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未來制造 數(shù)字之道

——西門子的數(shù)字化體驗

 自古以來，有著“天府之國”美譽的成都就是個享受安逸生活的好地方。安逸的生活也許是一眾好友相邀打上一局酣暢淋漓的，或三五成群在寬窄巷子的燈影交錯間對飲一杯清茶。然而在安逸之外，成都也不斷發(fā)生著變化，國家“西部大開發(fā)”戰(zhàn)略啟動后的十余年間，它已成長為地區(qū)生產(chǎn)總值近萬億元的經(jīng)濟強市。據(jù)統(tǒng)計，已有200余家世界500強企業(yè)在成都落戶，制造業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)的崛起為這座城市增添了科技的標簽。

在這座快速發(fā)展的城市中感受到科技為工業(yè)帶來的變化并不難。在成都高新西區(qū)，有一座看起來“不起眼”的工廠。它外觀低調(diào)樸素，內(nèi)部卻隱藏著巨大。全廠內(nèi)實現(xiàn)了從管理、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化, 并且通過信息技術，與德國生產(chǎn)基地和美國的研發(fā)中心進行數(shù)據(jù)互聯(lián)。它是一個完整的數(shù)字化企業(yè)平臺——西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡稱“西門子成都工廠”）。

說起“數(shù)字化”，其實并不難理解。在西門子成都工廠研發(fā)生產(chǎn)一件新產(chǎn)品，它都會擁有自己的數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)信息在研發(fā)、生產(chǎn)、物流的各個環(huán)節(jié)中被不斷豐富，實時保存在一個數(shù)據(jù)平臺中。而這座工廠的運行，都是基于這些數(shù)據(jù)基礎，ERP、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)及供應鏈管理，全部實現(xiàn)了無縫的信息互聯(lián)，從而造就出了一幅透明工廠的畫面。

更精彩的是，這個工廠的絕大多數(shù)技術來自西門子自身，可謂一座“自己生產(chǎn)自己”的工廠。

數(shù)字化研發(fā)：協(xié)同快速

成都工廠承擔著西門子全球工業(yè)自動化產(chǎn)品研發(fā)的角色。之所以能勝任，與NX及Teamcenter等西門子PLM數(shù)字化解決方案的全面應用不無關系。研發(fā)也是數(shù)字化工廠“數(shù)據(jù)鏈條”的起點，由研發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將在工廠的各個系統(tǒng)間實時傳遞，數(shù)據(jù)的同步更新避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于溝通不暢產(chǎn)生的差錯，也使得工廠的效率大大提升。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由于數(shù)字化工廠協(xié)同快速的研發(fā)，可將產(chǎn)品的上市時間縮短50%。

由西門子成都工廠研發(fā)的新產(chǎn)品誕生于西門子PLM的產(chǎn)品開發(fā)解決方案NX軟件。它支持產(chǎn)品開發(fā)中從設計到工程和制造的各個方面，并集成了多學科仿真，還能夠提供全系列*零部件制造應用的解決方案，這是其他計算機輔助設計軟件所無法實現(xiàn)的。研發(fā)部門的工程師們可以通過NX軟件進行模擬設計，還可以在設計過程中進行模擬組裝，真正實現(xiàn)“可見即可得”。由于NX軟件的應用而實現(xiàn)的數(shù)字化設計，可以大大縮短產(chǎn)品從設計到分析的迭代周期，也減少了多達90%的編程時間。產(chǎn)品開發(fā)的時間也就相應縮短了。

在NX軟件中完成設計的產(chǎn)品，都會帶著專屬于自己的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)“生產(chǎn)旅程”。這些數(shù)據(jù)一方面通過CAM（計算機輔助制造系統(tǒng)）向生產(chǎn)線上傳遞，為完成接下來的制造過程做準備，另一方面也被同時“寫”進數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)中心——Teamcenter軟件中，供質(zhì)量、采購和物流等部門共享。采購部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進行零部件的采購，質(zhì)量部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進行驗收，物流部門則是依據(jù)數(shù)據(jù)信息進行零部件的確認。

共享的數(shù)據(jù)庫是Teamcenter的最大特點。當質(zhì)量、采購、物流等不同部門調(diào)用數(shù)據(jù)時，他們使用的是共享的文檔庫，并且通過主干快速地連接到各責任方。即使數(shù)據(jù)發(fā)生更新，不同的部門也都能*時間得到的數(shù)據(jù)，這就使得西門子成都工廠研發(fā)團隊的工作量變得簡單、高效了許多，避免了傳統(tǒng)研發(fā)制造企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)或不同部門之間由于數(shù)據(jù)平臺不同造成的信息傳輸壁壘。

