未來製造 數字之道——西門子的數字化體驗
自古以來,有著“天府之國”美(mei)譽(yu)的(de)成(cheng)都(dou)就(jiu)是(shi)個(ge)享(xiang)受(shou)安(an)逸(yi)生(sheng)活(huo)的(de)好(hao)地(di)方(fang)。安(an)逸(yi)的(de)生(sheng)活(huo)也(ye)許(xu)是(shi)一(yi)眾(zhong)好(hao)友(you)相(xiang)邀(yao)打(da)上(shang)一(yi)局(ju)酣(han)暢(chang)淋(lin)漓(li)的(de)麻(ma)將(jiang),或(huo)三(san)五(wu)成(cheng)群(qun)在(zai)寬(kuan)窄(zhai)巷(xiang)子(zi)的(de)燈(deng)影(ying)交(jiao)錯(cuo)間(jian)對(dui)飲(yin)一(yi)杯(bei)清(qing)茶(cha)。然(ran)而(er)在(zai)安(an)逸(yi)之(zhi)外(wai),成(cheng)都(dou)也(ye)不(bu)斷(duan)發(fa)生(sheng)著(zhe)變(bian)化(hua),國(guo)家(jia)“西部大開發”戰略啟動後的十餘年間,它已成長為地區生產總值近萬億元的經濟強市。據統計,已有200餘家世界500強企業在成都落戶,製造業、電子信息產業的崛起為這座城市增添了科技的標簽。

在這座快速發展的城市中感受到科技為工業帶來的變化並不難。在成都高新西區,有一座看起來“不起眼”的工廠。它外觀低調樸素,內部卻隱藏著巨大玄機。全廠內實現了從管理、產品研發、生產到物流配送全過程的數字化, 並且通過信息技術,與德國生產基地和美國的研發中心進行數據互聯。它是一個完整的數字化企業平台——西門子工業自動化產品成都生產研發基地(以下簡稱“西門子成都工廠”)。

說起“數字化”,其實並不難理解。在西門子成都工廠研發生產一件新產品,它都會擁有自己的數據信息。這些數據信息在研發、生產、物流的各個環節中被不斷豐富,實時保存在一個數據平台中。而這座工廠的運行,都是基於這些數據基礎,ERP、PLM(產品全生命周期管理係統)、MES(製造執行係統)、控製係統及供應鏈管理,全部實現了無縫的信息互聯,從而造就出了一幅透明工廠的畫麵。

更精彩的是,這個工廠的絕大多數技術來自西門子自身,可謂一座“自己生產自己”的工廠。
數字化研發:協同快速
成都工廠承擔著西門子全球工業自動化產品研發的角色。之所以能勝任,與NX及Teamcenter等西門子PLM數字化解決方案的全麵應用不無關係。研發也是數字化工廠“數據鏈條”deqidian,youyanfahuanjiechanshengdeshujujiangzaigongchangdegegexitongjianshishichuandi,shujudetongbugengxinbimianlechuantongzhizaoqiyejingchangchuxiandeyouyugoutongbuchangchanshengdechacuo,yeshidegongchangdexiaolvdadatisheng。youshujutongji,youyushuzihuagongchangxietongkuaisudeyanfa,kejiangchanpindeshangshishijiansuoduan50%。
由西門子成都工廠研發的新產品誕生於西門子PLM的產品開發解決方案NX軟ruan件jian。它ta支zhi持chi產chan品pin開kai發fa中zhong從cong設she計ji到dao工gong程cheng和he製zhi造zao的de各ge個ge方fang麵mian,並bing集ji成cheng了le多duo學xue科ke仿fang真zhen,還hai能neng夠gou提ti供gong全quan係xi列lie先xian進jin零ling部bu件jian製zhi造zao應ying用yong的de解jie決jue方fang案an,這zhe是shi其qi他ta計ji算suan機ji輔fu助zhu設she計ji軟ruan件jian所suo無wu法fa實shi現xian的de。研yan發fa部bu門men的de工gong程cheng師shi們men可ke以yi通tong過guoNX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“可見即可得”。由於NX軟件的應用而實現的數字化設計,可以大大縮短產品從設計到分析的迭代周期,也減少了多達90%的編程時間。產品開發的時間也就相應縮短了。
在NX軟件中完成設計的產品,都會帶著專屬於自己的數據信息繼續“生產旅程”。這些數據一方麵通過CAM(計算機輔助製造係統)向生產線上傳遞,為完成接下來的製造過程做準備,另一方麵也被同時“寫”進數字化工廠的數據中心——Teamcenter軟件中,供質量、采(cai)購(gou)和(he)物(wu)流(liu)等(deng)部(bu)門(men)共(gong)享(xiang)。采(cai)購(gou)部(bu)門(men)會(hui)依(yi)據(ju)產(chan)品(pin)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)采(cai)購(gou),質(zhi)量(liang)部(bu)門(men)會(hui)依(yi)據(ju)產(chan)品(pin)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)驗(yan)收(shou),物(wu)流(liu)部(bu)門(men)則(ze)是(shi)依(yi)據(ju)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)進(jin)行(xing)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)確(que)認(ren)。
