AI工業視覺平臺“上崗” 解碼施耐德電氣“燈塔工廠”
作者： 2021年11月24日 來源： 瀏覽量：
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10月27日，施耐德電氣“云-邊協同AI工業視覺檢測平臺”（下稱“AI工業視覺檢測平臺”）在施耐德電氣武漢工廠正式發布。施耐德電氣利用亞馬遜云科技的機器學習服務AmazonSageMaker及其他相關服務，成功構建起AI工業視
10月27日，施耐德電氣“云-邊協同AI工業視覺檢測平臺”（下稱“AI工業視覺檢測平臺”）在施耐德電氣武漢工廠正式發布。施耐德電氣利用亞馬遜云科技的機器學習服務Amazon SageMaker及其他相關服務，成功構建起AI工業視覺檢測平臺，實現了產品質量檢測的自動化。
AI工業視覺檢測平臺應用場景 目前，施耐德電氣已經在中國5家工廠、9條產線完成了AI視覺檢測平臺的部署，將9條產線的漏檢率降為0，誤檢率下降到0.5%，實現了效率的大幅提升。下一步，該平臺將進一步拓展到其他8家工廠、44條產線。在中國，施耐德電氣有23家工廠和7家物流中心。
當前，以工業視覺為代表的工業智能在國內工業制造企業獲得較大范圍的認同，在鋼鐵冶煉、煤礦智能化、電子信息等眾多行業，場景日漸成熟，尤其是產品檢測等質檢流程。然而，與其他企業單點局部應用不同，施耐德電氣AI工業視覺檢測平臺將在國內工廠“批量上崗”，這意味著什么？
另一則消息是，在AI工業視覺檢測平臺發布前的9月27日，施耐德電氣無錫工廠獲得世界經濟論壇授予的端到端“燈塔工廠”稱號，施耐德電氣美國萊克星頓工廠被追評為“可持續發展燈塔”。此前，2018年法國勒沃德勒依工廠、2019年印度尼西亞Batam工廠、2020年萊克星頓工廠先后獲得“燈塔工廠”。如果加上2018年武漢工廠被評為發展中的“燈塔工廠”，其全球燈塔工廠總數已達5家。
燈塔工廠（Lighthouse Factory）的評判標準主要是企業是否具備工業4.0的必備特征，包括自動化、工業互聯網、大數據、人工智能、5G等技術。AI工業視覺檢測顯然是數字化、智能化的最新組成。那么，施耐德電氣“燈塔工廠”的“批量上線”，又意味著什么？
AI工業視覺檢測平臺的故事
先看看AI工業視覺檢測平臺在施耐德電氣武漢工廠的應用。
施耐德電氣在2020年“世界500強”中排名413位，是全球十大工業電氣品牌。公司生產種類繁多的各類產品，但主要聚焦兩個部分，一是能源管理，二是工業自動化。2020財年，公司實現營業收入252億歐元，5%投入研發。在整體收入中，30%的收入來自亞太地區，41%的收入來自新經濟體，中國是其全球第二大市場。
2012年2月，施耐德電氣武漢工廠成立，同年4月實現量產。工廠的業務范圍主要是三個部分：一是微型斷路器，目前施耐德電氣低壓微型斷路器全球排名第一；二是接觸器；三是開關按鈕指示燈。
走進武漢工廠，自動組裝生產線、六軸機器人、協作型機械手，以及AGV、3D打印等撲面而來，在這背后，是相應的管理信息系統、樓宇和能源管理系統，以及AI視覺檢測等。
武漢工廠生產的產品，結構并不復雜，但生產過程中會涉及大量的焊接、繞線操作，很難控制每一個產品的厚度、形態都100%完美無缺。因此各生產線均制定了嚴格的質檢流程。
傳統上，產品最終在出廠之前都有一個外觀檢測的流程，這主要由人工目視檢測或傳統視覺檢測完成。例如，通過工業照相機對每件產品進行外觀拍攝，將照片與“標準樣品（golden sample）”進行比對，由此判斷產品是否存在外觀缺陷。但由于缺陷的位置、缺陷類型往往不固定，所以很難實現精準的判斷。
為了提升檢測效率和精確度，施耐德電氣決定構建AI視覺檢測平臺，實現質量檢測的自動化和智能化。
成功構建AI工業視覺檢測平臺的關鍵是檢測模型的建模、訓練和迭代。“如果采用傳統的自建服務器方式，我們將面臨兩方面的挑戰：其一是模型的訓練和迭代需要巨大的算力，成本非常高；其二是在進行模型訓練時需要工程師到全國各地工廠去采集數據，需要投入大量的人力。”施耐德電氣全球供應鏈中國區數字化解決方案負責人冒飛飛說。
施耐德電氣全球供應鏈中國區數字化解決方案負責人冒飛飛 為了應對這些挑戰，施耐德電氣決定與亞馬遜云科技合作，采用“云邊”協同的方式，利用亞馬遜云科技的機器學習服務Amazon SageMaker及其他相關服務，構建智能化的AI工業視覺檢測平臺。
