西門子成都數(shù)字化工廠是否已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了工業(yè)4.0？

西門子成都數(shù)字化工廠是全球第二個(gè)數(shù)字化工廠，是位于德國(guó)安貝格的西門子電子工廠的姊妹工廠，正式名稱是：西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地。接待我們的是該基地的副總經(jīng)理李永利先生。他曾經(jīng)于2011年3月至2014年9月在安貝格工廠擔(dān)任副廠長(zhǎng)，具有十分豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

西門子成都工廠成立與2013年9月，員工370余名，其中工人100多人，每天工作三班，生產(chǎn)西門子工控產(chǎn)品，包括PLC、人機(jī)界面、工業(yè)PC等，總面積3.53萬(wàn)平米，其中生產(chǎn)區(qū)域3100平米。目前已完成了一期工程，還預(yù)留了后面兩期工廠的用地。全部建成后，生產(chǎn)區(qū)域面積將達(dá)到1萬(wàn)平米。該工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品既有面向中國(guó)國(guó)內(nèi)客戶的，也有出口國(guó)外的產(chǎn)品。良率達(dá)到了驚人的99.9985%，準(zhǔn)時(shí)交付率達(dá)到98.8%。

▲西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地

副總經(jīng)理李永利先生（左）和戴霽明經(jīng)理

李總首先介紹了西門子的愿景：盡善盡美為客戶。他強(qiáng)調(diào)西門子的戰(zhàn)略方針是：質(zhì)量第一、準(zhǔn)時(shí)交付和創(chuàng)新，可持續(xù)的企業(yè)文化。他認(rèn)為對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品而言，質(zhì)量非常關(guān)鍵，例如風(fēng)電產(chǎn)品是無(wú)人值守，維修非常麻煩，因此，必須確保將質(zhì)量作為首要目標(biāo)。

質(zhì)量的要素包括制造質(zhì)量、研發(fā)質(zhì)量和原材料的質(zhì)量。在制造過(guò)程，手工操作是容易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵要素，機(jī)器可以幫助人不犯錯(cuò)誤，在成都工廠的生產(chǎn)線上，設(shè)計(jì)了自動(dòng)防呆系統(tǒng)，零件盒的指示燈可以工人所需安裝的零件，避免誤操作；通過(guò)研發(fā)與制造緊密配合，可以規(guī)避很多質(zhì)量問(wèn)題，例如進(jìn)行防呆設(shè)計(jì)；而對(duì)于原材料質(zhì)量，需要推進(jìn)質(zhì)量追溯，確保過(guò)程數(shù)據(jù)全程有記錄，可以追溯到原材料的批次。

▲西門子成都數(shù)字化工廠的電子組裝生產(chǎn)線

李總指出，西門子成都工廠有50多名研發(fā)人員，這樣可以更好、更迅速地滿足本地客戶的需求，實(shí)現(xiàn)研發(fā)和生產(chǎn)的無(wú)縫連接。因?yàn)樵谛庐a(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品會(huì)不斷修改，會(huì)存在不同版本在生產(chǎn)過(guò)程切換，以及多個(gè)版本的產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn)的問(wèn)題。

西門子的工控產(chǎn)品在研發(fā)過(guò)程中，采用了Siemens PLM Software的全線產(chǎn)品，包括Teamcenter、Tecnomatix、NX等，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化、產(chǎn)品仿真、制造過(guò)程仿真和產(chǎn)品全生命周期管理。在西門子成都工廠，產(chǎn)品的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在PLM系統(tǒng)當(dāng)中，元器件的數(shù)據(jù)一旦更新，則會(huì)自動(dòng)映射到ERP系統(tǒng)當(dāng)中，更新材料的采購(gòu)價(jià)格，并通過(guò)MES系統(tǒng)更新制造過(guò)程中的原材料信息。有些原材料對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工藝有變化，則也會(huì)通過(guò)系統(tǒng)之間的無(wú)縫集成，自動(dòng)更新。

