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探秘 | 西門子在華首個數字化工廠，“混線生產”把我驚呆了！【視頻】
發布時間：2015-03-04
據新華網消息：2月21日，德國總理默克爾在聯邦政府播客中說：德國工業產值占國內生產總值的20%，德國希望繼續保持工業強國地位，數字化生產對德國的繁榮富裕至關重要。德國工業生產必須邁向數字化，即實現“工業4.0”，而如今已是時候設立相關標準。
默克爾說：“德國可以成為特定標準的推動者，并使其扎根歐洲，同時我們也有機會將其推向全球。”
“數字化工廠”到底如何落地？西門子成都基地無疑成了我們了解德國工業4.0最便捷的窗口。
視頻 西門子在華首個數字化工廠
在工業4.0的時代圖景下，制造業正在發生一場怎樣的變革？作為制造業基礎組織單元的“工廠”，將會迎來一次怎樣的顛覆？
變革的時代，新鮮的概念、前沿的理念層出不窮。而一個有說服力、有參照價值的樣本，或許能給身處變革大潮之中的企業帶來更多鮮活的印象與具象的感觸。
在成都市西北角，距離郫縣縣區3公里處，坐落著一座看似普通的“特殊工廠”。這座正式投產僅一年多的工廠內，設置了一個由各種系統組合而成的全集成自動化流程展示圖。展示圖中，工廠的處理系統相當于大腦，連接網絡如同它的神經，驅動系統就像是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子。事實上，這個仿如人體系統一樣的工廠內，“數據”是從研發到生產到管理和配送，每個環節機器間溝通的“語言”。
這樣一座以數字化為中心，通過自動化設備和各種軟件互聯互通的工廠，正是西門子在中國設立的首家數字化工廠——西門子工業自動化產品成都生產研發基地。
近日，帶著為“智能制造”尋找樣本、為“車間進化”探訪案例的意圖，《南方日報》記者前往成都，實地揭秘這座短短一年內就接待了4000名考察訪客的前沿工廠。
驅動系統是肌肉，傳感系統是眼鼻，自動化工廠“被想象成人體”
西門子成都數字工廠在投產后意外地成為了“景點”，甚至EMBA課程也把它列入其中當成一個案例研究。這座強調“數字化”的工廠，首先是一個實現了全集成自動化的“人體”，相比同類型普通工廠節省人員近50%，最大程度實現自動化的物流配送。這不僅節省了占地和勞動力，還如同一個“聰明的小護士”，知道什么時候要給“醫生”(工廠)遞怎樣的“手術刀”(物料)。
當迎來一個又一個的參觀者時，西門子也感到有些意外。
這座占地35300平方米，外形與普通工廠無異，被西門子命名為“工業自動化產品成都生產研發基地”(以下簡稱“SEWC”)的全新工廠，在一年半前正式投產運營。對外開放后，這座由西門子在中國設立的首家，也是唯一一家數字工廠，意外地成為成都高新區內一個新“景點”。
“從2013年9月正式運營起，一年內相繼來參觀的人就達到4000人。”西門子工業自動化產品成都生產研發基地卓越運營部經理戴霽明對南方日報記者表示，這些慕名而來的訪客來自美國、以色列、中國等，包括官員、企業家、客戶等，甚至一些大學也把SEWC列入EMBA課程的一個研究案例。
事實上，作為西門子在全球建立的首家數字工廠，德國安貝格工廠建于25年前（太超前了！）。但僅用一年多的時間，位于成都的SEWC的生產質量就已與德國安貝格工廠看齊。目前SEWC的產品合格率達到99.85%。“以投產一年多的時間來看，這是非常好的成績。”西門子工業自動化產品成都生產研發基地副總經理李永利說。
如同SEWC的命名，數字化工廠是一座強調“數字化”的“機體系統”，它首先實現了全集成的自動化。
