在全是自动化设备的工厂里，如何保障各种设备安全、有序运行？

在一个全自动化工厂里，确保所有设备都能安全、有序地运行，这可不是件简单的事。它就像一个庞大的精密仪器，每一个部件都得协调一致，才能发挥出最大效能。要做到这一点，我们得从多个维度去考量和执行。

一、基础的基石：坚固可靠的硬件与环境

首先，万丈高楼平地起，一切的有序运行都建立在设备本身的可靠性和工厂基础设施的稳固之上。

设备本身的质量与选型：选用经过严格质量控制、性能稳定的自动化设备是第一步。这不仅仅是买最贵的，而是要根据实际生产需求，选择最适合的、技术成熟的、具有良好口碑的供应商。设备的冗余设计、故障诊断能力、以及对恶劣环境的耐受性都至关重要。
严谨的安装与调试：设备从出厂到生产线上，每一步的安装都要精确到毫米。连接线路是否牢固、气动和液压系统是否密封、传感器是否准确对准目标，这些细节直接关系到设备的后续表现。调试过程更是要细致入微，模拟各种运行工况，确保设备在设计参数内稳定运行。
稳定可靠的能源供应：自动化设备高度依赖电力。工厂必须有稳定、纯净的电源，配备UPS（不间断电源）系统，以应对突发停电。变压器、配电柜、电缆等基础设施也需要定期检查和维护，防止电压不稳或线路故障。
优良的工艺环境：即使是自动化设备，也需要适宜的生存环境。温度、湿度、灰尘、甚至电磁干扰，都可能影响设备的正常工作。因此，需要建立完善的环境监测和控制系统，例如恒温恒湿车间、高效的空气过滤系统，并对可能产生电磁干扰的区域进行屏蔽。

二、智慧的守护：精密的控制系统与网络

在自动化工厂里，设备间的协调和指挥，都依赖于强大的控制系统和通信网络。

分层级、模块化的控制架构：理想的工厂控制系统是分层级的。最底层是PLC（可编程逻辑控制器）或DCS（集散控制系统），它们直接控制具体的执行单元，如电机、阀门、机械臂。往上一层是SCADA（监控与数据采集）系统，负责汇总各生产环节的数据，实现对整个生产过程的可视化监控。再往上是MES（制造执行系统），它负责生产计划的执行、资源调度、质量追溯等。这样的架构保证了系统的模块化和可扩展性。
安全可靠的通信网络：设备之间需要通过工业以太网、Profibus、Profinet等工业通信协议进行数据交换。这个网络必须是稳定、高效且具有高抗干扰能力的。网络拓扑结构的设计要考虑冗余，避免单点故障。网络安全更是重中之重，需要设置防火墙、访问控制，防止非法入侵和数据篡改。
强大的数据采集与分析能力：所有的设备都在不断地产生数据——运行状态、传感器读数、故障代码等等。这些数据是保障有序运行的关键。我们需要强大的数据采集系统，并利用大数据分析、AI算法来预测设备可能出现的故障，分析生产瓶颈，优化生产参数。
实时的状态监控与预警：通过SCADA系统，操作人员可以实时看到每一台设备的工作状态、运行参数。一旦某个参数超出正常范围，或者设备出现异常，系统会立即发出预警。这种实时的监控和预警机制，能够让我们在问题恶化前及时发现和处理。

