案例：西門子的數字化魔力

　　智造化方向：通過數字化企業平台連接管理、設計、研發、生產、物流等所有環節，以數字化 「語言」讓設計到服務全過程暢通無阻。

　　智造化效果：生產設備和計算機可以自主處理75%的生產價值鏈，單獨、快速、低成本且高質量地加工每一個產品，實現了「又好又快又靈活」的生產操作模式。

　　中國猜想：中國製造將邁向高度集成的生產時代，工廠將能夠單獨、快速、低成本且高質量地加工每一個產品，從而實現更高的靈活性和經濟效益。

　　試想一下，如果你是一家汽車生產商的負責人，你認為最理想的生產狀況是怎樣的?例如，你收到了生產 100輛卡車和100輛轎車的訂單，你是先生產100輛卡車，還是將大卡車與小轎車混合交替生產?

　　如果先生產100輛卡車，則會產生大量的待售品，佔用更多的現金流。理想的生產狀況是進行靈活的小批量、多批次生產，使生產得以均勻、連續，這樣產生的庫存待售品才最優，而且生產過程的原材料消耗會更少，現金流也更為順暢。未來製造工廠所追求的目標必然不再是工業化大生產，而是建立在端對端數字化之上的多品種、個性化、高效優質的生產。

　　位於德國安貝格的西門子電子製造工廠(EWA)就是智能數字化未來工廠的夢想雛形，今年上半年，我多次前往EWA進行學習。同行的德國夥伴告訴我，就是這樣一座「樸素」的工廠，不僅實現了從管理、產品設計、研發、生產到物流配送的全過程數字化，還能通過先進的信息技術，與美國研發中心進行實時的數據互聯。

　　在EWA生產車間，員工們身著藍色的工作服，有序地走在一塵不染、藍白相間的PVC地板上。齊胸高的灰藍色機櫃整齊地排成一行，在安置其間的顯示器上，數據洪流如同瀑布一般，傾瀉而下。在這裡，一場工業領域的「數字革命」正悄然拉開序幕。

　　自己生產自己

　　一直以來，EWA都被譽為西門子集團王冠上的寶石。現在，這個佔地10000平方米的高科技生產車間，則成為了西門子實施「數字化企業平台」的典範。

　　「數字化企業平台」是實現數字製造的載體，它可以實現包括產品設計、生產規劃、生產工程以及生產執行和服務的高效運行，能以最小的資源消耗獲取最高的生產效率。在這種生產環境中，每個產品都有自己的代碼，產品可自行控制其本身的生產過程。換句話說，生產代碼只需要告訴機器有哪些要求，接下來必須執行哪道工序，產品就像會「說話」一樣，通過數字化的「語言」讓其從設計到服務都暢通無阻。

　　EWA主要生產Simatic可編程邏輯控制器(PLC)，以及其他工業自動化產品，產品種類達到了1000種。現在，它們已經將數字化工廠所需的主要組件部署完成，讓產品與生產機器之間可以互相「通信」，全部生產過程均為實現IT控制進行了優化，從而使故障率最小化。

　　依靠智能系統，EWA員工的工作流程與結果也發生了翻天覆地的變化：新的生產流程伴隨著不計其數的變化因素和錯綜複雜的供應鏈不斷得到優化，在生產面積幾乎沒有擴張，員工數量也沒變的情況下，產能卻提升了8倍，產品質量更是比25年前提高了40餘倍。EWA的負責人自豪地說：「EWA的產品質量合格率高達99.9988%。據我所知，全球沒有任何一家同類工廠可以實現如此低的故障率。」EWA每年能生產約1200萬件Simatic系列產品，按每年生產230天計算，即平均每秒就能生產出一件產品。

