德國工業(yè)的樣子

邱燕娜

德國工業(yè)高度發(fā)達，世界聞名。在四川成都，也能看到德國現(xiàn)代高端工業(yè)的影子。在這里，德國工業(yè)4.0得到盡善盡美的展示。這就是幾乎拷貝了德國工業(yè)4.0示范工廠——西門子安貝格數(shù)字化工廠的西門子成都工廠。信息化是這個數(shù)字化工廠最耀眼的部分。

德國政府在2012年6月提出工業(yè)4.0愿景，目的是保持德國在全球制造業(yè)的領(lǐng)先地位。西門子是其中的領(lǐng)導(dǎo)性企業(yè)之一，西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（簡稱“西門子成都工廠”）所拷貝的西門子數(shù)字化工程安貝格工廠就是工業(yè)4.0的示范工廠。

拉式生產(chǎn)+混線生產(chǎn)

從表面上看來，位于成都高新西區(qū)的西門子成都工廠并不起眼，但是這個工廠承擔(dān)著西門子全球工業(yè)自動化產(chǎn)品研發(fā)這一重要角色。從戰(zhàn)略意義上講，西門子成都工廠是安貝格工廠的一個備份工廠，從而確保西門子能夠不間斷地為客戶提供產(chǎn)品。因此，西門子成都工廠和安貝格工廠擁有相似的流程、質(zhì)量控制和物流效率。

進入工廠的生產(chǎn)和物流區(qū)域，記者看不到像其他工廠那樣眾多工人在不同流水線上忙碌的繁忙景象，自動化生產(chǎn)線上只有屈指可數(shù)的幾個工人在有條不紊地根據(jù)眼前顯示屏上顯示的信息進行裝備。作為一個強調(diào)工程師文化的企業(yè)，西門子成都工廠的車間里邊更多的員工是在流水線邊上的工程師。

西門子成都工廠的一位負責(zé)人介紹說，擁有160多年歷史的西門子一直以來非常重視制造，目前西門子在全球擁有300多個工廠，逐漸積累了豐富的制造經(jīng)驗，形成了自己的生產(chǎn)體系，借助Siemens PLM Software（產(chǎn)品生命周期管理軟件）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和TIA（全集成自動化）產(chǎn)品來落地，并進行持續(xù)改進。比如，借助PLM的應(yīng)用實現(xiàn)設(shè)計和制造的融合，通過MES的應(yīng)用實現(xiàn)拉式生產(chǎn)和準時生產(chǎn)，借助TIA應(yīng)用實現(xiàn)看板生產(chǎn)、混線生產(chǎn)/快速換模、連續(xù)流生產(chǎn)等。

所謂拉式生產(chǎn)，指的是從市場需求出發(fā)，根據(jù)市場需求來組裝產(chǎn)品，借此拉動前面工序的零部件加工。每個生產(chǎn)部門、工序都根據(jù)后向部門和工序的需求來完成生產(chǎn)制造，同時向前向部門和工序發(fā)出生產(chǎn)指令。西門子所強調(diào)的設(shè)計和制造的融合為拉式生產(chǎn)提供支撐。

這位負責(zé)人特別強調(diào)了這其中PLM的重要性。產(chǎn)品規(guī)劃部門完成產(chǎn)品規(guī)劃后將需求提交給研發(fā)部門，研發(fā)部門完成設(shè)計后，將第一版的設(shè)計圖紙?zhí)峤唤o采購或生產(chǎn)部門，生產(chǎn)部門完成生產(chǎn)后將產(chǎn)品提交質(zhì)量部門，在這過程中還會涉及其他更多部門。

“設(shè)計圖紙永遠都不可能是最終版的?！边@個負責(zé)人說，研發(fā)部門要根據(jù)各個部門的建議對設(shè)計圖進行修改，每一次修改都會關(guān)系到相關(guān)的各個部門的業(yè)務(wù)。如果采用傳統(tǒng)的做法，各部門很難分辨出哪個版本的圖紙是最終的版本?，F(xiàn)在西門子成都工廠借助Siemens PLM Software軟件，從設(shè)計開始時相關(guān)數(shù)據(jù)就已經(jīng)通過數(shù)據(jù)平臺進行共享，不管中間經(jīng)過多少修訂環(huán)節(jié)，相關(guān)人員從后臺看到的都是最新版本。此外，研發(fā)人員還可以借助PLM系統(tǒng)進行仿真，把設(shè)計誤差消滅在研發(fā)階段。接下來，西門子成都工廠借助CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造系統(tǒng)）將這些數(shù)據(jù)傳送到機床上。這樣，西門子成都工廠就實現(xiàn)了設(shè)計、制造的融合，縮短產(chǎn)品投放市場的時間。

