探訪工業4.0時代：西門子的「工業3.X」

06-23

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「如果說，工業4.0時代的到來還要20年，那麼，西門子目前已經到達了工業3.X 。」這是西門子股份公司管理委員會成員、工業業務領域首席執行官魯思沃（Siegfried Russwurm）的自我打分。作為德國製造的「優等生」，西門子167年的發展史幾乎可以被視為近現代工業進程的一個縮影。從一個小作坊發展至今，西門子所締造的超級工業帝國已成為「德國製造」當仁不讓的代名詞。從指針式電報機起家，到以信息技術為業務主動脈，西門子踩准了以電力、信息化為標誌的前兩次工業革命的關鍵節點。基於信息物理融合系統的工業4.0概念誕生之初，西門子再度嗅到了新一輪工業革命的氣息。瞄準物聯網、雲計算、大數據、工業乙太網等技術，西門子集成了目前全球最先進的生產管理系統，以及生產過程軟體和硬體，如西門子製造執行系統（MES）軟體Simatic IT、西門子產品生命周期管理（PLM）軟體、工業工程設計軟體（Comos）、全集成自動化（TIA）、全集成驅動系統（IDS），等等。對於正從「中國製造」向「中國創造」跨越的中國而言，或許能從西門子通往工業4.0的路線圖中解讀出更多線索。身份代碼背後的「生產旅行」工業4.0的內涵已遠遠超越機器的自動化，甚至數字製造本身。「製造業的發展趨勢在於，更加註重產品全生命周期的管理。過去推出一款新車，可能需要7、8年時間，現在2、3年就夠了。這就是未來的趨勢，核心在於，怎麼加快產品設計、生產、上市、服務時間，如何縮短整個過程耗費的時間。」西門子（中國）有限公司工業業務領域驅動技術集團總經理林斌接受澎湃新聞（www.thepaper.com）專訪時說。在工業4.0時代，虛擬世界將與現實世界高度融合。通過計算、自主控制和聯網，人、機器和信息互相聯接，融為一體。現有的技術和創新將被全部整合到一個數字化企業平台中。生產還未開始，產品開發流程和生產流程中的所有環節便可以並行模擬進行。林斌舉例說，「比如生產一支筆，傳統做法是先出一張圖紙，然後調整機床參數去開模做出樣品，圖紙返回研發部門經過比對修改，才能進入生產線。但利用產品生命周期管理（PLM）軟體，從研發到製造基於同一個數據平台，在設計時就可以將這支筆的特點、長度、直徑等參數，直接與下游加工機器的數據同步，通過模擬就可以將設計定型，直接上線生產，完全不需要紙質圖紙。傳統製造節奏改變了，費時費力費錢的工藝都可以省下來。」簡而言之，工業4.0的願景就在於，讓設備和設備開啟對話，產品和生產設備之間相互溝通，建立虛擬世界與現實世界之間的對話窗口。正如德國工業4.0的路線圖——《德國工業4.0戰略計劃實施建議》所描述的，在未來智能工廠中，人類、機器和資源能夠互相通信，就像社交網路中一樣自然。智能產品「知道」它們如何被製造出來的細節，也知道它們的用途。它們將主動地對製造流程，回答諸如「我什麼時候被製造的」、「對我進行處理應該使用哪種參數」、「我應該被傳送到何處」等問題。類似的探索早已在西門子位於德國安貝格市的電子製造工廠上演。安貝格工廠有24年歷史，是全歐洲乃至全球最先進的數字化工廠，為西門子提供印刷電路板等電子產品，100萬次加工過程的出錯率只有12次。