　　目前，EWA的生產設備和計算機可以自主處理75%的生產價值鏈，以前需要用人工完成的動作通過「智能演算法」固化在機器中，讓機器代替人工，只有剩餘四分之一的工作需要由工人來完成。也就是說，僅在最開始的時候，需要人工將印刷電路板放置在生產線上，此後所有的工作均可以由機器自動控制進行。Simatic系列產品的生產過程正是由它自身控制的，換句話說就是「自己生產自己」。在這裡，每條生產線幾乎都運行著大約千台Simatic控制器，自動化流水線正在生產的就是西門子自動化產品，這就好像美國科幻電影里的機器人生產機器人一般。

　　可見即可得

　　研發是數字化工廠「數據鏈條」的起點。在數字化製造的前提下，產品的設計和製造都基於同一個數據平台，消除了EWA研發部門與生產部門工作的時間差，彼此同步進行讓各方配合得更加默契，這大大改變了傳統製造的節奏。另外，由於在研發環節產生的數據能夠在工廠各個系統之間實時傳遞，同時數據的同步更新又避免了傳統工廠由於溝通不暢產生的誤差，更大大提升了EWA的生產效率。

　　作為EWA研發新產品的載體和工具，西門子PLM的產品開發解決方案——NX軟體，可以支持產品開發過程中從設計到工程和製造的各個方面，並通過集成多種學科模擬，來提供全系列先進零部件製造應用的解決方案，這是其他計算機輔助設計軟體都難以實現的。研發部門的工程師們可以通過NX軟體進行模擬設計，在設計過程中進行模擬組裝和性能測試，真正實現「可見即可得」，這為研發人員節約了大量的時間和精力。當然，這對工程師們也有一定要求，他們對將要用於製造產品的機器的屬性了解越透徹，所編寫的模擬程序就越精確。

　　在NX軟體中完成設計的產品，都會帶著自己專屬的數據信息繼續「生產旅途」。這些數據一方面通過CAM(計算機輔助製造系統)向生產線不斷傳遞，為完成接下來的製造過程做準備;另一方面也被同時「寫進」數字化工廠的數據中心——Teamcenter軟體中，供質量、採購和物流等部門共享。採購部門會依據產品的數據信息去採購零部件，質量部門會依據產品的數據信息進行驗收，物流部門則依據數據信息確認零部件。

　　共享資料庫是Teamcenter最大的特點。當質量、採購和物流等不同部門調用數據時，它們使用的是共享文檔庫，並能通過主幹快速地連接到各責任方。即使數據發生更新，不同的部門也都能在第一時間得到最新的數據，這就使得EWA研發團隊的工作變得更加簡單、高效，避免了傳統製造企業在研發和生產環節之間由於數據平台不同而造成的信息傳輸壁壘。

　　流程更少更快

　　在EWA生產產品的過程中，高度的數字化得以充分體現。西門子全集成自動化解決方案(TIA)將數字化與生產成功結合：PLC引導生產流程，視覺系統識別產品質量，自動引導車進行產品傳遞，這都使得工廠產品的一次通過率(FPY)達到99%以上。

　　一名PLC裝配工位上的普通員工告訴我，他現在的日常工作都在電腦上完成。每天，由西門子MES系統生成的電子任務單都會顯示在裝配人員的電腦上，而實時的數據交換間隔小於1秒，這意味著操作人員隨時可以看到最新的版本，並可以細緻入微地觀察每一件產品的生命周期。

　　而西門子MES系統SIMATIC IT則充當了傳統製造企業的生產計劃調度者。它採用虛擬化技術，由MES系統統一下達生產訂單，在與ERP系統高度集成之下，可以實現生產計劃、物料管理等數據的實時傳送。此外，SIMATIC IT還實現了工廠信息管理、生產維護管理、物料追溯管理、設備管理、品質管理和製造KPI分析等多種功能的集成，能夠保證工廠管理與生產協同。當自動引導車送來一個待裝配的產品時，感測器就會掃描出產品的代碼，將數據實時傳輸到MES系統，然後電腦上就會顯示出它的信息，MES系統再通過與西門子TIA全集成自動化的互聯，等到相應零件盒的指示燈亮起，裝配人員便可根據指示燈進行操作。這滿足了自動化產品「柔性」生產的需求 ，即在一條生產線上同時生產多種產品。有了指示燈的提示和對應，即使換另外一種產品也不會怕裝錯零件了。