三、人为的智慧：流程、规程与责任

尽管是全自动化，但人的管理和智慧仍然是不可或缺的。

标准化的操作规程（SOP）：即使是自动化的设备，其启停、维护、故障处理也需要有非常清晰、标准化的操作规程。这些规程必须详细到每一个步骤，明确操作人员的权限和职责。
严格的设备维护计划：自动化设备并非“一劳永逸”。预防性维护和预测性维护是保障设备长期稳定运行的关键。需要建立完善的维护计划，包括定期检查、润滑、保养、易损件更换等。利用设备运行数据和AI分析，预测故障并提前进行维护，可以最大程度地减少非计划停机。
精细化的故障诊断与排除流程：当设备出现故障时，需要有快速、准确的诊断和排除流程。这需要操作人员和维护人员具备扎实的专业知识和技能。建立一个故障代码库和相应的处理指南，能够大大提高故障排除的效率。
明确的责任划分与权限管理：谁负责监控？谁负责维护？谁有权限对设备进行操作？明确的责任划分和严格的权限管理，能够避免混乱和操作失误。通过系统设置，限制不具备操作权限的人员对关键设备的控制。
持续的培训与技能提升：随着技术的不断发展，操作人员和维护人员的技能也需要不断更新。定期的培训，包括新的设备操作、故障排除技巧、安全规程等，是确保团队能够应对各种情况的关键。

四、安全是生命线：多层次的安全防护

在自动化工厂里，安全更是重中之重，它体现在每一个环节。

物理安全防护：机械臂、传送带等活动部件需要设置防护罩、安全门、光栅传感器等。这些安全装置在检测到有人或障碍物进入危险区域时，会立即触发急停。
电气安全：配电系统、控制柜都必须符合电气安全标准，有良好的接地、绝缘保护。操作人员在进行电气维护时，必须严格遵守断电操作规程。
过程安全：对于涉及高温、高压、易燃易爆的生产过程，需要有更严格的安全措施，例如防爆设备、泄压阀、气体泄漏检测报警系统等。
网络安全：如前所述，防止网络攻击和数据泄露，保障控制系统的完整性，是过程安全的重要组成部分。
应急响应预案：即使做足了预防，也需要准备好应对各种紧急情况的预案，例如火灾、爆炸、设备失控等。预案中需要明确疏散路线、急救措施、消防设备使用方法、以及故障设备的安全隔离措施。

总结来说，一个全自动化工厂的设备能够安全、有序运行，靠的是：

扎实的硬件基础：好的设备、好的安装、好的环境。
智慧的控制大脑：精密的系统、稳定的网络、数据的支撑。
灵敏的传感神经：实时监控、及时反馈。
严谨的管理流程：标准、维护、培训、责任。
无处不在的安全意识：从物理到数据，全方位的防护。

这就像一个高度协同的生命体，每一个系统都在为整体的健康运行贡献力量。只有将这些方面都做到极致，才能让自动化工厂在高效运转的同时，始终保持安全与有序。

网友意见

当看见题主的提问时，我的内心独白大概是这样的：第一秒，这大概又是一个和设备硬件、实施规划等相关的问题……第二秒，唉，没啥好说的，撤了，撤了……第三秒，好像……IT运维团队也能插上话吧？毕竟其他回答都和硬件相关！经过三秒漫长的内心挣扎，我决定站出来，为广大的运维同胞们发发声！本文主要从信息安全及工厂数字化两方面回答问题。

SEWC（西门子工业自动化产品成都工厂）作为2018年全球九大「灯塔工厂」^[1]之一的工厂，同时也是西门子在中国建立的首家数字化工厂，五年间，在数字化和自动化领域取得了长足发展。KUKA机械臂、AGV小车、RPA^[2]和自动化物流等等，各种新潮产品和解决方案随处可见。那么，SEWC是如何保障各种设备安全有序地进行生产的呢?

在题干「在全是自动化设备的工厂里，如何保障各种设备安全、有序运行」中有三个比较重要的点，分别为：「全是自动化设备^[3]的工厂」、「保障各种设备安全运行」和「保障各种设备有序运行」。

在回答问题之前，我们要明确一个概念「全是自动化设备 的工厂是什么样的」。「工业4.0 ^[4]」对于各位看官一定是不陌生的。实际上，全是自动化设备的工厂，就是工业4.0的产物，简单来说就是一系列机器帮你智能地干活。数字化、智能化和自动化是其最显著的特征。而题主所说的全是自动化设备的工厂，其数字化程度和自动化程度肯定是相当高的！

