Siemens PLM Software 助跑“工业4.0”

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改革开放三十多年，中国制造业已经开始从劳动密集型和生产低附加值产品向自动化智能化和生产高附加值产品转型。大量以劳动密集型代工生产为核心的制造业务面临着劳动力成本快速上涨、产品本地化、能源成本上升、对环境的影响以及制造能力升级等诸多方面的挑战。企业生产需要从量产化向定制化转变。制造业产业结构升级、转型将是未来新制造业发展的主旋律。在这样的趋势下，制造业发展的方向必然是两化融合，即工业化与信息化的融合。
　　“这就是今天Siemens PLM Software为什么要把制造和信息化、工业化进行‘融合’，也是我们的愿景和目标。”2013 年12 月10日，Siemens PLM Software大中华区首席执行官兼董事总经理梁乃明在位于成都高新区的西门子工业自动化产品成都生产研发基地(SEWC)向媒体和用户展示了西门子数字化工厂的成果。
制造与工业化和信息化融合
　　经济和技术的变化为全球制造业带来巨大的转型挑战，整个工业领域也正在经历一场制造业的大变革。通过虚拟生产结合现实的生产方式，未来制造业将实现更高的工程效率、更短的上市时间，以及更高的生产灵活性。
　　西门子已经在国外成功推出了数字化工厂。德国安贝格电子工厂(EWA)就是典型的面向未来的数字化工厂模板。而西门子2013 年9月11日刚刚在成都高新区建成投产的SEWC，作为EWA的“备份”工厂，目前是中国最大的数字化工厂。作为西门子工业自动化全球生产及研发体系中最新建成的一座“数字化工厂”，也是西门子在德国之外建立的首家“数字化工厂”，SEWC 实现了从产品设计到制造过程的高度数字化。参观时工厂技术人员的现场讲解让笔者更容易、更直观地看到软件与硬件的结合。虚拟制造被融入了一个更广阔的蓝图之中，将虚拟世界与现实世界无缝联接。

西门子工业自动化产品成都生产研发基地外景
　　把目光拉远便会发现，Siemens PLM Software从2007年即开始实施制造与工业化和信息化融合，并认为未来的产品会以一种前所未有的方式被开发和生产。此后，便在整个西门子工业自动化部门开始实施，旨在开发新的软件解决方案，使产品生命周期与生产生命周期实现统一。笔者看到SEWC数字工厂把西门子几个部门最好的技术完美的结合在一起。这一解决方案非常独特，到目前为止没有其他任何一家硬件或软件供应商的技术能够把产品生命周期与生产生命周期整合在一起。这种新生产模式不仅提高了企业的创新能力，而且还提高了评估新产品和新过程的能力，从而大幅加快新产品的上市速度、减少资本支出、增强上市信心。
数字化工厂的典型模板
　　“数字化工厂”是让每个制造业内人士都兴奋的愿景，但关键在于如何实现。为创造智能的产品与生产生命周期，必须将虚拟与现实相结合。从产品模型到数字样机再到生产工艺和制造的每一道工序都实现数字化，将生产底层的控制系统和所有设备智能化并与产品研发和分析流程无缝衔接，使企业围绕产品创新所涉及的所有组织和机构都实现协同。此外，还需要为统一的产品生命周期管理和彼此之间知识共享建立一个数字化平台。这是一个融合产品和生产流程中信息集成的平台，把产品设计、分析、工程、生产、售后等各部门的信息集成在一起。
　　面向未来的西门子数字化工厂平台是一个高度集成的自动化、信息化整体解决方案。平台顶层是PLM 与ERP 信息化系统的贯通，提供主数据、工艺路线、设计数据、物料清单、生产订单;第二和第三层以西门子SIMATIC完成生产管理层MES 系统和监控操作层DCS信息数据的串联与交互，从而有效地实现从产品设计到生产的自动化和智能化;第四和第五层用过TIA系统，将工厂自动化底层的控制层和现场层的各种控制单元和设备统一管理起来。从西门子数字化工厂平台架构中可以看到，Siemens PLM Software作为核心的PLM 系统不仅是数字化工厂中产品生产的核心数据提供者，也是数字化工厂仿真、大数据管理、协作、柔性制造所倚重的大平台。而横向看，精益生产体系将在此架构中按照输入物流、制造过程、输出物流的步骤完成整个生产过程。西门子对数字化工厂平台架构的描述相当全面而且极具参考价值。
　　作为西门子数字化工厂的具体实践，“SEWC在顶层采用了Siemens PLM Software的NX、Teamcenter等软件，帮助提供产生中需要的最根本的产品数据。” 西门子工业自动化产品成都生产研发基地卓越运营部经理戴霁明表示，“这些产品数据为我们的研发、生产、采购奠定了基础，而这个研发系统和制造系统是互相关联的，同时与采购系统也是互相关联的。Siemens PLM Software的产品生命周期管理软件作为一个顶层设计产品，它提供全厂公用的数据平台，使全厂各个部门能够工作在一个平台中，使我们互相互通，而且能够互相共享。”利用Siemens PLM和MES 的信息互联，西门子还可以根据物料储备、交货时间等信息，在全球的工厂之间实时调配生产计划，以达到资源利用和物料配送的最佳组合。
　　“加工轨道的宽度、检测精度等数据都可以和研发数据进行同步，然后仿真。这样的方式可以解决设计制造融合的时间问题，使之速度更快。”戴霁明介绍，仿真将是未来工厂的重要支撑技术。Siemens PLM Software 的Tecnomatix软件在数字化工厂的工程实施中作用尤其显著，“可以虚拟和判断出生产或规划中可能出现的矛盾、缺陷、不匹配，所有情况都可以用这种方式进行事先的仿真，缩短大量现场真实操作时间。”生产之前从构想、设计、测试、仿真、流水线、厂房规划等环节，所有可预见的问题全部都能仿真出来。在整个生产车间还处在规划阶段或没有实体化之前就进行了全部的测试。这也是Siemens PLM Software能快速地改变整个制造业生产过程的一个体现。
　　SEWC数字工厂的混线生产令笔者印象深刻。大规模生产的自动化生产线可以实现高效率的制造，但很难灵活应变。而今天产品设计的个性化，生产的定制化，以及上市周期的缩短化，必然使大批量生产让位于柔性化制造。如何能在批量小且富于变化的生产模式下仍保持很高的生产效率?混线生产就是一种自动化和信息化程度高，精益效果明显的柔性生产模式。在SEWC最先进的生产线上，一条生产线同时可为两种不同系列的PLC控制器进行生产，自动识别技术与全数字化生产的MES 系统为这种混线生产匹配物料的正确输送，部件生产的准确性和质量都提供了充分的保障。在到达下一个工序前，产品还要通过“严格”的检验程序。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法，相机会拍下产品的图像与Teamcenter数据平台中的正确图像作比对，与传统制造企业的人工抽检相比，这显然可靠并且快速。