數(shù)字化生產(chǎn)：輕松高效

王云龍畢業(yè)于成都某院校的電子信息專業(yè)，是西門子成都工廠PLC（可編程控制器）裝配工位上的一名普通員工。對比身邊的大多數(shù)同事來說，他還算個新人，但這份工作對于他來說并不復雜，得益于西門子數(shù)字化企業(yè)平臺的，將枯燥的制造生產(chǎn)變得輕松。

每天由西門子MES系統(tǒng)生成的電子任務單都會顯示在王云龍工作臺前方的電腦顯示屏上，實時的數(shù)據(jù)交換間隔小于1秒，這就意味著他隨時可以看到的版本。西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT包攬了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)計劃調(diào)度的職能。沒有了人工抄寫的任務單，省去了不同產(chǎn)線交流的復雜環(huán)節(jié)。生產(chǎn)訂單由MES統(tǒng)一下達，在與ERP系統(tǒng)高度的集成之下，可以實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、物料管理等數(shù)據(jù)的實時傳送。此外，SIMATIC IT還集成了工廠信息管理、生產(chǎn)維護管理、物料追溯和管理、設備管理、品質(zhì)管理、制造KPI分析等多種功能，可以保證工廠管理與生產(chǎn)的高度協(xié)同。

在王云龍的工作臺上有5個不同的零件盒，每個零件盒上都配有指示燈。當自動引導小車送來一款待裝配的產(chǎn)品時，電腦顯示屏上會出現(xiàn)它的信息，相應所需零件盒上的指示燈亮起，王云龍就知道該安裝什么零件了。這是由于傳感器掃描了產(chǎn)品的條碼信息，并將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)搅薓ES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)再通過與西門子TIA（全集成自動化系統(tǒng)）的互聯(lián)操縱零件盒指示燈，從而代替人完成了思考的過程。這種設計可以滿足自動化產(chǎn)品“柔性”生產(chǎn)的需求（即在一條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)多種產(chǎn)品），有了指示燈的幫助，即使換另外一種產(chǎn)品王云龍也不會怕裝錯零件了。

西門子全集成自動化解決方案（TIA）在很大程度上替代了人類的大腦、視覺和手臂。西門子用可編程控制器（PLC）來引導生產(chǎn)流程，用視覺系統(tǒng)來識別質(zhì)量、用自動引導小車來傳遞產(chǎn)品。通過PROFINET現(xiàn)場總線連接并傳送數(shù)據(jù)，不僅使人的工作變輕松了，更能確保生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的可靠、靈活與高效。

西門子成都工廠總經(jīng)理Andreas Bukenberger針對高效生產(chǎn)給出了具體的數(shù)字：“成都工廠產(chǎn)品的一次通過率（FPY）可達到99%以上。”

王云龍確認了他裝配好的產(chǎn)品，按下工作臺上的一個按鈕，自動化流水線上的傳感器就會掃描產(chǎn)品的條碼信息，記錄它在這個工位的數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)SIMATIC IT將以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎，向控制系統(tǒng)下達指令，指揮小車將它送去下一個目的地。”

在到達下一個工序前，產(chǎn)品要通過“嚴格”的檢驗程序，以可編程控制器（PLC）產(chǎn)品為例，在整個生產(chǎn)過程中針對該類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測節(jié)點就超過20個。視覺檢測是數(shù)字化工廠*的質(zhì)量檢測方法，相機會拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像作比對，一點小小的瑕疵都逃不過SIMATIC IT品質(zhì)管理模塊的“眼睛”。對比傳統(tǒng)制造企業(yè)的人工抽檢，這顯然要可靠又快速得多。”

在經(jīng)過多次裝配并接受過多道質(zhì)量檢測后，成品將被送到包裝工位。再經(jīng)過人工包裝、裝箱等環(huán)節(jié)，一箱包裝好的自動化產(chǎn)品就會通過升降梯和傳送帶被自動運達物流中心或立體倉庫。”

這樣一個完整的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的制造企業(yè)要通過幾十甚至上百人的手去完成，而在西門子成都工廠的車間內(nèi)，卻看不見密集的流水線員工，大多數(shù)的工序都是自動完成的。”

利用西門子PLM和MES的信息互聯(lián)，西門子還可以根據(jù)物料儲備、交貨時間等信息，在全球的工廠之間實時調(diào)配生產(chǎn)計劃，以達到資源利用和物料配送的組合。”

Bukenberger說：“應用了西門子數(shù)字化企業(yè)平臺解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠比較，產(chǎn)品的交貨時間縮短了50%。”而西門子成都工廠的姊妹工廠——西門子德國安貝格電子制造工廠（EWA）目前可實現(xiàn)年產(chǎn)零部件100萬件，即平均1秒生產(chǎn)一個產(chǎn)品，未來的成都工廠將有望沖擊這一紀錄。”

