關(guān)于數(shù)字化企業(yè)，尤其是數(shù)字化制造企業(yè)的論述，相關(guān)資料已經(jīng)是“汗牛充棟”。數(shù)字化是當(dāng)今企業(yè)界最大也是最重要的問題，對制造業(yè)企業(yè)而言，數(shù)字化對企業(yè)核心競爭力帶來的重大推動力，則顯得尤為重要。
然而數(shù)字化制造，不僅僅意味著給制造企業(yè)帶來效率、生產(chǎn)力和靈活性的巨大變化，更重要的是，它改變并極大地拓寬了制造業(yè)企業(yè)的戰(zhàn)略選擇。數(shù)字化企業(yè)具有自己的戰(zhàn)略特點(diǎn)，它們建立了一種企業(yè)模式，能夠以新的方式創(chuàng)造出企業(yè)利潤 ，建立新的、強(qiáng)大的客戶和員工價值理念。
在下面這篇文章里，筆者并不企圖如何更深入地描繪數(shù)字化制造企業(yè)的概念和前景，而是從兩個具體的數(shù)字化應(yīng)用實(shí)踐，進(jìn)行一些粗淺的觀察，從而期望大家發(fā)現(xiàn)并體驗(yàn)數(shù)字化制造——就在我們身邊，數(shù)字化已經(jīng)打開了制造業(yè)的未來之門。
未來制造 數(shù)字之道——西門子的數(shù)字化體驗(yàn)
西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地(以下簡稱“西門子成都工廠”)——全廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、物流配送乃至管理全過程的數(shù)字化, 并且通過信息技術(shù)，與德國生產(chǎn)基地進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，成為一個完整的數(shù)字化企業(yè)平臺。
(1)數(shù)字化研發(fā)
成都工廠承擔(dān)著西門子全球工業(yè)自動化產(chǎn)品研發(fā)的角色。研發(fā)也是數(shù)字化工廠“數(shù)據(jù)鏈條”的起點(diǎn)，由研發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將在工廠的各個系統(tǒng)間實(shí)時傳遞，數(shù)據(jù)的同步更新避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于溝通不暢產(chǎn)生的差錯，也使得工廠的效率大大提升。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由于數(shù)字化工廠協(xié)同快速的研發(fā)，可將產(chǎn)品的上市時間縮短50%。
(2)數(shù)字化生產(chǎn)
西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT包攬了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)計劃調(diào)度的職能。在與ERP系統(tǒng)高度的集成之下，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計劃、物料管理等數(shù)據(jù)的實(shí)時傳送。此外，SIMATIC IT還集成了工廠信息管理、生產(chǎn)維護(hù)管理、物料追溯和管理、設(shè)備管理、品質(zhì)管理、制造KPI分析等多種功能，可以保證工廠管理與生產(chǎn)的高度協(xié)同。
西門子全集成自動化解決方案(TIA)在很大程度上替代了人類的大腦、視覺和手臂。西門子用可編程控制器(PLC)來引導(dǎo)生產(chǎn)流程，用視覺系統(tǒng)來識別質(zhì)量、用自動引導(dǎo)小車來傳遞產(chǎn)品。通過PROFINET現(xiàn)場總線連接并傳送數(shù)據(jù)，不僅使人的工作變輕松了，更能確保生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的可靠、靈活與高效。
(3)數(shù)字化物流
在成都工廠的自動化流水線上，傳感器會對引導(dǎo)小車上產(chǎn)品的條碼進(jìn)行掃描，掃描得到的數(shù)據(jù)就會告訴“軟件系統(tǒng)”在該裝配環(huán)節(jié)需要的物料是什么，員工按動按鈕，物料就會從物料庫自動輸送出，并通過流水線上傳感器的“指揮”，送到指定位置，這一過程是“全透明”且不需要人工干預(yù)的。這其中發(fā)揮作用的是ERP、西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT以及西門子倉庫管理軟件。