共享的數據庫是Teamcenter的最大特點。當質量、采購、物(wu)流(liu)等(deng)不(bu)同(tong)部(bu)門(men)調(tiao)用(yong)數(shu)據(ju)時(shi),他(ta)們(men)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)共(gong)享(xiang)的(de)文(wen)檔(dang)庫(ku),並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)主(zhu)幹(gan)快(kuai)速(su)地(di)連(lian)接(jie)到(dao)各(ge)責(ze)任(ren)方(fang)。即(ji)使(shi)數(shu)據(ju)發(fa)生(sheng)更(geng)新(xin),不(bu)同(tong)的(de)部(bu)門(men)也(ye)都(dou)能(neng)第(di)一(yi)時(shi)間(jian)得(de)到(dao)最(zui)新(xin)的(de)數(shu)據(ju),這(zhe)就(jiu)使(shi)得(de)西(xi)門(men)子(zi)成(cheng)都(dou)工(gong)廠(chang)研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang)變(bian)得(de)簡(jian)單(dan)、高效了許多,避免了傳統研發製造企業的研發和生產環節或不同部門之間由於數據平台不同造成的信息傳輸壁壘。
數字化生產:輕鬆高效
王雲龍畢業於成都某院校的電子信息專業,是西門子成都工廠PLC(可編程控製器)裝(zhuang)配(pei)工(gong)位(wei)上(shang)的(de)一(yi)名(ming)普(pu)通(tong)員(yuan)工(gong)。對(dui)比(bi)身(shen)邊(bian)的(de)大(da)多(duo)數(shu)同(tong)事(shi)來(lai)說(shuo),他(ta)還(hai)算(suan)個(ge)新(xin)人(ren),但(dan)這(zhe)份(fen)工(gong)作(zuo)對(dui)於(yu)他(ta)來(lai)說(shuo)並(bing)不(bu)複(fu)雜(za),得(de)益(yi)於(yu)西(xi)門(men)子(zi)數(shu)字(zi)化(hua)企(qi)業(ye)平(ping)台(tai)的(de),將(jiang)枯(ku)燥(zao)的(de)製(zhi)造(zao)生(sheng)產(chan)變(bian)得(de)輕(qing)鬆(song)。
每天由西門子MES係統生成的電子任務單都會顯示在王雲龍工作台前方的電腦顯示屏上,實時的數據交換間隔小於1秒,這就意味著他隨時可以看到最新的版本。西門子MES係統SIMATIC IT包攬了傳統製造企業生產計劃調度的職能。沒有了人工抄寫的任務單,省去了不同產線交流的複雜環節。生產訂單由MES統一下達,在與ERP係統高度的集成之下,可以實現生產計劃、物料管理等數據的實時傳送。此外,SIMATIC IT還集成了工廠信息管理、生產維護管理、物料追溯和管理、設備管理、品質管理、製造KPI分析等多種功能,可以保證工廠管理與生產的高度協同。
在王雲龍的工作台上有5個(ge)不(bu)同(tong)的(de)零(ling)件(jian)盒(he),每(mei)個(ge)零(ling)件(jian)盒(he)上(shang)都(dou)配(pei)有(you)指(zhi)示(shi)燈(deng)。當(dang)自(zi)動(dong)引(yin)導(dao)小(xiao)車(che)送(song)來(lai)一(yi)款(kuan)待(dai)裝(zhuang)配(pei)的(de)產(chan)品(pin)時(shi),電(dian)腦(nao)顯(xian)示(shi)屏(ping)上(shang)會(hui)出(chu)現(xian)它(ta)的(de)信(xin)息(xi),相(xiang)應(ying)所(suo)需(xu)零(ling)件(jian)盒(he)上(shang)的(de)指(zhi)示(shi)燈(deng)亮(liang)起(qi),王(wang)雲(yun)龍(long)就(jiu)知(zhi)道(dao)該(gai)安(an)裝(zhuang)什(shen)麼(me)零(ling)件(jian)了(le)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)掃(sao)描(miao)了(le)產(chan)品(pin)的(de)條(tiao)碼(ma)信(xin)息(xi),並(bing)將(jiang)數(shu)據(ju)實(shi)時(shi)傳(chuan)輸(shu)到(dao)了(le)MES係統,MES係統再通過與西門子TIA(全集成自動化係統)的互聯操縱零件盒指示燈,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品“柔性”生產的需求(即在一條生產線上同時生產多種產品),有了指示燈的幫助,即使換另外一種產品王雲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。