在安貝格工廠，真實工廠與虛擬工廠同步運行，真實工廠生產時的數據參數、生產環境等都會通過虛擬工廠反映出來，而人則通過虛擬工廠對真實工廠進行把控。為了準確收集數據，安貝格工廠超過3億個元器件都有自己的「身份證」。這些基礎識別信息包括：哪條生產線生產的、用什麼材質、當時用的扭矩是多少、用什麼樣的螺絲釘等等。當一個元件進入烘箱時，機器會判斷該用什麼溫度以及時間長短，並可以判斷下一個進入烘箱的元件是哪一種，適時調節生產參數。但這距離工業4.0所描繪的「數字和物理世界的無縫銜接」的場景，仍有很大差距。魯思沃認為，「這場變革將是一個漸進的過程，工業4.0的真正到來可能需要20年左右的時間。」他將這一「漸進的過程」稱作工業3.X。事實上，西門子已經將「工業3.X」的範本帶到了中國。以寶馬集團全球最先進工廠之一的華晨寶馬鐵西工廠為例，有了西門子LIS超寬頻實時定位識別系統的輔助，該廠的總裝車間取消了原來專門用於掃描車輛條形碼的工位。車輛每到一個工位，車型、車輛識別碼、根據車輛的不同配置，需要裝配的各種零件等信息會自動顯示在工位前方的操作屏上，甚至會自動提供圖片及裝配輔助指令，直接引導工人完成相應工作。這一流程被視作定製式生產的基礎。現在，一款汽車需要上千人設計，設計人員設計3年、生產模具1年、建設工廠4年，至少需要8年的時間。而在未來工廠，製造高度靈活，一條生產線能同時生產多個車型；用戶根據個人喜好選擇的車型、車輛配置，甚至可以實現當月定製，下個月就生產出來。亞洲最大的紙漿和紙張製造商之一的亞洲紙漿紙業集團（APP）在浙江省寧波市的造紙廠是另一個範本——藉助全集成驅動系統，能源消耗和二氧化碳排放量大減。由此，該造紙廠每條生產線年均節省數千萬元的開支，年均停機時間被保持在最低的12.5小時。此外，汽車生產設備製造商柯馬（上海）工程有限公司採用西門子的產品生命周期軟體，藉助虛擬模擬技術發現設計中存在的缺陷及問題，在投產前就加以校正，使得設計與規劃實現「所見即所得」（生產線模擬的精準度為98%），把產品上市時間縮短了20%-30%。林斌說，從硬體專業提供商到系統解決方案的「大管家」，西門子在工業4.0道路上正在探索的，是一條軟硬體結合的道路。「值得注意的是，軟體有很大程度上能夠定義硬體的功能。我們談到工業4.0，肯定要往這個方向發展。但這條路還是很長的。有人說這是第四次工業革命，有人說不是革命，是一個漸進的過程，可能要7、8年，可能是十年甚至十幾年時間才能實現。那麼，對於西門子來說，今天的軟體硬體已經在這個方向上走了，未來我們會在軟體上投入更多。」探訪中國版工業4.0 在林斌看來，無論是中國製造業2025，還是德國工業4.0，甚至美國工業復興，本質上都是趨同的。不管概念的具體闡述如何，這些大國都逐漸認識到，製造業仍然是經濟可持續增長的發動機，將信息物理融合系統應用到製造業中，正在引爆第四次工業革命。中德兩國的國情不一，製造業發展階段也不同。但他山之石，可以攻玉。從西門子的發展路徑來看，其同樣經歷了從模仿到創新的「學徒」之路。「拿西門子來說，我們過去買了很多軟體，比如說PLM、Comos，在過去的7、8年裡面，工業部門花了幾十億歐元來買軟體。我覺得，這對於中國工業來說，這同樣值得思考。天下沒有免費的午餐，你要考慮投入。而且，這個投入是有風險的。當你說要提高研發費的時候，必須想清楚，你不是花一個億，可能是十幾個億，花好多時間。」

