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探秘 | 西門子在華首個數(shù)字化工廠，“混線生產(chǎn)”把我驚呆了！【視頻】
發(fā)布時間：2015-03-04
據(jù)新華網(wǎng)消息：2月21日，德國總理默克爾在聯(lián)邦政府播客中說：德國工業(yè)產(chǎn)值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%，德國希望繼續(xù)保持工業(yè)強(qiáng)國地位，數(shù)字化生產(chǎn)對德國的繁榮富裕至關(guān)重要。德國工業(yè)生產(chǎn)必須邁向數(shù)字化，即實(shí)現(xiàn)“工業(yè)4.0”，而如今已是時候設(shè)立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
默克爾說：“德國可以成為特定標(biāo)準(zhǔn)的推動者，并使其扎根歐洲，同時我們也有機(jī)會將其推向全球。”
“數(shù)字化工廠”到底如何落地？西門子成都基地?zé)o疑成了我們了解德國工業(yè)4.0最便捷的窗口。
視頻 西門子在華首個數(shù)字化工廠
在工業(yè)4.0的時代圖景下，制造業(yè)正在發(fā)生一場怎樣的變革？作為制造業(yè)基礎(chǔ)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(yè)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(qū)3公里處，坐落著一座看似普通的“特殊工廠”。這座正式投產(chǎn)僅一年多的工廠內(nèi)，設(shè)置了一個由各種系統(tǒng)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(tǒng)相當(dāng)于大腦，連接網(wǎng)絡(luò)如同它的神經(jīng)，驅(qū)動系統(tǒng)就像是肌肉，傳感器就相當(dāng)于眼睛和鼻子。事實(shí)上，這個仿如人體系統(tǒng)一樣的工廠內(nèi)，“數(shù)據(jù)”是從研發(fā)到生產(chǎn)到管理和配送，每個環(huán)節(jié)機(jī)器間溝通的“語言”。
這樣一座以數(shù)字化為中心，通過自動化設(shè)備和各種軟件互聯(lián)互通的工廠，正是西門子在中國設(shè)立的首家數(shù)字化工廠——西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地。
近日，帶著為“智能制造”尋找樣本、為“車間進(jìn)化”探訪案例的意圖，《南方日報》記者前往成都，實(shí)地揭秘這座短短一年內(nèi)就接待了4000名考察訪客的前沿工廠。
驅(qū)動系統(tǒng)是肌肉，傳感系統(tǒng)是眼鼻，自動化工廠“被想象成人體”
西門子成都數(shù)字工廠在投產(chǎn)后意外地成為了“景點(diǎn)”，甚至EMBA課程也把它列入其中當(dāng)成一個案例研究。這座強(qiáng)調(diào)“數(shù)字化”的工廠，首先是一個實(shí)現(xiàn)了全集成自動化的“人體”，相比同類型普通工廠節(jié)省人員近50%，最大程度實(shí)現(xiàn)自動化的物流配送。這不僅節(jié)省了占地和勞動力，還如同一個“聰明的小護(hù)士”，知道什么時候要給“醫(yī)生”(工廠)遞怎樣的“手術(shù)刀”(物料)。
當(dāng)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(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地”(以下簡稱“SEWC”)的全新工廠，在一年半前正式投產(chǎn)運(yùn)營。對外開放后，這座由西門子在中國設(shè)立的首家，也是唯一一家數(shù)字工廠，意外地成為成都高新區(qū)內(nèi)一個新“景點(diǎn)”。
“從2013年9月正式運(yùn)營起，一年內(nèi)相繼來參觀的人就達(dá)到4000人。”西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地卓越運(yùn)營部經(jīng)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(yè)家、客戶等，甚至一些大學(xué)也把SEWC列入EMBA課程的一個研究案例。