數(shù)字化物流：精準有序

說到西門子成都工廠令人驚嘆之處，不得不提到其精準有序的數(shù)字化物流系統(tǒng)。像王云龍這樣的裝配生產(chǎn)線員工，在需要物料時甚至都不必轉(zhuǎn)身，只要輕觸工作臺上的電腦顯示屏，三四分鐘后，他所需的物料就會被準確地從車間的物料中間庫中輸出，并送到他面前。”

這暢的自動化物流過程背后，是被稱為“自動交通”的物料輸送環(huán)節(jié)。自動化流水線上的傳感器會對引導小車上產(chǎn)品的條碼進行掃描，掃描得到的數(shù)據(jù)就會告訴“軟件系統(tǒng)”在該裝配環(huán)節(jié)需要的物料是什么，員工按動按鈕，物料就會從物料庫自動輸送出，并通過流水線上傳感器的“指揮”，送到位置，這一過程是“全透明”且不需要人工干預的。”這其中發(fā)揮作用的是ERP、西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT以及西門子倉庫管理軟件。而這一切，如果在傳統(tǒng)制造企業(yè)，都是要靠員工看任務單并親自去物料庫中選取完成的。員工不但要頻繁往返于工位和庫存地點，還難免因為看錯任務單而造成效率低下；當任務單出現(xiàn)更新時，也難保證*時間告知員工。”

物料中間庫是車間內(nèi)物料的中轉(zhuǎn)站，其中的物料是依據(jù)精益生產(chǎn)的“以需定產(chǎn)”的原則，每天從物料倉庫中提取出備用的。這其中就不得不提到“拉式生產(chǎn)”的概念，即在生產(chǎn)流程的各工序，只在需要時收到貨品，零售商也只會在收到顧客實際需要數(shù)量時才會從供貨商那里進貨。通過這種管理，可以保證工廠能夠“適時、適量、在適當?shù)攸c生產(chǎn)出質(zhì)量完善的產(chǎn)品”。”

更大批的物料存儲在布局緊湊的高貨架立體倉庫中。采購的物料經(jīng)過質(zhì)量檢驗之后都會儲存在這里，并通過兩座升降梯與車間相連。倉庫共有近3萬個物料存放盒，物料的存取并不用叉車搬運，而是通過“堆取料機”用數(shù)字定位的模式進行抓取，不必考慮叉車通過的距離，物料庫的設計更緊湊，節(jié)約了倉庫的空間?？沼嗟目臻g，則為西門子成都工廠的擴產(chǎn)留出了充足的準備。”

數(shù)字化企業(yè)：制造業(yè)未來

在制造業(yè)匯聚的成都高新西區(qū)，許多企業(yè)都面臨著相似的挑戰(zhàn)：當?shù)土膭趧恿Τ杀静荒茉僮鳛?ldquo;中國制造”在全球市場上的優(yōu)勢標簽，制造企業(yè)對于變革的需求更為迫切。”

為在激烈的全球競爭中保持優(yōu)勢，制造企業(yè)要最大化利用資源，將生產(chǎn)變得更加高效；為適應不斷變化的客戶需求，制造企業(yè)必須盡可能地縮短產(chǎn)品上市時間，對市場的響應更加快速；為滿足市場多元化的需求，制造企業(yè)還要快速實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的靈活變動，將生產(chǎn)變得更加柔性。而高效、快速、柔性，正是數(shù)字化企業(yè)為制造業(yè)帶來的最大變化。西門子成都工廠這樣的數(shù)字化企業(yè)的出現(xiàn)，為未來中國制造的變革方向提供了一個良好的參考。”

數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)字化的工廠規(guī)劃，可以減少產(chǎn)品上市時間至少30%；通過優(yōu)化規(guī)劃質(zhì)量，可以降低制造成本13%。而在新產(chǎn)品上市比例、設備生產(chǎn)效率、產(chǎn)品交付能力及營運利潤率等多個方面，數(shù)字化工廠的指標均遠遠高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。”

數(shù)字化制造帶來的不只是炫目的科技，還有實實在在的收益，以及支撐企業(yè)長遠發(fā)展的競爭力。這將成為未來中國制造可持續(xù)發(fā)展的根本所在。”

西門子工業(yè)利用其在數(shù)字化企業(yè)平臺方面的技術優(yōu)勢與豐富經(jīng)驗，正在幫助中國的制造企業(yè)實現(xiàn)著這場轉(zhuǎn)型，將繼續(xù)影響著中國制造。西門子成都工廠只是一個縮影，中國制造業(yè)的數(shù)字化藍圖正慢慢展開。”