“我們把自動化后的工廠想象成人體。”戴霽明說。在SEWC參觀走廊上，一個被稱為全集成自動化的展示板中，貼滿了各種各樣的工業系統，但這些系統卻各自擁有“特殊”的名稱。
在這座到處都是傳感器的工廠里，戴霽明指著展示板說道，工廠的處理系統就相當于大腦，連接下面的網絡就是它的神經，驅動系統就是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子，這樣形成一個像人一樣自動運轉的整體。
基于全集成自動化，在SEWC參觀走廊的下方，僅占用工廠1/10占地面積的生產車間內，并沒有普通工廠常見的傳統的物料暫存區。“所有產品完成生產后直接由產線發出，進入物流中心進行配送。”戴霽明說。
從整個生產工序來看，工廠從自動取料開始，先進行印刷電路板的工段，之后進行貼片、穿孔等全部已經實現自動化的生產工序，再統一送到車間中轉庫，由其進行生產線分配后再組裝。
在這樣的產線上，只有幾名工人不時看著屏幕上的數字化看板。看板上，紅、黃、綠三種顏色代表著物料的數量。每當物料經過工人座位上的掃描槍，就會實現自動掃描，若物料出現短缺，就會馬上傳送到自動物流倉庫。
這個被稱為自動物流系統的部門，走到原材料的存放處，是兩個高達18米的自動化高位貨架，兩部高速運轉的取料機如同人一樣。根據后臺的數據提示，這兩部取料機依靠數字定位迅速地抽出對應的原材料，并通過自動傳輸軸，馬上傳送到生產車間。
“當物料需求的信息傳導到自動物流倉庫，倉庫最長只需要30分鐘就能把物料送到車間。”戴霽明表示，這套自動化系統不僅替代了大量的員工，而且還可以實現小批量多批次的發貨。“整套系統就像聰明的護士，它知道醫生(工廠)什么時候需要它傳遞什么樣的手術刀(物料)。”
而這樣一個管理著2萬多個箱子的物流部門，僅有12個人。按照傳統工廠的“三班倒”，這意味著每一個生產班次中僅有4名員工負責管理物流倉儲。
事實上，來自SEWC提供的情況顯示，在該工廠內僅有350人，其中生產車間員工僅100人。“以平均水平來看，數字化工廠的人員相比傳統工廠節省30%到50%的人員。”李永利說。
“數據”成機器之間的“語言”，近百款軟件實現互聯式溝通
與普通的工廠相比，SEWC在使用ERP、PLM等軟件時，最大不同是實現了所有軟件的互聯互通，以及虛擬和現實的交互。這是追隨者要學習攻克的難點，也是邁向工業4.0的關鍵點。而同樣借助軟件，在SEWC中進行的所有研發都靠“電腦”完成，只有在最終生產時才“落地”變現。
但所謂數字化工廠，并不僅僅停留在通過全集成自動化來減少產線上的藍領員工。李永利表示，數字工廠內借助大量不同的軟件，以此實現對于部分“白領”群體的“替代”，即企業生產管理層面的效率提升。
“我們工廠內正在使用的軟件至少有數十到近百類。”戴霽明說，這些軟件的單個或多個使用在國內其實很普遍，比如ERP、SAP等。“但數字化工廠與傳統工廠最大的不同是，我們所有軟件之間的數據都實現了打通，系統之間實現了互聯互通。”
而要實現不同軟件、系統之間的互聯互通既是最大的難點，也是數字工廠邁向工業4.0的重要一點。正如在烏爾里希·森德勒主編的《工業4.0——即將來襲的第四次工業革命》中提到的，“軟件是工業的未來”，并強調“通過軟件的交互性并不僅僅是在生產層面，還在于業務層面”，也就是說，“通過工業軟件，實現了虛擬和現實的交互。”
在SEWC內部，要讓數據成為機器之間溝通的“語言”，其中重要的一點是，采用擁有彷如“中樞神經”一樣的“數據管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內不同的軟件、系統和部門都可以實時摘取數據，或實時導入數據。
