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汽車行業(yè)的一大特點是供應鏈十分復雜。為防患于未然，避免出現(xiàn)可能的供應中斷，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)可利用射頻識別（RFID）技術(shù)檢測和評估生產(chǎn)問題，并與下游系統(tǒng)進行通信。

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

現(xiàn)如今RFID標簽可以小如米粒，同時這種小小的標簽已經(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標簽。我們甚至可將它們植入奶牛的皮膚中，然后它們會提供有關每頭奶牛營養(yǎng)計劃的眾多數(shù)據(jù)。RFID標簽還可以植入人體，比如在美國，就有醫(yī)院在患者體內(nèi)植入這種標簽，以便急救時可以迅速調(diào)用重要的患者數(shù)據(jù)。

一個基于射頻識別技術(shù)的項目，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)的軟件正在比較實際事件和目標事件。

“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)自動化集團的Raffaello Lepratti博士表示，“我們基于RFID技術(shù)的汽車網(wǎng)絡（RAN）項目遠遠超出了簡單的產(chǎn)品識別的范疇。實際上，我們在開發(fā)一個面向汽車行業(yè)的跨公司物流控制系統(tǒng)，它以RFID技術(shù)為基礎，汽車行業(yè)計劃*將此項技術(shù)作為一種行業(yè)標準引入業(yè)內(nèi)。”

RAN項目獲得了德國經(jīng)濟與技術(shù)部超過2000萬歐元的撥款。“RAN是一個大聯(lián)盟，它匯聚了18家合作伙伴的力量。”兼任RAN項目經(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；汽車部件供應商博世、瑞好等；物流公司BLG和DHL；軟件公司IBM和SAP；研究機構(gòu)有慕尼黑理工大學機床與工業(yè)管理學院等。在這個聯(lián)盟中，西門子不僅負責生產(chǎn)規(guī)劃和控制，還有RFID基礎設施。所以，西門子正在為標簽、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運行并互相通信的軟件模塊。

敏感的供應鏈。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)愈加復雜的車輛，而且車型也日趨豐富。面對這種挑戰(zhàn)，汽車制造商只得忍痛割愛，將價值鏈的大部分環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移至供應商，而供應商本身也要從外部購進零部件。

因此，每家汽車制造商運轉(zhuǎn)著異常復雜的價值鏈和供應鏈，它們往往由大約5萬個環(huán)節(jié)組成，其中包含供應商和次級供應商。所以，在這個系統(tǒng)中，某個環(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，如果供應商運送零件的貨車遇到交通堵塞，這個零件可能價值不到100歐元，但卻可能會導致整個生產(chǎn)過程停頓。” 慕尼黑西門子研究院的Steffen Lamparter博士如是道。

在一次實驗室測試中，送貨卡車發(fā)生延誤，系統(tǒng)立即預測出產(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，原始設備制造商），也包括一級供應商和二級供應商。“比如，一個非常簡單的供應鏈的例子，”Lamparter說，“二級供應商為一級供應商供應車座的部件，一級供應商將車座組裝好，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。”

這種供應鏈的規(guī)劃細致入微，而且按時間順序環(huán)環(huán)相扣。一些供應商產(chǎn)品需要“準時準點”交付，也就是說要在恰好需要安裝的時刻到貨。這種安排的優(yōu)點是可以保持較低的倉儲成本。“但是，如果部件在交付過程中出現(xiàn)差錯，供應鏈的下一個環(huán)節(jié)并不會知曉這種情況，直到零部件延遲到貨時才會發(fā)現(xiàn)。”Lamparter介紹道，“這時基本上已經(jīng)不可能調(diào)整生產(chǎn)計劃。”

有鑒于此，RAN的目標就是通過一種獨具匠心的新方法來消除供應鏈合作伙伴之間的通信缺口。該項目的基本思路是建設一套基于RFID的信息基礎設施，使供應鏈中所有環(huán)節(jié)的生產(chǎn)線可以實時互相通信。如此各生產(chǎn)線便能及早識別和收到關于供應鏈中斷的信息。“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，“那么當某個供應商的生產(chǎn)出現(xiàn)中斷時，汽車制造商可以很快對中斷情況加以分析，然后采取相應措施。”

做到這一點需要借助軟件代理。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，并自動協(xié)調(diào)生產(chǎn)活動。這些軟件代理就如同虛擬機器人，其工作原理是“接收，分析，然后行動。”軟件代理會接收數(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)生實時的匯總數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均將傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)采集點，以待處理。

“我們目前已經(jīng)建成了一套RFID基礎設施，其中有標簽、讀卡器和代理。”Lamparter表示，“為向我們的合作伙伴演示這個系統(tǒng)的工作方式，我們還專門開發(fā)了一套原型系統(tǒng)，它代表一個簡單的供應鏈，由制造商、二級供應商和一級供應商組成。”