多品種混線生產(chǎn)是當前提高生產(chǎn)線效率、降低生產(chǎn)成本的一個有效途徑。但是，如何實現(xiàn)混線生產(chǎn)對現(xiàn)代工廠來說是一個非常大的挑戰(zhàn)。借助Siemens PLM Software 的Teamcenter軟件，西門子成都工廠就可以靈活地進行小批量、多批次生產(chǎn)，從而實現(xiàn)連續(xù)流生產(chǎn)和準時生產(chǎn)。為此，西門子成都工廠在生產(chǎn)線上部署了大量的傳感設(shè)備用于數(shù)據(jù)的采集，以及集散數(shù)據(jù)系統(tǒng)（DCS）和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)。

全程自動化

西門子成都工廠擁有完整的數(shù)字化企業(yè)平臺，可以借助全集成自動化系統(tǒng)實現(xiàn)從研發(fā)到生產(chǎn)，再到物流的全過程的自動化。來自西門子的資料稱，在30分鐘內(nèi)該工廠的物料就能根據(jù)需求從倉庫傳送到機器旁。

數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)源自研發(fā)環(huán)節(jié)。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。這些數(shù)據(jù)由Siemens PLM Software提供的產(chǎn)品開發(fā)解決方案NX產(chǎn)生。研發(fā)部門的工程師們可以通過NX在設(shè)計過程中進行仿真，從而在設(shè)計階段避免設(shè)計可能出現(xiàn)的缺陷、矛盾和不匹配，縮短多達90%的編程時間。

在NX軟件中完成設(shè)計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)一方面通過CAM向生產(chǎn)線傳遞，為完成接下來的制造做準備，另一方面同時被“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。采購部門將依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進行零部件的采購，質(zhì)量部門將依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進行驗收，物流部門則依據(jù)數(shù)據(jù)信息進行零部件的確認。

每天，西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT生成的電子任務(wù)單將傳送到流水線工人工作臺前方的電腦顯示屏上，顯示屏上的數(shù)據(jù)不到1秒時間就更新一次。SIMATIC IT不僅涵蓋了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)計劃調(diào)度職能，而且集成了工廠信息管理、生產(chǎn)維護管理、物料追溯和管理、設(shè)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。

當流水線上的自動引導(dǎo)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，裝配工人前面相應(yīng)的零件盒上的指示燈就會亮起。這時他就可以根據(jù)指示燈的指示選擇零件進行安裝。這是因為傳感器掃描了產(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)通過與西門子TIA的互聯(lián)控制零件盒的指示燈。值得一提的是，自動引導(dǎo)小車的路徑是由西門子用可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)的。該系統(tǒng)可以引導(dǎo)生產(chǎn)流程，用視覺系統(tǒng)來識別質(zhì)量，用自動引導(dǎo)小車來傳遞產(chǎn)品。

裝配好產(chǎn)品后，工人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，記錄其所在工位的數(shù)據(jù)。MES 系統(tǒng)SIMATIC IT 將以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎(chǔ)，向控制系統(tǒng)下達指令，指揮小車將它送去下一個目的地。

產(chǎn)品在到達下一個工序前，要通過嚴格的檢驗程序。借助視覺檢測，SIMATIC IT 品質(zhì)管理模塊能夠檢測出產(chǎn)品微小的瑕疵。視覺檢測是數(shù)字化工廠特有的質(zhì)量檢測方法，具體的實現(xiàn)方法是，用相機拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter 數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像進行比對。

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)品將通過升降梯和傳送帶被自動運達物流中心或立體倉庫。

數(shù)字化企業(yè)平臺的五層架構(gòu)

據(jù)悉，數(shù)字化企業(yè)平臺是實現(xiàn)西門子成都工廠數(shù)字制造的載體，它可以實現(xiàn)包括設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程，到生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的產(chǎn)品全生命周期的高效運行，以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。