　　待裝配人員確認裝配完畢，按下工作台上的一個按鈕，自動化流水線上的感測器就會掃描產品代碼，記錄它在這個工位的數據。SIMATIC IT以該數據作為判斷基礎，向控制系統下達指令，指揮引導車隨即將它送去下一個目的地。

　　在到達下一道工序前，產品必須通過嚴格的檢驗程序，以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超過20個，可以充分保證產品的質量。1000多台掃描儀實時記錄著每一道生產工序以及諸如焊接溫度、貼裝數據和測試結果等詳細的產品信息。在此過程中，Simatic IT每天會生成並儲存約5000萬條生產過程的信息。其中，視覺檢測是EWA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品質管理模塊的檢測。

　　在經過多次裝配並接受多道質量檢測後，成品將被送到包裝工位。經過包裝、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送達物流中心或立體倉庫。這樣一個完整的生產環節，在傳統的製造企業要通過幾十甚至上百人的手去完成，而在EWA的車間內，絕大多數的工序都藉以自動化設備完成，實現了「又好又快」的生產操作模式，節省了大量的人力和時間。

　　「全程透明」的數字化物流

　　在EWA中，研發和生產過程通過數字化科技被發揮到了極致。同樣，在物流環節，數字化的優勢依然明顯，這體現在EWA的數字化物流系統的運用中。

　　在物流上，ERP、西門子MES系統SIMATIC IT以及西門子倉庫管理軟體發揮著重要的作用。例如，自動化流水線上的感測器會對引導車上的產品代碼進行掃描，掃描得到的數據就會「告訴」軟體系統在該裝配環節需要的物料是什麼，員工只需按動按鈕，物料即從物料庫自動輸送出，並通過流水線上感測器的「指揮」，送到指定位置。這一過程「全程透明」且不需要人工干預，完全實現了從原材料、產品從起點至終點及相關信息的有效流動。相對於傳統製造業，這種方式不但節省了時間，提高了效率，同時還避免了因信息傳遞不及時等原因造成的錯誤生產和重複生產。

　　在物料的中轉環節，依照精益生產中的「以需定產」原則和「拉式生產」概念，生產流程的各工序只會在收到實際需要的數量時才進行生產，這就保證了工廠能夠「適時、適量並在適當地點生產出質量完善的產品」。

　　在EWA布局緊湊的高貨架立體倉庫，有近3萬個物料存放盒用來存放更大批的物料。但其物料的存取並不用叉車搬運，而是通過「堆取料機」用數字定位的模式進行抓取，所以不必考慮叉車通過的距離，這讓物料庫的設計更加合理，從而節約了更多的空間。

　　在EWA，真實的生產工廠與虛擬的數字工廠同步運行，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。「工業4.0」的中心是智能化工廠，智能化工廠的基石是數字化信息處理系統。在西門子的概念中，EWA是真正意義上的智能化工廠，其自動化不是簡單的機械對人力的代替，而是既包含了自動化生產，也包括了自動控制和自動調節，是建立在數字化生產基礎上的自動化。

　　EWA的生產過程代表了西門子面向未來的技術，更展現了「工業4.0」未來的願景——實現真實世界和虛擬世界在生產過程中的完美融合，產品之間以及產品與機器設備間的通信將使生產路徑進一步優化。

　　未來，工廠不再是由大型設備堆砌起來的機械巨獸，而更像是一彎靈動的數字潺泉。工廠將能夠單獨、快速、低成本且高質量地加工每一個產品，從而實現當前工廠難以企及的、更高的靈活性和經濟高效性。

　　作為「工業4.0」的倡導者和先行者之一，西門子的腳步正愈發堅實。正如其全球工業總裁魯思沃教授所說的：「如果說，工業4.0的時代還要20年，那麼西門子目前已經到達了『工業3.8』。」

本文轉自和訊科技

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