▲西門子成都工廠的柔性混流裝配線

何謂數(shù)字化制造？李總旗幟鮮明地指出，數(shù)字化制造不等于全自動(dòng)化。他認(rèn)為在未來(lái)十到二十年，主流的制造方式將是人機(jī)結(jié)合。數(shù)字化制造的價(jià)值，并不是完全用自動(dòng)化設(shè)備取代人，而是幫助人。例如，擰緊螺絲這個(gè)工作，人的優(yōu)勢(shì)是靈活、柔性強(qiáng)，可以快速定位，而用電動(dòng)力矩扳手，可以保證達(dá)到工藝和材料要求的擰緊力矩。

這種方式在多品種小批量的生產(chǎn)模式中，是很實(shí)用的。而如果要實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，則需要頻繁變更數(shù)控程序。他強(qiáng)調(diào)，自動(dòng)化替代人是趨勢(shì)，但提高效率是核心要素，而不是成本，質(zhì)量是關(guān)鍵。高質(zhì)量并不意味著一定需要高成本，自動(dòng)化的管理與決策實(shí)際上比自動(dòng)化制造更能夠降低成本。

▲西門子成都數(shù)字化工廠的自動(dòng)防呆系統(tǒng)

李總認(rèn)為，數(shù)字化制造另一個(gè)重要價(jià)值是提高效率。中國(guó)制造企業(yè)更多地是考慮如何控制成本，而西門子更重視提高效率。通過(guò)效率的提高，可以在人工成本不增加的同時(shí)，增加產(chǎn)能。例如，西門子安貝格工廠1990年投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)是1萬(wàn)平米，1000名員工。25年之后，產(chǎn)能翻了七番，但面積和人員沒(méi)有增加。安貝格工廠的產(chǎn)品有幾百種，每個(gè)訂單都包含多種產(chǎn)品。

因此，西門子成都工廠綜合應(yīng)用了SAP ERP系統(tǒng)和西門子Simatic IT MES系統(tǒng)。ERP系統(tǒng)接到訂單之后，自動(dòng)告知補(bǔ)庫(kù)，自動(dòng)計(jì)算物料消耗。如果在生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)元器件有問(wèn)題，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止使用了該器件的產(chǎn)品生產(chǎn)，這些工作可以替代很多白領(lǐng)。

例如整個(gè)西門子成都工廠的倉(cāng)庫(kù)管理人員只有12個(gè)人，每個(gè)班次只有4個(gè)人。所以，未來(lái)企業(yè)的管理，可以更多的通過(guò)使用軟件來(lái)替代管理人員。西門子在蘇州和德國(guó)紐倫堡的倉(cāng)庫(kù)與生產(chǎn)通過(guò)MES系統(tǒng)緊密聯(lián)系。西門子成都工廠大部分設(shè)備是自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，也大量應(yīng)用了RFID。在生產(chǎn)過(guò)程中，如果數(shù)據(jù)沒(méi)有完成采集，流程就通不過(guò)。設(shè)備的狀態(tài)，如貼片機(jī)和烘箱，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

▲西門子成都數(shù)字化工廠柔性裝配線的員工工作臺(tái)

西門子成都工廠的戴霽明經(jīng)理帶我們實(shí)地參觀了工廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和立體倉(cāng)庫(kù)。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)面積不是很大，工人也不多，設(shè)備布局很緊湊，自動(dòng)化程度很高，這是我的第一印象。

在廠區(qū)的參觀通道旁邊，通過(guò)一面展示墻展示了西門子數(shù)字化工廠的數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化生產(chǎn)、數(shù)字化物流和數(shù)字化質(zhì)量管理體系。其中，質(zhì)量看板通過(guò)西門子的MES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示質(zhì)量看板，通過(guò)不斷鉆取，查詢出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題和不同維度的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)信息。另一個(gè)屏幕則顯示了對(duì)制造與裝配過(guò)程的仿真。