在SEWC三樓的工廠參觀走廊上，一個工業顯示屏上實時地顯示著工廠內部不同環節的數據。戴霽明用手指點擊屏幕上的“工廠原材料配送實時情況”一欄，“你看，屏幕里顯示有一塊物料剛出倉。再過一會兒，它馬上就被送到車間來了。”
各類軟件的互聯后，數據實現了交互，也讓整個工廠的運轉變得更有效率。
李永利舉例，比如有一款產品的元器件發生了變化，首先Teamcenter會釋放這一數據給財務系統中的SAP軟件，以此更改原材料。隨之如果可能發生價格變化的話，采購系統也會自動更新。
基于元器件的變化，到了制造環節，涉及到原材料的使用就存在兩個版本。李永利表示，借助MES軟件，產線就能自動了解到什么時候應該用哪一種元器件，生產哪一個版本。而MES軟件的數據統一是來自于Teamcenter。
簡而言之，在SEWC工廠內，一旦產品數據發生變化，只要研發人員和制造人員在Teamcenter中進行數據更改，之后的制作流程就會自動傳到MES，MES會根據新的制造解決方案分配產線和時間，“到時候一樣可以計算出，工人到幾點幾分會生產什么產品，因為MES能精確計算出每件產品的耗時。”李永利說。
當這些工作都不再通過具體的人去溝通后，工廠的生產管理效率自然大大得到提高。
而同樣是借助軟件，工廠的研發也實現了“數字化”。一般的工廠在進行研發時，從定義產品時涉及的市場分析，開發產品時大量的分工討論，乃至到最后生產產品時生產線的設計和調試，往往周期長，投入大。但在SEWC內，工廠卻是通過借助軟件和3D打印，大大縮短了產品的研發周期。
SEWC里一塊名為NX計算機輔助系統的屏幕上，展示了這一過程。“我們會先做出一個虛擬的樣機。”戴霽明表示，在軟件的支持下，虛擬的樣機能夠模擬包括如力學、熱力學等電器性能，在完成測試后，工廠再用3D打印等方式做模具。
“以前改模一般都需要5到6次以上，但現在縮短到只需要1到2次。”他說。
而到了生產線設計和調試時，同樣通過仿真軟件，只要把各種數據輸入軟件，以此模擬生產線，只要看著系統的運轉，就能馬上看出要如何做調試——【注：西門子的“可見即可得”理念】
也就是說，工廠的研發幾乎都在“電腦”中進行。而唯有最終確定生產線設計方案后，才真正“落地”變現。
“混線生產”應對小批量定制，出現質量問題會“自我舉報”
細心觀察SEWC的生產線，會發現一條產線上同時生產多款產品。利用交替生產的方式，SEWC首先保證不同批量的產品實現交貨期穩定，同時讓特殊的系統成為產線上的“導游”，指引不同產品的生產，甚至在產品“堵車”時管制“交通”。而一切的數據互聯，最終還能讓工廠實現自我的質量監控，以此實現數字化工廠“質量第一”的目標愿景。
當“數字”成為了SEWC內不同部門、不同系統之間溝通交流的“語言”，成為如同一個生命有機體的“血液”后，數字化制造并不僅僅體現在提高生產效率，它還體現在對“柔性化生產”、“智能制造”的探索和實現。
在SEWC的生產線上，如果細心地去看，會發現同一條產線軸上正在運載的產品并非同一的產品。
“這是未來制造中常提到的‘柔性化生產’，我們在具體運作中，叫混線生產。”戴霽明表示，一般情況下，工廠接到的訂單往往是十分零散，且訂貨數量和交貨周期都不同。在這種情況下，按照普通工廠“專線專用”的方式，如果是大批量的產品，每次生產同樣的產品，且物流準備和工人操作也比較熟練，生產線的效率自然會比較高。但一旦涉及到多個小批量訂單，就可能會出現小批量訂單交貨周期不穩定且偏長的問題。
“為此，我們把大單拆成小單，交替生產，這樣大家得到的交貨期就是穩定的。”戴霽明說道，但要實現一條生產線上同時生產不同類型的產品，就很容易出錯。
這種既要實現混線生產，又要避免出錯，西門子成都數字工廠如何實現?答案是借助MES系統，充當產線上的“導游”。