據介紹，該平臺是一個云邊協同的融合架構，實現云邊端一體化“數智”閉環的系統。在云端可以實現海量樣本數據的存儲、標注，并基于Amazon SageMaker框架和彈性算力訓練工業模型，再通過云邊協同的方式，把云端模型下發到產線邊緣側，執行邊緣推理，并通過產線端的數字化、智能化的改造完成與工業控制元件的集成，從而實現一個整體的閉環回路。
AI工業視覺檢測平臺的成功部署為施耐德電氣帶來了三方面的好處。一是實現了檢測自動化和智能化，提升了產品質量及可靠性；二是降低檢測人員的投入。三是通過云邊協同，實現了云端對邊緣端的統一管理，確保多邊緣端能夠同時完成模型迭代升級和管控，從全生命周期的角度管理分布在不同工廠的模型。當然，這些模型還可以實現全球復用。
燈塔工廠的核心：端到端的供應鏈
如前所述，AI工業視覺檢測平臺只是施耐德電氣數字化轉型的一部分。而其整體的數字化轉型成果，就是產生了數家“燈塔工廠”。我們有理由相信，未來施耐德電氣還將有新的“燈塔工廠”誕生。那么，其整體的數字化轉型到底有何獨到之處，才能支撐這一成績的取得？
要回答這個問題，需要從供應鏈入手。換句話說，要理解施耐德電氣“燈塔工廠”背后的數字化、智能化，必須先了解施耐德電氣全球供應鏈部門。
供應鏈是指，在生產與流通過程中所涉及的產品與服務提供給最終用戶的上下游企業形成的網鏈結構。在這個結構中，鏈主企業是核心。正因為如此，如今各地方政府經濟工作的焦點，以山東東營市為例，近年來實施優勢產業鏈“鏈長制”舉措，目的是基于地方產業基礎，培育和引進一批成長性好、帶動力強的頭部企業、鏈主企業。
按照相關專家的觀點，供應鏈網鏈結構以物流、信息流、資金流、商流實現融合的“四流合一”為主要特征。基于此，無論是企業的供應鏈視角，還是產業鏈視角，意味著未來供應鏈必須實現數字化打通。
工廠顯然供應鏈的一部分。但在現實中，尤其是國內企業，計劃、生產、物流、銷售是扁平的，各自獨立超然。由于不同的業務部門在組織結構上的獨立性，盡管信息系統林立，但協同是很大的挑戰。
2013年，施耐德電氣進行全球范圍的組織架構調整，把與供應鏈相關的上下游的業務部門進行整合，成立全球供應鏈部門，上游是采購部門的原材料采購、供應商管理，中端是所有工廠的管理，末端是物流中心。這種改革，讓施耐德電氣全球供應鏈成為一體，從而可以對內對外提供標準化的作業流程，提升一體化供應鏈的服務，更好地滿足客戶需求，以及更好的費用管控。
表面上，這是一個組織結構的調整，但其本質是一個端到端的流程的打通。端到端流程的背后，又是端到端的信息（數據驅動）打通。因此，組織結構的打通是為了流程打通，流程打通是為了信息打通。
施耐德電氣的供應鏈，就是一個端到端的概念，是把計劃、制造和物流都涵蓋在供應鏈中。端到端，打通了整個產業價值鏈，創造的價值遠超實體工廠本身。當然，端到端流程有大有小，有垂直端到端流程、水平端到端流程等。在國內企業，端到端流程剛剛起步。
如今，全球供應鏈是施耐德電氣核心競爭力的一個重要體現，它承載著從前端的銷售訂單、后端的從計劃、采購、生產和交付的企業價值鏈的重要環節的實現，是一個非常重要的業務部門。根據Gartner的報告，2020年，施耐德電氣全球供應鏈從2019年的19位上升到全球第4，2021年保持第4位。
破除了信息壁壘，實施數字化轉型水到渠成。冒飛飛介紹，施耐德電氣全球供應鏈的數字化主要是通過四維融合來實現： 第一，是能源和自動化的融合；第二，是從終端到云的融合。從車間的終端到云的一切都應該是透明的，這樣才能共享數據并處理數據；第三，貫穿整個生命周期的融合，從設計與建造，到運營與維護；第四，是從分散式管理到集成化的企業管理；。這包括從集團的層面進行中央化的管理流程，也包括集中化管理單個工廠里分布在不同區域的設備或者流程。
在中國區上線的“AI工業視覺檢測平臺”，就很好地實踐了從邊到云，從設計、建造到整個的運營，從分布式到集中式管理的數字化的四維融合的理念。
燈塔工廠驅動力：端到端的數字生態
四維融合只是施耐德電氣數字化轉型的總體策略安排。具體落地，還要回歸到一個個項目中去。在中國區，圍繞全球供應鏈數字化，施耐德電氣做了哪些事情？了解之前，先看一下中國區IT建設，總體上經歷了三個階段。
第一個階段是2000年前后，以SAP ERP為主，打造企業內部管理信息系統。作為后臺系統，主要是賦能企業內部的核心業務流程，增強企業內部的各個部門的協同效率。