羅馬非一日建成，西門子工業帝國的締造，同樣經歷了漫長的積累過程。近年來，西門子工業自動化集團先後完成了多項收購，收購對象皆為工業軟體不同細分領域的佼佼者。林斌稱，「今天西門子擁有許多數字化水平很高的技術平台，比如說在德國安貝格、在中國成都（編註：西門子工業自動化產品成都生產研發基地是西門子在德國之外的首家數字化企業）。但其實，這是我們在過去的很多年裡面花了很多的投入才做起來的。我覺得，對於很多中國企業家來說，一定要看得遠一點，有自己的戰略投入。」

種種跡象表明，無論是中國高層還是企業層面，都已在借鑒德國經驗，探訪中國版工業4.0的未來。去年10月，魯思沃造訪中國工程院，就製造業的未來及「工業4.0」話題做講座，與600多位院士、研究人員及企業代表交流。中國工程院正是中國製造業未來10年的頂層規劃和路線圖——「中國製造2025」——的主要設計者之一。

今年5月29日，時任西門子（中國）有限公司執行副總裁、工業業務領域總裁吳和樂應工業和信息化部邀請，就製造業的未來及「工業4.0」話題，與工信部9個司局代表進行研討，中國工程院、中國科學院等7所主要國家科研機構，中國機械工業聯合會、中國汽車工業協會等9個工業協會，以及中國移動、華為集團等20家企業代表參加了研討會。今年3月，西門子股份公司工業業務領域工業自動化集團CEO（首席執行官）胡桉桐（Anton S. Huber）在西門子柏林燃氣輪機工廠，接待了工業和信息化部部長苗圩一行，並就製造業的未來及「工業4.0」話題分享了西門子技術藍圖和願景。此外，天津市曾專門舉辦了工業4.0論壇，邀請西門子前往交流。「我們最近還有很多類似的邀請和需求。」林斌說，政府更多起到平台的作用。與政府高層或地方政府所站角度不同，對於企業而言，顯然更關注西門子能否帶來哪些立竿見影的幫助。「來自企業的反饋都是很積極的。但工業4.0是一個發展方向，而企業更關心的是今天能做什麼。他們會問西門子，今天我能從你這兒得到哪些實實在在的幫助？」這一問題的提出，牽扯出的便是一個更現實的阻路石——標準化。林斌介紹，西門子成都數字化工廠的參觀者絡繹不絕，在事後與西門子的交流中，企業經常提出諸如「這個東西看上去很專業，但我現在技術很差，我該怎麼做」之類的問題。「我們告訴他，比如在控制方面，首先統一你的軟體平台，用我們的Profinet（基於工業乙太網的實時乙太網，可以無縫集成現場匯流排系統），你有沒有？」對於大多數擁有「雜牌軍」設備的企業而言，這顯然是不可逾越的障礙。「現在的品牌用得很雜，硬體和硬體之間需要用很多不同的語言來轉換，效率肯定低。很多企業說現在的成本很高，其實就是過去更側重於考慮採購成本造成的。但你回過頭來講，德國工人的成本比你更高，用的機器更好，但為什麼做出來的東西能暢銷？這裡可能要轉化一個概念，從考慮採購成本到考慮全生命周期的運營成本，這個是很重要的。」林斌稱。德國信息技術產業協會、德國機械製造商協會（VDMA）和德國電氣電子工業協會（ZVEI）共同開展的一項調查顯示，被調查的近300家德國企業中，有半數以上都認為數據的標準化是「工業4.0」所提出的最大挑戰，難度甚至超過了流程和工作組織。未來，工件可以告知對它進行加工的設備該如何對其進行加工。但實現這一願景的先決條件是，不同製造商生產的設備能使用同一種語言進行通信。數據的標準化，要求相關軟體兼容所有聯網的元器件、機器、設備和工廠等。當前每家企業的IT系統都使用獨立的設置，要實現集成化發展，就需要所有企業都採用業內認可的國際化標準生產體系。對於正在的制定「中國製造2025」而言，中國若想藉此在2025年進入世界裝備製造強國第二方陣、用20年時間趕超德日，標準化同樣是有待攻克的難題。如何讓信息技術與製造技術深度融合的數字化、智能化製造成為今後中國工業發展的主線？正處於工業「三級跳」助跑階段的中國，左手攥握可資借鑒的德國範本，右手是「新常態」經濟下的諸多現實命題。