物料中間庫是車間內(nèi)物料的中轉(zhuǎn)站，其中的物料是依據(jù)精益生產(chǎn)的“以需定產(chǎn)”的原則，每天從物料倉庫中提取出備用的。更大批的物料存儲在布局緊湊的高貨架立體倉庫中。采購的物料經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)之后都會儲存在這里，并通過兩座升降梯與車間相連。倉庫共有近3萬個物料存放盒，物料的存取并不用叉車搬運(yùn)，而是通過堆取料機(jī)用數(shù)字定位的模式進(jìn)行抓取，不必考慮叉車通過的距離，物料庫的設(shè)計更緊湊，節(jié)約了倉庫的空間?？沼嗟目臻g，則為西門子成都工廠的擴(kuò)產(chǎn)留出了充足的準(zhǔn)備?！?/FONT>
據(jù)悉，成都工廠產(chǎn)品的一次通過率(FPY)可達(dá)到99%以上。利用西門子PLM和MES的信息互聯(lián)，西門子還可以根據(jù)物料儲備、交貨時間等信息，在全球的工廠之間實(shí)時調(diào)配生產(chǎn)計劃，以達(dá)到資源利用和物料配送的最佳組合。應(yīng)用了西門子數(shù)字化企業(yè)平臺解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠比較，產(chǎn)品的交貨時間縮短了50%。
評論：全生命周期的數(shù)字化戰(zhàn)略
全球制造業(yè)的競爭從20世紀(jì)初期的規(guī)?；敖档彤a(chǎn)品成本、20世紀(jì)中后期的提高企業(yè)整體效率及產(chǎn)品質(zhì)量，至20世紀(jì)后期的交貨期、質(zhì)量、價格和服務(wù)等方面的競爭，進(jìn)入21世紀(jì)以來，已經(jīng)發(fā)展至創(chuàng)新能力的競爭。這種態(tài)勢導(dǎo)致制造業(yè)競爭焦點(diǎn)集中在產(chǎn)品研發(fā)速度和創(chuàng)新能力上，為提高創(chuàng)新能力和效率，數(shù)字化戰(zhàn)略已成為跨國制造企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的首選戰(zhàn)略。
其次，在過去，制造業(yè)企業(yè)的傳統(tǒng)工程模式是分別集中在單一的流程，包括產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)等。但現(xiàn)在這種觀點(diǎn)正在逐步改變，制造業(yè)企業(yè)已越來越多地把產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程視為一個整體——數(shù)字化戰(zhàn)略已經(jīng)從單一的研發(fā)環(huán)節(jié)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)擴(kuò)展到全生命周期的一體化數(shù)字化工廠——這也無疑最終會改變并拓寬制造業(yè)企業(yè)的未來戰(zhàn)略選擇。
從西門子成都工廠的數(shù)字化應(yīng)用，我們不難發(fā)現(xiàn)：
(1)數(shù)字化是貫穿產(chǎn)品全生命周期的，而且也只有貫穿上述的工廠運(yùn)營全生命周期，才能最大化地發(fā)揮數(shù)字化帶來的企業(yè)脫胎換骨的轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)顯示，通過數(shù)字化的工廠規(guī)劃，可以減少產(chǎn)品上市時間至少30%;通過優(yōu)化規(guī)劃質(zhì)量，可以降低制造成本13%。而在新產(chǎn)品上市比例、設(shè)備生產(chǎn)效率、產(chǎn)品交付能力及營運(yùn)利潤率等多個方面，數(shù)字化工廠的指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。設(shè)想一下，如果上述應(yīng)用中沒有像Teamcenter這樣的數(shù)據(jù)中心，讓研發(fā)、采購、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量等多部門之間的數(shù)據(jù)共享，是無法實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)計劃再到生產(chǎn)執(zhí)行等過程的全數(shù)字化的，更無法避免傳統(tǒng)研發(fā)制造企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)或不同部門之間由于數(shù)據(jù)平臺不同造成的信息傳輸壁壘。