第二個階段是2013年前后，重點是商務智能BI和數據管理，延展到前端管理，目標是加強前端銷售系統的數字化，不斷提升客戶對施耐德電氣的產品和服務的數字化體驗。
第三個階段是2017年前后，為應對不斷變化的業務對IT賦能能力的進一步要求，施耐德電氣做了兩個方向的轉變。一是打造IT中臺能力，包括業務中臺和數據中臺，更好地支持前臺業務的快速變化和數字化轉型的需求。二是逐漸把企業內部的封閉系統，演進成一個開放系統，通過API、EDI等實現對上下游企業的能力輸出，包括數據的勾連打通，形成一個端到端的數字生態。
施耐德電氣全球供應鏈每三年就會更新、迭代發展戰略。2021年發布了新的“STRIVE戰略”，除了之前強調的可持續性發展，該戰略更強調智能和充滿韌性的供應鏈。
施耐德電氣全球供應鏈中國區IT總監曹捷表示，對于IT來講，需要與時俱進，通過IT的賦能能力，更好地去支撐供應鏈的戰略發展。對于全球供應鏈，定義了IT賦能的四個主要的核心領域。
施耐德電氣全球供應鏈中國區IT總監曹捷
第一是數字化基礎。通過數字化基礎，夯實數字化的底座能力，包括IT基礎架構和安全，提升對數字化上層能力的支撐。
第二是通過EcoStruxure IoT能力，把數據感知下沉到工廠的設備，從而實現互聯互通，數據采集、分析和應用。EcoStruxure IoT是施耐德電氣于2017年推出的新一代EcoStruxure開放架構與平臺，將施耐德電氣的樓宇、數據中心、工業和電力等所有業務統一整合，為不同行業提供無縫、低成本、大規模地的實施物聯網解決方案。其前身是2007年施耐德電氣的能效管理平臺。
第三是數據服務能力，包括集中數據平臺CDP和工廠級數據分析CDS，更好地實現大數據分析。
第四是數字化應用，是API驅動的平臺戰略。數字化應用是工業能力的集中體現，也是數字化的價值實現。
圍繞供應鏈的這四個領域，每年有不同的側重點。例如，之前更多的是強調底層兩個領域的項目的推進，打造數字化高速公路，同時通過EcoStruxure IoT方案，實現智能工廠。
曹捷指出：“今年和未來，更多的是打造數據之上的分析能力，包括數字化應用的落地實現。AI工業視覺檢測平臺，實際上就是施耐德電氣數字化應用的一個具體實現。”
在具體的數字化項目落地中，則主要是通過橫向集成與縱向集成的兩位框架來實現。橫向集成是指供應鏈價值鏈的集成，主要把核心業務流程數字化，同時打通各業務系統，實現數據互聯互通。縱向集成則以單個工廠的維度、從制造管控的垂直方向，通過EcoStruxure IoT解決方案，實現設備互聯、邊緣控制和在云端的應用和分析。
在全球，施耐德電氣依賴于合作伙伴共同打造供應鏈的數字化，而亞馬遜云科技是其全球云服務合作伙伴。在中國，施耐德電氣與亞馬遜的合作始于2013年，迄今包括了計算平臺、數據平臺以及視覺檢測平臺的合作。
數字化轉型：以精益管理和精益生產為底座
作為施耐德電氣全球供應鏈的一部分，也作為一個生產基地，武漢工廠集中體現了施耐德電氣數字化的轉型過程。
施耐德電氣制造（武漢）有限公司總經理李聰介紹，在武漢工廠成立后的三年內，一個非常重要的核心點，是不斷提升在精益管理和精益生產（SPS）方面的能力，不斷地優化流程、標準化流程，為接下來的轉型做準備。
施耐德電氣制造（武漢）有限公司總經理李聰
2015-2016年，武漢工廠的重點是加速自動化升級，如將原來傳統的手工生產進行自動化改造。從2016年開始，武漢工廠在施耐德電氣全球200多家工廠中首家試點施耐德電氣自己的產品數字化解決方案、精益數字化系統，如EcoStruxure解決方案和平臺。
從2017年開始，武漢工廠成為施耐德電氣全球第一家全面部署EcoStruxure IoT整體解決方案的工廠。在此過程中，工廠加裝了非常多的傳感器，比如溫濕度傳感器、光線傳感器等，這些傳感器幫助工廠變得更加智能。2019-2020年，武漢工廠繼續深化數字化轉型。
在總結武漢工廠的數字化轉型時李聰說：“數字化轉型和智能制造轉型，更多的是在非常堅實的精益運營管理基礎之上的數字化轉型，而不是一個充滿了浪費的數字化和系統化。”
2018年初，武漢工廠獲工信部認證為“綠色工廠”，被達沃斯世界經濟論壇專家委員會評為發展中的“燈塔工廠”，并入選施耐德電氣的“零碳工廠”。在施耐德電氣中國區23家工廠中，已有13家被工信部評為“綠色工廠”，14家評為施耐德電氣“零碳工廠”。
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