事實(shí)上，作為西門子在全球建立的首家數(shù)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(chǎn)質(zhì)量就已與德國安貝格工廠看齊。目前SEWC的產(chǎn)品合格率達(dá)到99.85%。“以投產(chǎn)一年多的時間來看，這是非常好的成績。”西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地副總經(jīng)理李永利說。
如同SEWC的命名，數(shù)字化工廠是一座強(qiáng)調(diào)“數(shù)字化”的“機(jī)體系統(tǒng)”，它首先實(shí)現(xiàn)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(yè)系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)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(tǒng)就相當(dāng)于大腦，連接下面的網(wǎng)絡(luò)就是它的神經(jīng)，驅(qū)動系統(tǒng)就是肌肉，傳感器就相當(dāng)于眼睛和鼻子，這樣形成一個像人一樣自動運(yùn)轉(zhuǎn)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(chǎn)車間內(nèi)，并沒有普通工廠常見的傳統(tǒng)的物料暫存區(qū)。“所有產(chǎn)品完成生產(chǎn)后直接由產(chǎn)線發(fā)出，進(jìn)入物流中心進(jìn)行配送。”戴霽明說。
從整個生產(chǎn)工序來看，工廠從自動取料開始，先進(jìn)行印刷電路板的工段，之后進(jìn)行貼片、穿孔等全部已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動化的生產(chǎn)工序，再統(tǒng)一送到車間中轉(zhuǎn)庫，由其進(jìn)行生產(chǎn)線分配后再組裝。
在這樣的產(chǎn)線上，只有幾名工人不時看著屏幕上的數(shù)字化看板。看板上，紅、黃、綠三種顏色代表著物料的數(shù)量。每當(dāng)物料經(jīng)過工人座位上的掃描槍，就會實(shí)現(xiàn)自動掃描，若物料出現(xiàn)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(tǒng)的部門，走到原材料的存放處，是兩個高達(dá)18米的自動化高位貨架，兩部高速運(yùn)轉(zhuǎn)的取料機(jī)如同人一樣。根據(jù)后臺的數(shù)據(jù)提示，這兩部取料機(jī)依靠數(shù)字定位迅速地抽出對應(yīng)的原材料，并通過自動傳輸軸，馬上傳送到生產(chǎn)車間。
“當(dāng)物料需求的信息傳導(dǎo)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(tǒng)不僅替代了大量的員工，而且還可以實(shí)現(xiàn)小批量多批次的發(fā)貨。“整套系統(tǒng)就像聰明的護(hù)士，它知道醫(yī)生(工廠)什么時候需要它傳遞什么樣的手術(shù)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(tǒng)工廠的“三班倒”，這意味著每一個生產(chǎn)班次中僅有4名員工負(fù)責(zé)管理物流倉儲。
事實(shí)上，來自SEWC提供的情況顯示，在該工廠內(nèi)僅有350人，其中生產(chǎn)車間員工僅100人。“以平均水平來看，數(shù)字化工廠的人員相比傳統(tǒng)工廠節(jié)省30%到50%的人員。”李永利說。
“數(shù)據(jù)”成機(jī)器之間的“語言”，近百款軟件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)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(shí)現(xiàn)了所有軟件的互聯(lián)互通，以及虛擬和現(xiàn)實(shí)的交互。這是追隨者要學(xué)習(xí)攻克的難點(diǎn)，也是邁向工業(yè)4.0的關(guān)鍵點(diǎn)。而同樣借助軟件，在SEWC中進(jìn)行的所有研發(fā)都靠“電腦”完成，只有在最終生產(chǎn)時才“落地”變現(xiàn)。
但所謂數(shù)字化工廠，并不僅僅停留在通過全集成自動化來減少產(chǎn)線上的藍(lán)領(lǐng)員工。李永利表示，數(shù)字工廠內(nèi)借助大量不同的軟件，以此實(shí)現(xiàn)對于部分“白領(lǐng)”群體的“替代”，即企業(yè)生產(chǎn)管理層面的效率提升。
