西门子迈进“工业4.0”之数字化工厂

　　西门子成都数字化工厂是全球第二个数字化工厂，正式名称为西门子工业自动化产品成都生产研发基地，是位于德国安贝格的西门子电子工厂的姊妹工厂。

　　西门子成都工厂成立于2013年9月，员工370余名，其中工人100多人，每天工作3班，生产西门子工控产品，包括PLC、人机界面、工业PC等。该工厂生产的产品良品率达到了惊人的99.9985%，准时交付率达到98.8%。

　　质量是首要目标

　　据该基地副总经理李永利介绍，西门子的战略方针是：质量第一、准时交付和创新、可持续的企业文化。他认为，对于工业产品而言，质量非常关键，例如风电产品由于无人值守，维修起来非常麻烦，因此，必须确保将质量作为首要目标。质量的要素包括制造质量、研发质量和原材料质量。在制造过程中，手工操作是容易产生质量问题的关键因素，而机器可以帮助人不犯错误。西门子成都工厂的生产线就专门设计了自动防呆系统——当自动引导小车送来一款待装配的产品时，电脑显示屏上会出现其信息，相应所需零件盒上的指示灯亮起，装配的工人就知道该安装什么零件，避免误操作;通过研发与制造紧密配合，可以规避很多质量问题，例如进行防呆设计;而对于原材料质量，需要推进质量追溯，确保过程数据全程有记录，可以追溯到原材料的批次。

　　西门子成都工厂有50多名研发人员，这样可以更好、更迅速地满足本地客户的需求，实现研发和生产的无缝连接。因为新产品在研发和生产过程中，由于不断修改，会存在不同版本的产品在生产过程中切换，以及多个版本的产品同时生产的问题。

　　西门子工控产品在研发过程中，采用了Siemens PLM Software的全线产品，包括Teamcenter、Tecnomatix、NX等，实现了产品设计数字化、产品仿真、制造过程仿真和产品全生命周期管理。在西门子成都工厂，产品的基础数据在PLM系统当中，元器件的数据一旦更新，则会自动映射到ERP系统当中，更新材料的采购价格，并通过MES系统更新制造过程中的原材料信息。有些原材料对应的生产工艺有变化，则也会通过系统之间的无缝集成，自动更新。

　　数字化不等于自动化

　　何谓数字化制造?数字化制造不等于全自动化。李永利认为，在未来10~20年，主流的制造方式将是人机结合。数字化制造的价值，并不是完全用自动化设备取代人，而是帮助人。例如，拧紧螺丝这个工作，人的优势是灵活、柔性强，可以快速定位，而用电动力矩扳手，可以保证达到工艺和材料要求的拧紧力矩。这种方式在多品种小批量的生产模式中很实用。而如果要实现全自动，则需要频繁变更数控程序。他强调，自动化替代人是趋势，但提高效率才是核心要素、而非成本，这其中质量是关键。高质量并不意味着一定需要高成本，自动化的管理与决策实际上比自动化制造更能够降低成本。

　　数字化制造的另一个重要价值是提高效率。中国制造企业更多地是考虑如何控制成本，而西门子更重视提高效率。通过效率的提高，可以在人工成本不增加的同时增加产能。例如，1990年投产的西门子安贝格工厂，当时是1万平米，1000名员工;25年之后，产能翻了7番，但面积和人员并没有增加，该工厂生产的产品达几百种，每个订单都包含多种产品。因此，西门子成都工厂综合应用了SAPERP系统和西门子SimaticITMES系统。

　　ERP系统接到订单之后，自动告知补库，自动计算物料消耗;如果在生产过程中，有一个元器件有问题，则系统会自动停止使用了该器件的产品生产。由于这些工作可以替代很多人工，整个西门子成都工厂的仓库管理人员只有12个人，每个班次只有4个人。所以，未来企业的管理，可以通过使用软件来替代管理人员。

　　西门子在苏州和德国纽伦堡的仓库与生产通过MES系统紧密联系。西门子成都工厂大部分设备是自动采集数据，也大量应用了RFID。在生产过程中，如果数据没有完成采集，流程就通不过。设备的状态，如贴片机和烘箱，通过工业以太网来进行数据采集。

　　工厂的生产场所在大楼2层，现场有两条前道工序，主要是电路板组装生产线。中间通过自动化的立体中转库，将已加工好的电路板和其它零部件转送到后续的5条产品组装生产线，完成产品的装配和包装。在各个关键工序设置了电子看板，生产过程大部分是自动化的，员工更多地工作是在处理异常情况、监控设备的运行，以及进行产品的复检等。生产场地的地面有很多圆孔，设备的线缆通过圆孔转到地板下进行连接，便于灵活调整设备的布局。

　　令笔者印象最深刻的是，整个生产过程是无纸化的，而且实现了混流生产。产品组装的生产线布局是在中间的循环导轨两侧布置了装配各种元器件的设备。导轨上有标准的托盘，托盘上面是半成品，每个产品都不一样。MES系统会自动根据生产工艺，将托盘从导轨转移到设备的导轨上，将产品移动到某台设备之中完成相应工序。这种混流生产的模式用于工控产品的生产效率极高。标准化、系列化和模块化设计是实现电子产品混流生产的基础，它不同于汽车行业总装的混流生产，具有很强的灵活性。大部分设备是自动生产，个别工位采用人工，正是权衡了人和机器各自优势之后的最佳选择。

　　数字化工厂内涵

　　通过此次观摩，笔者初步领略了西门子数字化工厂的内涵：

　　从产品研发、订单处理，到生产调度、数据采集，通过多个信息系统的无缝集成实现闭环;通过数字技术的应用，实现高效率、高质量;通过MES系统和柔性的生产线，实现电子产品的混流生产;通过人机协作，实现高效生产。

　　那么，西门子成都工厂是否已经完全实现了工业4.0?答案实际上是：工业创新是一个长期的持续改进的过程，工业4.0是一个愿景，不论是西门子还是其他的工业巨头，都在不断改进，结合自身的产品特点，寻找一条走向工业4.0的路线图。

　　西门子成都工厂生产现场面积不是很大，工人也不多，设备布局很紧凑，自动化程度很高。在厂区的参观通道旁边，通过一面展示墙展示了西门子数字化工厂的数字化研发、数字化生产、数字化物流和数字化质量管理体系。其中，质量看板通过西门子的MES系统可以实时显示，通过不断钻取，查询出现的质量问题和不同维度的质量统计信息。另一个屏幕则显示了对制造与装配过程的仿真。