工業(yè)4.0的愿景是在數(shù)字化企業(yè)平臺實現(xiàn)縱向和橫向全面集成的基礎(chǔ)上，工廠、材料、產(chǎn)品全面智能化，形成一個個自組織、自運轉(zhuǎn)的CPS（信息物理系統(tǒng)），從而形成一個機器社區(qū)。在這個機器社區(qū)內(nèi)，機器和產(chǎn)品之間、機器和機器之間能夠自動進行信息交互、談判和優(yōu)化。西門子數(shù)字化企業(yè)平臺正是基于這一愿景建設(shè)的。西門子成都工廠相關(guān)負責(zé)人介紹，他們所應(yīng)用的數(shù)字化企業(yè)平臺涵蓋五個層面：

第一層：企業(yè)層，主要包含能夠與西門子工業(yè)軟件系統(tǒng)全面集成的SAP ERP系統(tǒng)和Siemens PLM Software軟件NX、Teamcenter等。其中，NX是集成產(chǎn)品設(shè)計、工程與制造于一體的解決方案，可以幫助用戶改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品交付速度和效率；Teamcenter主要用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同管理，將人員、流程與知識有機地聯(lián)系起來。“基于NX、Teamcenter等軟件產(chǎn)生的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是最基本的數(shù)據(jù)。這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)為我們的研發(fā)、生產(chǎn)、采購的開展奠定了基礎(chǔ)。而且我們的研發(fā)系統(tǒng)和制造系統(tǒng)、采購系統(tǒng)也是互相關(guān)聯(lián)的?！痹撠撠?zé)人介紹。

第二層：管理層，主要包括MES等生產(chǎn)管理軟件。這些工業(yè)軟件具備重要的數(shù)據(jù)流控制和生產(chǎn)管理控制功能，是承上啟下的管理系統(tǒng)。

第三層：操作層，主要包含西門子DCS和SCADA、系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)管理系統(tǒng)，用于監(jiān)控生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)。

第四層：現(xiàn)場控制層，主要包含西門子PLC。設(shè)備層是由西門子各產(chǎn)品業(yè)務(wù)部門生產(chǎn)的產(chǎn)品所構(gòu)成的一個自動化平臺。

第五層：設(shè)備控制層。現(xiàn)場控制層和設(shè)備控制層主要體現(xiàn)在西門子的生產(chǎn)設(shè)備、物流設(shè)備、工藝設(shè)備中的自動化元器件、自動化設(shè)備上。它們的作用非常重要，能起到上下貫通的作用，并為上層結(jié)構(gòu)提供大量的數(shù)據(jù)。這兩層的基礎(chǔ)自動化設(shè)備提供的各種數(shù)據(jù)流可與上層的MES數(shù)據(jù)流進行交換。

鏈 接

西門子與德國工業(yè)4.0

工業(yè)4.0的愿景是在數(shù)字化企業(yè)平臺實現(xiàn)縱向和橫向全面集成的基礎(chǔ)上，工廠、材料、產(chǎn)品全面智能化，形成一個個自組織、自運轉(zhuǎn)的CPS（信息物理系統(tǒng)），從而形成一個機器社區(qū)。在這個機器社區(qū)內(nèi)，機器和產(chǎn)品之間、機器和機器之間能夠自動進行信息交互、談判、優(yōu)化。Siemens PLM Software 大中華區(qū)售前技術(shù)總監(jiān)方志剛介紹，Siemens PLM Software在戰(zhàn)略愿景層面積極參與和領(lǐng)導(dǎo)工業(yè)4.0項目，西門子工業(yè)自動化部門的CEO擔(dān)任工業(yè)4.0的全球發(fā)言人。在解決方案層面，西門子工業(yè)憑借其雄厚的工業(yè)自動化和驅(qū)動技術(shù)基礎(chǔ)，針對工業(yè)行業(yè)率先提供最全面的數(shù)字企業(yè)平臺的能力，是全球唯一一家能夠提供包括PLM、MES和TIA在內(nèi)的工業(yè)軟件的供應(yīng)商。

“Siemens PLM Software在數(shù)字化制造方面是著眼于未來的，而不是僅僅局限于目前的發(fā)展?！?Siemens PLM Software大中華區(qū)首席執(zhí)行官兼董事總經(jīng)理梁乃明說。