西門子用可編程控製器(PLC)來引導生產流程,用視覺係統來識別質量、用自動引導小車來傳遞產品。通過PROFINET現場總線連接並傳送數據,不僅使人的工作變輕鬆了,更能確保生產各環節的可靠、靈活與高效。
西門子成都工廠總經理Andreas Bukenberger針對高效生產給出了具體的數字:“成都工廠產品的一次通過率(FPY)可達到99%以上。”
王(wang)雲(yun)龍(long)確(que)認(ren)了(le)他(ta)裝(zhuang)配(pei)好(hao)的(de)產(chan)品(pin),按(an)下(xia)工(gong)作(zuo)台(tai)上(shang)的(de)一(yi)個(ge)按(an)鈕(niu),自(zi)動(dong)化(hua)流(liu)水(shui)線(xian)上(shang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)就(jiu)會(hui)掃(sao)描(miao)產(chan)品(pin)的(de)條(tiao)碼(ma)信(xin)息(xi),記(ji)錄(lu)它(ta)在(zai)這(zhe)個(ge)工(gong)位(wei)的(de)數(shu)據(ju)。MES係統SIMATIC IT將以該數據作為判斷基礎,向控製係統下達指令,指揮小車將它送去下一個目的地。”
在到達下一個工序前,產品要通過“嚴格”的檢驗程序,以可編程控製器(PLC)產品為例,在整個生產過程中針對該類產品的質量檢測節點就超過20個。視覺檢測是數字化工廠特有的質量檢測方法,相機會拍下產品的圖像與Teamcenter數據平台中的正確圖像作比對,一點小小的瑕疵都逃不過SIMATIC IT品質管理模塊的“眼睛”。對比傳統製造企業的人工抽檢,這顯然要可靠又快速得多。”
在經過多次裝配並接受過多道質量檢測後,成品將被送到包裝工位。再經過人工包裝、裝箱等環節,一箱包裝好的自動化產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。”
zheyangyigewanzhengdeshengchanhuanjie,zaichuantongdezhizaoqiyeyaotongguojishishenzhishangbairendeshouquwancheng,erzaiximenzichengdougongchangdechejiannei,quekanbujianmijideliushuixianyuangong,daduoshudegongxudoushizidongwanchengde。”
利用西門子PLM和MES的信息互聯,西門子還可以根據物料儲備、交貨時間等信息,在全球的工廠之間實時調配生產計劃,以達到資源利用和物料配送的最佳組合。”
Bukenberger說:“應用了西門子數字化企業平台解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠比較,產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製造工廠(EWA)目前可實現年產零部件100萬件,即平均1秒生產一個產品,未來的成都工廠將有望衝擊這一紀錄。”
數字化物流:精準有序
shuodaoximenzichengdougongchanglingrenjingtanzhichu,budebutidaoqijingzhunyouxudeshuzihuawuliuxitong。xiangwangyunlongzheyangdezhuangpeishengchanxianyuangong,zaixuyaowuliaoshishenzhidoububizhuanshen,zhiyaoqingchugongzuotaishangdediannaoxianshiping,sansifenzhonghou,tasuoxudewuliaojiuhuibeizhunquedicongchejiandewuliaozhongjiankuzhongshuchu,bingsongdaotamianqian。”
