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探访工业4.0时代:西门子的“工业3.X”

2014年09月17日 10:57中国机床商务网点击:5210

  【中国机床商务网 名企在线】“如果说,工业4.0时代的到来还要20年,那么,西门子目前已经到达了‘工业3.X’。”这是西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃(SiegfriedRusswurm)的自我打分。
  
  作为德国制造的“优等生”,西门子167年的发展史几乎可以被视为近现代工业进程的一个缩影。从一个小作坊发展至今,西门子所缔造的超级工业帝国已成为“德国制造”当仁不让的代名词。
  
  从指针式电报机起家,到以信息技术为业务主动脉,西门子踩准了以电力、信息化为标志的前两次工业革命的关键节点。基于信息物理融合系统的工业4.0概念诞生之初,西门子再度嗅到了新一轮工业革命的气息。瞄准物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术,西门子集成了目前全球最先进的生产管理系统,以及生产过程软件和硬件,如西门子制造执行系统(MES)软件SimaticIT、西门子产品生命周期管理(PLM)软件、工业工程设计软件(Comos)、全集成自动化(TIA)、全集成驱动系统(IDS),等等。
  
  对于正从“中国制造”向“中国创造”跨越的中国而言,或许能从西门子通往工业4.0的路线图中解读出更多线索。
  
  身份代码背后的“生产旅行”
  
  工业4.0的内涵已远远超越机器的自动化,甚至数字制造本身。
  
  “制造业的发展趋势在于,更加注重产品全生命周期的管理。过去推出一款新车,可能需要7、8年时间,现在2、3年就够了。这就是未来的趋势,核心在于,怎么加快产品设计、生产、上市、服务时间,如何缩短整个过程耗费的时间。”西门子(中国)有限公司工业业务领域驱动技术集团总经理林斌接受澎湃新闻(www.thepaper.com)专访时说。
  
  在工业4.0时代,虚拟世界将与现实世界高度融合。通过计算、自主控制和联网,人、机器和信息互相联接,融为一体。现有的技术和创新将被全部整合到一个数字化企业平台中。生产还未开始,产品开发流程和生产流程中的所有环节便可以并行模拟进行。
  
  林斌举例说,“比如生产一支笔,传统做法是先出一张图纸,然后调整机床参数去开模做出样品,图纸返回研发部门经过比对修改,才能进入生产线。但利用产品生命周期管理(PLM)软件,从研发到制造基于同一个数据平台,在设计时就可以将这支笔的特点、长度、直径等参数,直接与下游加工机器的数据同步,通过仿真就可以将设计定型,直接上线生产,完全不需要纸质图纸。传统制造节奏改变了,费时费力费钱的工艺都可以省下来。”
  
  简而言之,工业4.0的愿景就在于,让设备和设备开启对话,产品和生产设备之间相互沟通,建立虚拟世界与现实世界之间的对话窗口。
  
  正如德国工业4.0的路线图——《德国工业4.0战略计划实施建议》所描述的,在未来智能工厂中,人类、机器和资源能够互相通信,就像社交网络中一样自然。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节,也知道它们的用途。它们将主动地对制造流程,回答诸如“我什么时候被制造的”、“对我进行处理应该使用哪种参数”、“我应该被传送到何处”等问题。
  
  类似的探索早已在西门子位于德国安贝格市的电子制造工厂上演。安贝格工厂有24年历史,是全欧洲乃至全球最先进的数字化工厂,为西门子提供印刷电路板等电子产品,100万次加工过程的出错率只有12次。
  
  在安贝格工厂,真实工厂与虚拟工厂同步运行,真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来,而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。
  
  为了准确收集数据,安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。这些基础识别信息包括:哪条生产线生产的、用什么材质、当时用的扭矩是多少、用什么样的螺丝钉等等。当一个元件进入烘箱时,机器会判断该用什么温度以及时间长短,并可以判断下一个进入烘箱的元件是哪一种,适时调节生产参数。
  
  但这距离工业4.0所描绘的“数字和物理世界的无缝衔接”的场景,仍有很大差距。鲁思沃认为,“这场变革将是一个渐进的过程,工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间。”他将这一“渐进的过程”称作工业3.X。
  
  事实上,西门子已经将“工业3.X”的范本带到了中国。
  
  以宝马集团全球最先进工厂之一的华晨宝马铁西工厂为例,有了西门子LIS超宽带实时定位识别系统的辅助,该厂的总装车间取消了原来专门用于扫描车辆条形码的工位。车辆每到一个工位,车型、车辆识别码、根据车辆的不同配置,需要装配的各种零件等信息会自动显示在工位前方的操作屏上,甚至会自动提供图片及装配辅助指令,直接引导工人完成相应工作。
  
  这一流程被视作定制式生产的基础。现在,一款汽车需要上千人设计,设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂4年,至少需要8年的时间。而在未来工厂,制造高度灵活,一条生产线能同时生产多个车型;用户根据个人喜好选择的车型、车辆配置,甚至可以实现当月定制,下个月就生产出来。
  
  亚洲最大的纸浆和纸张制造商之一的亚洲纸浆纸业集团(APP)在浙江省宁波市的造纸厂是另一个范本——借助全集成驱动系统,能源消耗和二氧化碳排放量大减。由此,该造纸厂每条生产线年均节省数千万元的开支,年均停机时间被保持在最低的12.5小时。
  
  此外,汽车生产设备制造商柯马(上海)工程有限公司采用西门子的产品生命周期软件,借助虚拟仿真技术发现设计中存在的缺陷及问题,在投产前就加以校正,使得设计与规划实现“所见即所得”(生产线模拟的精准度为98%),把产品上市时间缩短了20%-30%。
  
  林斌说,从硬件专业提供商到系统解决方案的“大管家”,西门子在工业4.0道路上正在探索的,是一条软硬件结合的道路。“值得注意的是,软件有很大程度上能够定义硬件的功能。我们谈到工业4.0,肯定要往这个方向发展。但这条路还是很长的。有人说这是第四次工业革命,有人说不是革命,是一个渐进的过程,可能要7、8年,可能是十年甚至十几年时间才能实现。那么,对于西门子来说,今天的软件硬件已经在这个方向上走了,未来我们会在软件上投入更多。”
(来源:澎湃新闻)
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