為使用MES系統來管理混線訂單，工廠在產線上密布很多傳感器。每當有一個配件經過特定的地方，就會由RFID進行識別，之后MES系統就會對這個配件發出“指令”，“告訴”它接下來應該走怎樣的線路，而這個配件所走過的所有的路線，和經過的工序也會傳達到MES系統中。如果“導游”發現路線沒有錯，確認過后，產品就會被送到包裝終站，最后完成這趟“旅程”。
有意思的是，在整個生產系統中，一旦“旅程”中出現“擁擠”或者有其他問題出現，系統就會自動地鎖定。
“這種做法在汽車行業目前也有采用，但SEWC的混線生產中，產品的流轉節拍可以發生不同。”戴霽明進一步解釋道，也就是說，一旦產線上前面的產品出現“堵車”，就會看到后面的產品自動停下來“等待”。
而大量傳感器的應用也把產線上的各種數據實時傳導到像中樞神經系統一樣的Teamcenter之中。
當整個工廠內部如同一個“人體”運轉時，就連工廠的運轉也變得“透明”起來，一旦工廠內出現質量問題，機器還能實現“自我舉報”。
伴隨密布工廠的傳感器實時把生產信息傳導到MES系統中，系統在進行質量管理后會把信息顯示出來。“數字化系統把質量信息實時同步展示的時候，連客戶也能隨時看到，實現了質量信息的透明化。”戴霽明說。
“數據”連接起了各種管理系統，如同數字化工廠內的神經、脈絡都被打通，并由此流動起來。一旦有顯示質量問題的數據出現，系統實時監測到后，就會立刻自動發送郵件給相關的人和部門，而這些情況，在后臺系統上也能夠全部看到。
戴霽明表示，普通的工廠一般都缺乏這樣的質量管理體系，質量報告往往是隔一天甚至更長的時間才發出，而當你發現這個質量缺陷時，一大批的次品可能已經發出去。
為此，正如李永利在接受采訪時反復強調的：“數字化工廠的建立，最終不是為了降低成本，而是為了追求更高的質量。”
■數讀
4000人 從2013年9月正式運營起，SEWC在第一個財年內迎來參觀人數達到4000人。除了有來自美國、以色列、中國等各地慕名而來的官員、企業家、客戶等之外，甚至還有一些大學也將SEWC列入EMBA的學習課程。
50% 以平均水平來看，數字化工廠的人員相比傳統工廠節省30%到50%。比如像SEWC工廠內一個管理著2萬多個箱子的物流部門，僅有12個人，按照工廠“三班倒”，意味著每一個生產班次中僅有4名員工負責管理物流倉儲。
近百類 SEWC工廠內正在使用的軟件至少有近百類，數字工廠與傳統工廠最大的不同是，工廠所有軟件之間的數據都實現了打通，系統之間實現了互聯互通。
1次 實現了研發“數字化”的SEWC工廠，以前改模一般都需要5到6次以上，但現在縮短到只需要1到2次。
■解讀
“語言” 在西門子成都數字工廠中，“數據”是從研發到生產到管理和配送，每個環節機器間溝通的“語言”。
“人體” 工廠的處理系統就相當于大腦，連接網絡如同它的神經，驅動系統就像是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子。
“護士” 成都工廠的自動物流系統就像聰明的護士，它知道醫生(工廠)什么時候，需要它傳遞什么樣的手術刀(物料)。
“管家” 在成都工廠內部，要讓數據成為機器之間溝通的“語言”，其中重要的一點是，采用擁有仿如“中樞神經”一樣的“數據管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內不同的軟件、系統和部門都可以實時摘取數據，或實時導入數據。
“導游” 在數字工廠的生產線上，同一條產線軸上正在運載的產品并非同一款的產品。在實現混線生產的產線上，MES就像是產線上的“導游”，對每一個配件發出“指令”，確認它所經過的所有路線。
轉自：中國紡機 |
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