的功率器件，同時，其安全解決方案是基于硬件的全球領先技術。
英飛凌作為一家半導體芯片公司，在工業4.0理念中起著底層架構師的作用。
蘇華告訴記者，高精度的工業傳感器是捕捉工業4.0環境下有效數據的關鍵；收集到有意義的數據后，英飛凌高性能的微控制器產品進行數據的分析和計算，從而發出指令對生產進行智能控制；微控制器再將指令傳達給功率半導體，保障高能效地生產。
此外，在整個生產流程中，數據的安全，設備的防偽是貫穿始終的關鍵，英飛凌的安全芯片能為智能生產的數據和信息安全提供最高等級的安全保障。如何使設備和設備之間能夠進行信息交換和通訊，及時地發現問題，使機器能夠自主管理，也是包括英飛凌在內的半導體公司需要進行前瞻性研究的課題。
今年5月，中國對外公布了“中國制造2025”長期規劃，提出了“堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展”的理念，其中智能制造是主攻方向，并確定重點發展新一代信息技術、高檔數控機床和機器人、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、新材料、農業機械裝備等十大領域。
蘇華認為，英飛凌的半導體業務在上述領域起著不可或缺的作用，一是通過功率半導體高效率地生產，二是通過高性能微控制器進行智能地控制，三是通過安全芯片保障智能生產中的數據和信息安全。這些正是英飛凌在中國制造業轉型升級中重點關注的合作機會。
10月8日，英飛凌宣布投資近3億美元在無錫建設第二個智能工廠，為中國合作伙伴廠商和生產系統集成商提供示范和咨詢服務，以便更好地支持國內制造業向智能生產的轉型。新廠將利用公司在傳感、安全、能源和微控制的公認專長，提高物聯網與制造業的聯系。
英飛凌CEO萊恩哈德·普洛斯博士表示，英飛凌進一步擴張，突出了對中國市場機遇的信心、大量投資中國的承諾與支持中國的決心。從上年財報看，英飛凌來自中國市場的收入已經占全球營收的20%，超過了德國本土。（來源： 電子信息產業網 ）
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