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在大樓的二層，現(xiàn)場(chǎng)有兩條前道工序，主要是電路板組裝生產(chǎn)線。中間通過(guò)自動(dòng)化的立體中轉(zhuǎn)庫(kù)，將已加工好的電路板和其他零部件轉(zhuǎn)送到后續(xù)的五條產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線，完成產(chǎn)品的裝配和包裝。在各個(gè)關(guān)鍵工序設(shè)置了電子看板，生產(chǎn)過(guò)程大部分是自動(dòng)化，員工更多地工作時(shí)在處理異常情況，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)行產(chǎn)品的復(fù)檢等。戴經(jīng)理介紹，生產(chǎn)場(chǎng)地的地面有很多圓孔，設(shè)備的線纜通過(guò)圓孔轉(zhuǎn)到地板下面來(lái)連接，便于靈活調(diào)整設(shè)備的布局。

令我印象最深刻的是，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程是無(wú)紙化的，而且實(shí)現(xiàn)了混流生產(chǎn)。產(chǎn)品組裝的生產(chǎn)線布局是在中間的循環(huán)導(dǎo)軌兩側(cè)布置了裝配各種元器件的設(shè)備。導(dǎo)軌上有標(biāo)準(zhǔn)的托盤，托盤上面是半成品，每個(gè)產(chǎn)品都不一樣。MES系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)生產(chǎn)工藝，將托盤從導(dǎo)軌轉(zhuǎn)移到設(shè)備的導(dǎo)軌上，將產(chǎn)品移動(dòng)到某臺(tái)設(shè)備之中完成相應(yīng)工序。這種混流生產(chǎn)的模式用于工控產(chǎn)品的生產(chǎn)效率極高。我認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品混流生產(chǎn)的基礎(chǔ)。它不同于汽車行業(yè)總裝的混流生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的靈活性。大部分設(shè)備是自動(dòng)生產(chǎn)，個(gè)別工位采用人工。我想這就是權(quán)衡了人和機(jī)器各自的優(yōu)勢(shì)之后的最佳選擇。

參觀完生產(chǎn)線之后，我們實(shí)體觀摩了立體倉(cāng)庫(kù)。該倉(cāng)庫(kù)高達(dá)18米，運(yùn)動(dòng)控制精度很高，實(shí)現(xiàn)了物流管理的全自動(dòng)，通過(guò)生產(chǎn)訂單驅(qū)動(dòng)，到自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)取貨和補(bǔ)貨。成品并不進(jìn)入該倉(cāng)庫(kù)，而是裝配和包裝完了直接發(fā)運(yùn)。

通過(guò)此次觀摩，我初步領(lǐng)略了西門子數(shù)字化工廠的內(nèi)涵：

1）從產(chǎn)品研發(fā)、訂單處理到生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集，通過(guò)多個(gè)信息系統(tǒng)的無(wú)縫集成實(shí)現(xiàn)閉環(huán)；

2）通過(guò)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量；

3）通過(guò)MES系統(tǒng)和柔性的生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的混流生產(chǎn)；

4）通過(guò)人機(jī)協(xié)作，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。

在參觀過(guò)程中，我不斷在回味工業(yè)4.0的核心CPS（Cyber Physical System）的含義。的確，CPS需要實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)之間，信息系統(tǒng)與人、信息系統(tǒng)與設(shè)備之間的互聯(lián)。

那么，西門子成都工廠是否已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0？ 我想，答案實(shí)際上是：工業(yè)創(chuàng)新是一個(gè)長(zhǎng)期的持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程。工業(yè)4.0是一個(gè)愿景，不論是西門子還是其他的工業(yè)巨頭，都在不斷改進(jìn)，結(jié)合自身的產(chǎn)品特點(diǎn)，尋找一條走向工業(yè)4.0的路線圖。