西门子工业自动化产品成都生产研发基地自动化生产线
　　高效、快速、柔性，正是数字化企业为制造业带来的最大变化。这种生产模式依靠着Siemens PLM Software从设计一直到生产的整个流程中的数据管理。Siemens PLM Software提供更多的软件功能与工业自动化和驱动技术集成在一起。帮助企业在投入资金、实际研发测试或者制造产品之前，能够以虚拟的方式验证他的产品性能、工艺和成本。更重要的是Siemens PLM Software现在能够提供完整的闭环数据管理，使虚拟模型和实际产品与设备之间保持一致。梁乃明把这个愿望归纳为，“用数字化的方式来实现精益的生产。”
Siemens PLM Software助跑“工业4.0”
　　“工业4.0”是2013年德国联盟教研部与联邦经济技术部正联手推动《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，旨在支持工业技术领域新一代关键技术的研发与创新。为此组织了20多家德国企业、机构、大学来参与，西门子是两家牵头单位之一。在“工业4.0”时代，虚拟世界将与现实世界相融合，制造业将通过充分利用信息物理融合系统(Cyber-Physical System) 等手段，将制造业向“数字制造”转型。
　　“通往工业4.0的必由之路是全面整合优化产品生命周期与生产生命周期。”Siemens PLM Software大中华区售前技术总监方志刚表示，“在这方面，Siemens PLM Software有两个角色：1，世界级的实践者;2，全球领先的供应商。”下一场信息革命技术将发生在工业领域，两化深入融合的助手是工业软件。Siemens PLM Software把自身定位于推动工业行业的信息化及其标准，专注于工业设备、产品开发的需求。
　　为了加快“数字化工厂”的实施，Siemens PLM Software现在正专注于提供行业解决方案。方志刚希望，“通过解决方案专注行业，快速掌握行业需求，先完成70%的标准产品设计，再加20%的行业解决方案，用户只需要花10%的投入来进行定制化。我们尤其愿意和客户分享Siemens PLM Software产品开发体系，我们也提供一系列的咨询服务，依托我们的业务顾问，进行纯粹的研发体系的咨询。”
　　对于目前希望建设“数字化工厂”的企业，方志刚建议，“企业架构的创新一定要符合企业的战略要求和业务模式。PLM和MES的链接，对企业架构的主要影响是更加扁平化，原来高度层次化、高度分工的组织就可能被更加扁平、更加灵活的跨专业小组所取代。新建工厂比较好，容易快速响应，我们可以提供一站式服务。老生产线的改造复杂一些，需要做统一化改造，在软件层面对其抽象化模拟化。在管理方面，研发体系缺乏是主要的挑战，但这也正是我们愿意和用户分享新技术的原因。”

　　西门子SEWC数字化工厂的出现，为未来中国制造的变革方向提供了一个良好的参考。中国的制造业近30年来发展迅速，其目标是从“制造大国”转型为“制造强国”。因此，中国需要在保持工业增长的同时完成工业转型升级，这将是一个很大的挑战。“中国企业面临着激烈的竞争，但他们更意识到没有创新、没有质量，到最后还是死路一条。所以，企业在投入研发、创新方面的比重越来越大。” 梁乃明表示，在此市场前景下，客户需求也从产品设备转向寻求整体解决方案。
　　笔者在SEWC数字化工厂看到，PLM对产品和流程的创新拥有举足轻重的地位，它与其他业务系统更广泛、更深入地融合也将是大势所趋。“Siemens PLM Software致力于用我们的知识和经验来帮助中国的制造业提升到更高的台阶，并向数字化制造发展。”梁乃明对此充满信心，“Siemens PLM Software可以帮助国内的制造企业，提升他们制造的效益、工艺、质量，使他们能够像西门子一样，成为屹立165年的企业。”