“我們工廠內(nèi)正在使用的軟件至少有數(shù)十到近百類。”戴霽明說，這些軟件的單個或多個使用在國內(nèi)其實(shí)很普遍，比如ERP、SAP等。“但數(shù)字化工廠與傳統(tǒng)工廠最大的不同是，我們所有軟件之間的數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了打通，系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。”
而要實(shí)現(xiàn)不同軟件、系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通既是最大的難點(diǎn)，也是數(shù)字工廠邁向工業(yè)4.0的重要一點(diǎn)。正如在烏爾里希·森德勒主編的《工業(yè)4.0——即將來襲的第四次工業(yè)革命》中提到的，“軟件是工業(yè)的未來”，并強(qiáng)調(diào)“通過軟件的交互性并不僅僅是在生產(chǎn)層面，還在于業(yè)務(wù)層面”，也就是說，“通過工業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實(shí)的交互。”
在SEWC內(nèi)部，要讓數(shù)據(jù)成為機(jī)器之間溝通的“語言”，其中重要的一點(diǎn)是，采用擁有彷如“中樞神經(jīng)”一樣的“數(shù)據(jù)管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內(nèi)不同的軟件、系統(tǒng)和部門都可以實(shí)時摘取數(shù)據(jù)，或?qū)崟r導(dǎo)入數(shù)據(jù)。
在SEWC三樓的工廠參觀走廊上，一個工業(yè)顯示屏上實(shí)時地顯示著工廠內(nèi)部不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。戴霽明用手指點(diǎn)擊屏幕上的“工廠原材料配送實(shí)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(lián)后，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了交互，也讓整個工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)變得更有效率。
李永利舉例，比如有一款產(chǎn)品的元器件發(fā)生了變化，首先Teamcenter會釋放這一數(shù)據(jù)給財務(wù)系統(tǒng)中的SAP軟件，以此更改原材料。隨之如果可能發(fā)生價格變化的話，采購系統(tǒng)也會自動更新。
基于元器件的變化，到了制造環(huán)節(jié)，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(chǎn)線就能自動了解到什么時候應(yīng)該用哪一種元器件，生產(chǎn)哪一個版本。而MES軟件的數(shù)據(jù)統(tǒng)一是來自于Teamcenter。
簡而言之，在SEWC工廠內(nèi)，一旦產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變化，只要研發(fā)人員和制造人員在Teamcenter中進(jìn)行數(shù)據(jù)更改，之后的制作流程就會自動傳到MES，MES會根據(jù)新的制造解決方案分配產(chǎn)線和時間，“到時候一樣可以計算出，工人到幾點(diǎn)幾分會生產(chǎn)什么產(chǎn)品，因?yàn)镸ES能精確計算出每件產(chǎn)品的耗時。”李永利說。
當(dāng)這些工作都不再通過具體的人去溝通后，工廠的生產(chǎn)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(fā)也實(shí)現(xiàn)了“數(shù)字化”。一般的工廠在進(jìn)行研發(fā)時，從定義產(chǎn)品時涉及的市場分析，開發(fā)產(chǎn)品時大量的分工討論，乃至到最后生產(chǎn)產(chǎn)品時生產(chǎn)線的設(shè)計和調(diào)試，往往周期長，投入大。但在SEWC內(nèi)，工廠卻是通過借助軟件和3D打印，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。
SEWC里一塊名為NX計算機(jī)輔助系統(tǒng)的屏幕上，展示了這一過程。“我們會先做出一個虛擬的樣機(jī)。”戴霽明表示，在軟件的支持下，虛擬的樣機(jī)能夠模擬包括如力學(xué)、熱力學(xué)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(xiàn)在縮短到只需要1到2次。”他說。
而到了生產(chǎn)線設(shè)計和調(diào)試時，同樣通過仿真軟件，只要把各種數(shù)據(jù)輸入軟件，以此模擬生產(chǎn)線，只要看著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，就能馬上看出要如何做調(diào)試——【注：西門子的“可見即可得”理念】