原型系統(tǒng)中的供應商和子供應商分別是卡爾斯魯厄和紐倫堡的兩個SmartAutomation（智能自動化）試驗設施，它們由西門子工業(yè)的高級研發(fā)部門負責運維。另一個試驗設施設在位于Garching的慕尼黑理工大學，該設施扮演OEM的角色。

為簡便起見，這些設施并不真正生產(chǎn)汽車部件，而是生產(chǎn)瓶子，用瓶子代表傳動部件。“卡爾斯魯厄制造并包裝玻璃瓶，然后通過模擬貨車運輸將瓶子虛擬運輸?shù)郊~倫堡。”Lamparter介紹道，“瓶子運到紐倫堡后，會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部件。”裝好的瓶子被虛擬運送到Garching，在那里用真正的傳動部件替換瓶子，然后進行組裝。

工廠門口的軟件代理。紐倫堡的一級供應商的運作示范了RAN的工作過程。所有裝載空瓶子的運貨托盤上均貼有RFID標簽，每個標簽上都有一個的代碼。部件入廠時在“入口”要接受掃描，生產(chǎn)（裝瓶）期間則用手持掃描儀掃描，最后出廠時在“出口”還要接受一次掃描。大門處的軟件代理和掃描儀會記錄識別碼，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。每次輸入一個代碼，都會為其添加一條信息，表明某個部件在具體某個時間所處的具體位置。整個信息包稱為一個“RFID事件”。

“傳統(tǒng)的條形碼識別要求條形碼掃描儀與條形碼直接接觸，相比之下，RFID標簽的巨大優(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候，我們就可以掃描整個托盤。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標簽添加信息。但是條形碼只含有一個序列號，沒有其他任何信息。”

信息中介采集的RFID事件可由一個叫做生產(chǎn)輔助系統(tǒng)（PAS）的主代理調(diào)用，PAS對各個事件進行分析，并將實際數(shù)據(jù)與目標值相比較。由此PAS代理便能判斷具體批次交付的進度是符合預期計劃，還是落后于計劃。倘若出現(xiàn)問題，PAS代理可以評估問題是性質(zhì)嚴重的問題，還是可以補救的問題，比如在供應鏈的下一個環(huán)節(jié)中調(diào)用其儲備部件。若可以補救，PAS代理會計算出新的生產(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)會處理新命令，然后將它們發(fā)送到不同生產(chǎn)設備。“也就是說，PAS主代理是網(wǎng)絡化供應鏈中的核心部分。”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，所有相關供應商的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)絡中，上述整個系統(tǒng)也可以有條不紊地運行。無論是海運、陸運，還是空運，利用轉(zhuǎn)運中心的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)”中記錄整個價值鏈的數(shù)據(jù)。簡而言之，這個網(wǎng)絡是由用比特和字節(jié)構(gòu)成的隱形機器人所組成，它們就是軟件代理。

“RAN項目2012年底完成。”Lamparter表示，“然后RAN將在常規(guī)生產(chǎn)中接受檢驗。”目前計劃將由參與項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)出名副其實的效用，那么基于RFID的物流鏈管理將首次成為應用于整個行業(yè)的標準。”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標簽的地方就沒問題。”

Nils Ehrenberg

開啟自動機床故障預診之門

從銑削到鉆探，機床在全世界被廣泛應用于生產(chǎn)金屬部件，比如汽車、發(fā)動機及其他設備的金屬部件。然而，一旦機床遇到故障，就可能會導致生產(chǎn)中斷，還可能會生產(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”（即插即預測）的解決方案。“現(xiàn)今的機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時間和維護成本，另一方面又要保持高水準的產(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)化中心工作時牽頭發(fā)起了這個項目。“Plug & Prognose通過精簡機床故障預測的工作流，可以有效解決這一難題。”

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

該系統(tǒng)的研發(fā)人員目前還在探索系統(tǒng)在其他領域的應用。比如，Plug & Prognose模型可以安裝在風力發(fā)電機中。它不僅能幫助保持發(fā)電機的正常運行，同時還能最大限度降低客戶的能源損失。在醫(yī)療領域的應用也并不遙遠，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)可以確保所有機器正常運轉(zhuǎn)。“雖然目前的應用研究側(cè)重于工業(yè)領域，但是我們相信，Plug & Prognose最終將成為各行各業(yè)預測機器故障的經(jīng)濟有效的解決方案。”Edmondson指出，“從本質(zhì)上講，我們是在研發(fā)未來的機器故障預診解決方案。”