這一流暢的自動化物流過程背後,是被稱為“自動交通”的物料輸送環節。自動化流水線上的傳感器會對引導小車上產品的條碼進行掃描,掃描得到的數據就會告訴“軟件係統”在該裝配環節需要的物料是什麼,員工按動按鈕,物料就會從物料庫自動輸送出,並通過流水線上傳感器的“指揮”,送到指定位置,這一過程是“全透明”且不需要人工幹預的。”這其中發揮作用的是ERP、西門子MES係統SIMATIC IT以yi及ji西xi門men子zi倉cang庫ku管guan理li軟ruan件jian。而er這zhe一yi切qie,如ru果guo在zai傳chuan統tong製zhi造zao企qi業ye,都dou是shi要yao靠kao員yuan工gong看kan任ren務wu單dan並bing親qin自zi去qu物wu料liao庫ku中zhong選xuan取qu完wan成cheng的de。員yuan工gong不bu但dan要yao頻pin繁fan往wang返fan於yu工gong位wei和he庫ku存cun地di點dian,還hai難nan免mian因yin為wei看kan錯cuo任ren務wu單dan而er造zao成cheng效xiao率lv低di下xia;當任務單出現更新時,也難保證第一時間告知員工。”
物料中間庫是車間內物料的中轉站,其中的物料是依據精益生產的“以需定產”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”的de概gai念nian,即ji在zai生sheng產chan流liu程cheng的de各ge工gong序xu,隻zhi在zai需xu要yao時shi收shou到dao貨huo品pin,零ling售shou商shang也ye隻zhi會hui在zai收shou到dao顧gu客ke實shi際ji需xu要yao數shu量liang時shi才cai會hui從cong供gong貨huo商shang那na裏li進jin貨huo。通tong過guo這zhe種zhong管guan理li,可ke以yi保bao證zheng工gong廠chang能neng夠gou“適時、適量、在適當地點生產出質量完善的產品”。”
gengdapidewuliaocunchuzaibujujincoudegaohuojialiticangkuzhong。caigoudewuliaojingguozhiliangjianyanzhihoudouhuichucunzaizheli,bingtongguoliangzuoshengjiangtiyuchejianxianglian。cangkugongyoujin3萬個物料存放盒,物料的存取並不用叉車搬運,而是通過“堆取料機”yongshuzidingweidemoshijinxingzhuaqu,bubikaolvchachetongguodejuli,wuliaokudeshejigengjincou,jieyuelecangkudekongjian。kongyudekongjian,zeweiximenzichengdougongchangdekuochanliuchulechongzudezhunbei。”
數字化企業:製造業未來
在製造業彙聚的成都高新西區,許多企業都麵臨著相似的挑戰:當低廉的勞動力成本不能再作為“中國製造”在全球市場上的優勢標簽,製造企業對於變革的需求更為迫切。”
為在激烈的全球競爭中保持優勢,製造企業要最大化利用資源,將生產變得更加高效;為適應不斷變化的客戶需求,製造企業必須盡可能地縮短產品上市時間,對市場的響應更加快速;為滿足市場多元化的需求,製造企業還要快速實現各環節的靈活變動,將生產變得更加柔性。而高效、快速、柔(rou)性(xing),正(zheng)是(shi)數(shu)字(zi)化(hua)企(qi)業(ye)為(wei)製(zhi)造(zao)業(ye)帶(dai)來(lai)的(de)最(zui)大(da)變(bian)化(hua)。西(xi)門(men)子(zi)成(cheng)都(dou)工(gong)廠(chang)這(zhe)樣(yang)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)企(qi)業(ye)的(de)出(chu)現(xian),為(wei)未(wei)來(lai)中(zhong)國(guo)製(zhi)造(zao)的(de)變(bian)革(ge)方(fang)向(xiang)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)良(liang)好(hao)的(de)參(can)考(kao)。”
數據顯示,通過數字化的工廠規劃,可以減少產品上市時間至少30%;通過優化規劃質量,可以降低製造成本13%。而在新產品上市比例、設備生產效率、產品交付能力及營運利潤率等多個方麵,數字化工廠的指標均遠遠高於傳統製造企業。”
shuzihuazhizaodailaidebuzhishixuanmudekeji,haiyoushishizaizaideshouyi,yijizhichengqiyechangyuanfazhandejingzhengli。zhejiangchengweiweilaizhongguozhizaokechixufazhandegenbensuozai。”
ximenzigongyeliyongqizaishuzihuaqiyepingtaifangmiandejishuyoushiyufengfujingyan,zhengzaibangzhuzhongguodezhizaoqiyeshixianzhezhechangzhuanxing,jiangjixuyingxiangzhezhongguozhizao。ximenzichengdougongchangzhishiyigesuoying,zhongguozhizaoyedeshuzihualantuzhengmanmanzhankai。”