也就是說，工廠的研發(fā)幾乎都在“電腦”中進(jìn)行。而唯有最終確定生產(chǎn)線設(shè)計方案后，才真正“落地”變現(xiàn)。
“混線生產(chǎn)”應(yīng)對小批量定制，出現(xiàn)質(zhì)量問題會“自我舉報”
細(xì)心觀察SEWC的生產(chǎn)線，會發(fā)現(xiàn)一條產(chǎn)線上同時生產(chǎn)多款產(chǎn)品。利用交替生產(chǎn)的方式，SEWC首先保證不同批量的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)交貨期穩(wěn)定，同時讓特殊的系統(tǒng)成為產(chǎn)線上的“導(dǎo)游”，指引不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，甚至在產(chǎn)品“堵車”時管制“交通”。而一切的數(shù)據(jù)互聯(lián)，最終還能讓工廠實(shí)現(xiàn)自我的質(zhì)量監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠“質(zhì)量第一”的目標(biāo)愿景。
當(dāng)“數(shù)字”成為了SEWC內(nèi)不同部門、不同系統(tǒng)之間溝通交流的“語言”，成為如同一個生命有機(jī)體的“血液”后，數(shù)字化制造并不僅僅體現(xiàn)在提高生產(chǎn)效率，它還體現(xiàn)在對“柔性化生產(chǎn)”、“智能制造”的探索和實(shí)現(xiàn)。
在SEWC的生產(chǎn)線上，如果細(xì)心地去看，會發(fā)現(xiàn)同一條產(chǎn)線軸上正在運(yùn)載的產(chǎn)品并非同一的產(chǎn)品。
“這是未來制造中常提到的‘柔性化生產(chǎn)’，我們在具體運(yùn)作中，叫混線生產(chǎn)。”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(shù)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(chǎn)品，每次生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，且物流準(zhǔn)備和工人操作也比較熟練，生產(chǎn)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(xiàn)小批量訂單交貨周期不穩(wěn)定且偏長的問題。
“為此，我們把大單拆成小單，交替生產(chǎn)，這樣大家得到的交貨期就是穩(wěn)定的。”戴霽明說道，但要實(shí)現(xiàn)一條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)不同類型的產(chǎn)品，就很容易出錯。
這種既要實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)，又要避免出錯，西門子成都數(shù)字工廠如何實(shí)現(xiàn)?答案是借助MES系統(tǒng)，充當(dāng)產(chǎn)線上的“導(dǎo)游”。
為使用MES系統(tǒng)來管理混線訂單，工廠在產(chǎn)線上密布很多傳感器。每當(dāng)有一個配件經(jīng)過特定的地方，就會由RFID進(jìn)行識別，之后MES系統(tǒng)就會對這個配件發(fā)出“指令”，“告訴”它接下來應(yīng)該走怎樣的線路，而這個配件所走過的所有的路線，和經(jīng)過的工序也會傳達(dá)到MES系統(tǒng)中。如果“導(dǎo)游”發(fā)現(xiàn)路線沒有錯，確認(rèn)過后，產(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)中，一旦“旅程”中出現(xiàn)“擁擠”或者有其他問題出現(xiàn)，系統(tǒng)就會自動地鎖定。
“這種做法在汽車行業(yè)目前也有采用，但SEWC的混線生產(chǎn)中，產(chǎn)品的流轉(zhuǎn)節(jié)拍可以發(fā)生不同。”戴霽明進(jìn)一步解釋道，也就是說，一旦產(chǎn)線上前面的產(chǎn)品出現(xiàn)“堵車”，就會看到后面的產(chǎn)品自動停下來“等待”。
而大量傳感器的應(yīng)用也把產(chǎn)線上的各種數(shù)據(jù)實(shí)時傳導(dǎo)到像中樞神經(jīng)系統(tǒng)一樣的Teamcenter之中。