下面请允许我占用大家3分钟时间，用2个视频供各位感受「全是自动化设备的工厂」。

流程自动、物联网 https://www.zhihu.com/video/1133362798485630976

数字化 https://www.zhihu.com/video/1133362985165709312

相信大家观看完视频以后，一定对「全是自动化设备的工厂」有了直观感受。接下来，我将简述如何保障设备安全运行。

设备安全运行主要分为两大类：EHS（环境、健康和安全的英文首字母缩写）安全和信息安全。

EHS安全，相信各个企业都有自己的相关安全规定，如：操作规范，不安全行为零容忍等。但是，设备和人员的安全有了保障，信息的安全没有保障，后果也是不堪设想的！！！例如：前段时间全世界范围内闹的沸沸扬扬的勒索病毒WannaCry，让世界各地的各行各业、大大小小的企业以及政府部门遭受了不少损失。那么在SEWC,我们主要采取了哪些措施呢？

定期的信息安全审计。每隔一定的周期，每个系统的负责人将按照信息安全评定书（多达200条评定项目）对自己负责的系统进行信息安全等级评定，并对未达到要求的地方，制定相应的整改计划。这玩意有多让人头疼，谁做谁知道……
多重用户身份认证。我们除了最基本的windows账号认证以外，还设立了重重关卡。所有系统管理员需要登录到同一个网关，获取访问权限，然后再通过繁琐的身份认证，才有可能操作后台数据。你们以为「网管」是那么好当的吗？
为办公和生产网络进行网段隔离。简单来说，就是「不是一家人，不进一家门」，即便是门对门的「邻居」，你也不可能随意进出「邻居」家吧！
数据加密。在这里，办公电脑里的数据不能被轻易地拷贝出来。当你从电脑上拔下U盘的那一刻，U盘里的数据就被加密成「〼¢ߚᔈ乱࠵p†i尧F槽…码_T」了。
其他信息安全防护手段。当然，还有其他很多方法，都是用来加强信息安全的，想要深入了解的朋友可以参考百度百科或者wiki。

在我看来，设备有序运行就是设备按照生产计划高效运行，机器少出毛病，系统少出问题，半夜别老call我。别看只有不到三十个字，要想真正做到以上四点，可是要付出不少心血的！2018年，工厂物流轨道扩建期间，我作为物流系统的运维人员，几乎每天的日常都是：半夜手机铃响——>处理系统故障——>躺在床上数头发——>闹钟响——>上班。前段时间有句网络流行语是「你见过凌晨四点的XXX吗？」，我只想说：别问！我见过每个时间段的成都！

言归正传，保障设备有序运行是每家工厂都会面临老大难问题。为什么呢？因为每家工厂的业务流程不同、制造设备不同、管理方式不同，所以「如何保障设备有序运行」并没有一个一成不变的答案。

下面，我就以SEWC为例，来说明如何保障设备有序进行。在SEWC这样一个「灯塔工厂」里，自动化设备种类多，数量多，比如：

「自动化物流系统」

自动化仓库、自动化物流 https://www.zhihu.com/video/1133363395892928512

「机械手」

机械手 https://www.zhihu.com/video/1133363759522398208

同时，控制（这里的控制不仅指运动控制，同时包含了整个生产流程的控制）自动化设备的软件和硬件数量也不少：

相信各位通过上面的信息也看出来了，要保障各种各样的自动化设备有序稳定运行，并不是件易事。

如此多的软件和设备，如此交纵错杂的流程，其有序、稳定的运行，还是得响应「两条腿走路」方针——“IT运维”和“设备运维”协同作战。以下是我们为了保障设备有序、稳定运行采取的主要措施：

「IT将复杂的业务流程透明化、明确化、自动化」。试想一下，业务流程没有明确的流程，生产中出现的与业务部门相干的问题该如何处理呢？如此一来，正常的生产活动自是无法有序开展。为此，我们开发了自己的工作流平台，在这里，每个流程的走向都十分明确。同时，业务发起人也能清楚的看到每个流程的处理人及处理用时。如此透明的流程和省时的审批过程，不仅将业务流程规范化、透明化，同时也提高了沟通效率。例如，我在今年提交了一份精益改善的想法,前三个流程都已经得到了流程负责人的同意，目前就只剩最后一步没有得到审批了，如下图1-2所示。