當(dāng)整個工廠內(nèi)部如同一個“人體”運(yùn)轉(zhuǎn)時，就連工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)也變得“透明”起來，一旦工廠內(nèi)出現(xiàn)質(zhì)量問題，機(jī)器還能實(shí)現(xiàn)“自我舉報”。
伴隨密布工廠的傳感器實(shí)時把生產(chǎn)信息傳導(dǎo)到MES系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進(jìn)行質(zhì)量管理后會把信息顯示出來。“數(shù)字化系統(tǒng)把質(zhì)量信息實(shí)時同步展示的時候，連客戶也能隨時看到，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量信息的透明化。”戴霽明說。
“數(shù)據(jù)”連接起了各種管理系統(tǒng)，如同數(shù)字化工廠內(nèi)的神經(jīng)、脈絡(luò)都被打通，并由此流動起來。一旦有顯示質(zhì)量問題的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測到后，就會立刻自動發(fā)送郵件給相關(guān)的人和部門，而這些情況，在后臺系統(tǒng)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(zhì)量管理體系，質(zhì)量報告往往是隔一天甚至更長的時間才發(fā)出，而當(dāng)你發(fā)現(xiàn)這個質(zhì)量缺陷時，一大批的次品可能已經(jīng)發(fā)出去。
為此，正如李永利在接受采訪時反復(fù)強(qiáng)調(diào)的：“數(shù)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(zhì)量。”
■數(shù)讀
4000人 從2013年9月正式運(yùn)營起，SEWC在第一個財年內(nèi)迎來參觀人數(shù)達(dá)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(yè)家、客戶等之外，甚至還有一些大學(xué)也將SEWC列入EMBA的學(xué)習(xí)課程。
50% 以平均水平來看，數(shù)字化工廠的人員相比傳統(tǒng)工廠節(jié)省30%到50%。比如像SEWC工廠內(nèi)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(chǎn)班次中僅有4名員工負(fù)責(zé)管理物流倉儲。
近百類 SEWC工廠內(nèi)正在使用的軟件至少有近百類，數(shù)字工廠與傳統(tǒng)工廠最大的不同是，工廠所有軟件之間的數(shù)據(jù)都實(shí)現(xiàn)了打通，系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。
1次 實(shí)現(xiàn)了研發(fā)“數(shù)字化”的SEWC工廠，以前改模一般都需要5到6次以上，但現(xiàn)在縮短到只需要1到2次。
■解讀
“語言” 在西門子成都數(shù)字工廠中，“數(shù)據(jù)”是從研發(fā)到生產(chǎn)到管理和配送，每個環(huán)節(jié)機(jī)器間溝通的“語言”。
“人體” 工廠的處理系統(tǒng)就相當(dāng)于大腦，連接網(wǎng)絡(luò)如同它的神經(jīng)，驅(qū)動系統(tǒng)就像是肌肉，傳感器就相當(dāng)于眼睛和鼻子。
“護(hù)士” 成都工廠的自動物流系統(tǒng)就像聰明的護(hù)士，它知道醫(yī)生(工廠)什么時候，需要它傳遞什么樣的手術(shù)刀(物料)。
“管家” 在成都工廠內(nèi)部，要讓數(shù)據(jù)成為機(jī)器之間溝通的“語言”，其中重要的一點(diǎn)是，采用擁有仿如“中樞神經(jīng)”一樣的“數(shù)據(jù)管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內(nèi)不同的軟件、系統(tǒng)和部門都可以實(shí)時摘取數(shù)據(jù)，或?qū)崟r導(dǎo)入數(shù)據(jù)。
“導(dǎo)游” 在數(shù)字工廠的生產(chǎn)線上，同一條產(chǎn)線軸上正在運(yùn)載的產(chǎn)品并非同一款的產(chǎn)品。在實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)的產(chǎn)線上，MES就像是產(chǎn)線上的“導(dǎo)游”，對每一個配件發(fā)出“指令”，確認(rèn)它所經(jīng)過的所有路線。
轉(zhuǎn)自：中國紡機(jī) |
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