Workflow Platform

为了满足柔性生产模式的原材料需求，我们建立了自动化物流系统。为了保障物流轨道的有序运行，硬件工程师利用WinCC(视窗控制中心)开发了「物流轨道硬件监控系统」，遇到硬件故障时，对应区域就会变为红色，并将报错信息输出。当设备运维人员看到报警时，就能立即前往故障发生地对故障进行处理。

WinCC

「IT联合设备运维团队开发OEE（设备综合效率）系统」用来监控生产设备的运行状况，当设备停止生产时，停止生产的时间段的状态则会在OEE中显示为红色,当工程师状态栏中有红色的区域时,需要及时维护导致设备停机的原因。工程师还可以通过左侧的Ticket系统查看导致设备停机的历史记录，从而快速定位生产效率下降的原因。

SEWC OEE System

这套SEWC自主开发的OEE系统，应该算得上是一个技术亮点了。在以往的生产活动中，除了做设备常规保养以外，时而发生的零件故障会导致设备停工。而这一停，要少生产多少产品，少赚多少钱呢！！！老板可不开心了。怎么才能减少甚至消灭此类问题呢？于是乎，IT、生产部门、设备运维团队和精益生产部门聚在一起，大家天马行空、集思广益，终于研究出了一套解决方案——开发OEE系统监测设备运行状态。于是乎，机台工程师开始琢磨设备运行状态的数据采集，IT则根据生产部门对设备状态的判断进行一系列的算法和架构设计，精益生产部门则负责对OEE的计算模型进行反复验证及优化。经过半年时间，一套初具雏形的OEE系统开发完成（界面比现在丑了不是一星半点）。机台工程师将每分钟的设备运行状态存储在指定位置，OEE系统则每隔一定时间，前往指定位置获取设备运行状态，同时对以获取到的设备状态进行实时计算（若干分钟内，只要设备状态没有超过规定时间，则设备状态被视为正常运行），然后将实时运算所得结果，以横向条形统计图呈现。当出现非正常状态时，设备运维团队点击该时间段，对故障原因进行记录。由于OEE采用了具有数据缓存功能的表结构设计、微服务技术架构，因此，任何意外的系统宕机都不会对原始数据产生任何影响。于此同时，数据分析系统会对故障记录进行分析，对可能出现的设备故障进行预测。

「IT联合业务部门开发报表平台」将业务数据分析、IT设施设备性能监控、生产数据分析等功能集于一身，从而使得业务部门能够制定更高效的流程，IT运维和设备运维能够提前发现潜在问题，避免将来可能发生的停机。

SEWC Tool Box

「IT开发Ticket系统」帮助我们记录并统计系统出现问题时的根本原因。每月进行一次统计，对当月出现频率较高的软件故障，从业务流程、软件自身原因两个维度进行分析，并制定可行的解决方案。

在Ticket系统中，系统管理员需要记录详细的系统故障原因以及处理过程。

综上，在自动化工厂里，要想保障各种设备安全、有序运行，并不是靠某一两个部门就能实现的，也不是一朝一夕就能做得面面俱到的。它需要各个部门积极配合，需要集思广益、不断探索！当然，最重要的是离不开那些在坚持在一线，默默付出的运维人员~

最后,感谢SEWC BE – Han Ting Ting为本稿提供的素材，感谢SEWC IT – Yang Jian对本稿技术细节审核，编辑@Yang Qi Sen对本文提出的修改意见。

本文由西门子工程师撰文回答，希望对题主和关注这个话题的知友们提供帮助

特别鸣谢本文作者：

西门子工业自动化产品（成都）有限公司

IT物流工程师：时英舰 @时英舰

本账号为西门子中国的官方知乎账号。西门子是全球领先的技术企业，创立于1847年，业务遍及全球200多个国家，专注于电气化、自动化和数字化领域。我们希望与你一同分享这些领域的知识与新科技，欢迎你的提问。此外，我们并不卖家电:)

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参考

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