(2)高度自動化水平是數(shù)字化尤其是數(shù)字化生產(chǎn)的重要基石——沒有全面的自動化技術(shù)應(yīng)用，何談數(shù)據(jù)的采集、傳輸和利用?上述應(yīng)用中，借助PLC控制器、視覺系統(tǒng)、PROFINET現(xiàn)場總線技術(shù)等在內(nèi)的西門子全集成自動化解決方案(TIA)，才是上層MES實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與管理協(xié)同的基本依據(jù)，也是PLM產(chǎn)品管理在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要保證。
(3)數(shù)字化制造的實(shí)現(xiàn)，在新建工廠中顯得更為容易。很顯然，對傳統(tǒng)制造模式的改造遠(yuǎn)比不上新建數(shù)字化工廠來得容易。筆者認(rèn)為，當(dāng)前中國的傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)在新建項(xiàng)目中探討摸索數(shù)字化實(shí)踐，顯得更為可行。只有這樣，才更方便我們在工廠創(chuàng)建之初便對全生命周期的數(shù)字化之路進(jìn)行通盤考慮，雖然成本相對高昂，效果同樣顯著。至于現(xiàn)有制造企業(yè)的數(shù)字化改造和升級問題，就目前中國制造企業(yè)來說，數(shù)字化的研發(fā)和數(shù)字化/信息化管理已經(jīng)被廣泛認(rèn)識和接受，也是實(shí)踐中應(yīng)用較多的環(huán)節(jié)，而未來的重點(diǎn)可能更多地應(yīng)集中于數(shù)字化的生產(chǎn)規(guī)劃、工程、執(zhí)行和服務(wù)流程中去，尤其是打通現(xiàn)有信息孤島，進(jìn)行上下游的數(shù)字化整合，應(yīng)該是傳統(tǒng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的重要途徑之一。
柯馬的數(shù)字化革新
全球汽車車身焊接、動力總成裝配和加工設(shè)備領(lǐng)先供應(yīng)商柯馬引入西門子Tecnomatix用于項(xiàng)目中生產(chǎn)線和作業(yè)單元的模擬測試，而事實(shí)證明，這成為了柯馬此后走上技術(shù)革新之路的重要引擎。
首先，Office軟件中生硬的二維線條變成了屏幕上生動形象的3D場景，設(shè)計與規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了真正的“所見即所得”。而Tecnomatix更為強(qiáng)大的還是它的模擬功能。
對于生產(chǎn)線的模擬仿真有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的缺陷及問題，以便在投產(chǎn)前就加以校正。Tecnomatix具有補(bǔ)償調(diào)校功能，可以保證生產(chǎn)線模擬的精準(zhǔn)度達(dá)到98%，有助于減少車間中的返工次數(shù)。
2011年，柯馬(上海)完成了當(dāng)年最大的項(xiàng)目——為菲亞特(中國)制造一條完整的白車身生產(chǎn)線，這其中包括250個柯馬機(jī)器人。20名工程師使用Tecnomatix工具僅花了近半年的時間就完成了一系列頂尖的模擬測試，無論是項(xiàng)目交付周期還是技術(shù)的復(fù)雜程度都在業(yè)界居領(lǐng)先地位。
當(dāng)大多數(shù)的汽車制造商還習(xí)慣于用Tecnomatix中的Robcad解決方案進(jìn)行模擬測試時，柯馬已經(jīng)應(yīng)中國客戶的需求使用新版本Tecnomatix中的Process Designer和Process Simulate解決方案了。前者是針對于單一工作站點(diǎn)的仿真模擬，而后者自身擁有數(shù)據(jù)庫，可以對整個一條生產(chǎn)線進(jìn)行仿真模擬，更易于實(shí)現(xiàn)整個項(xiàng)目的協(xié)同。
此外，Process Designer和Process Simulate解決方案使工程速度和規(guī)劃模擬的可視化程度都能得到提升，柯馬可以通過應(yīng)用這一解決方案實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的可視化。而Process Designer和Process Simulate解決方案還支持工程及財務(wù)平臺，為工程師制作報價和標(biāo)書也奠定了基礎(chǔ)。
未來，不單單進(jìn)行機(jī)械工藝的模擬仿真，也將電控制信號引入到仿真過程之中，使之更趨向于真實(shí)的場景。這會幫助其進(jìn)一步縮短工程交付時間，同時節(jié)省成本。柯馬還將引入西門子PLM的Teamcenter軟件用于產(chǎn)品數(shù)字制造環(huán)節(jié)。包括Tecnomatix和Teamcenter在內(nèi)的數(shù)字工具都將在柯馬的企業(yè)成長過程中發(fā)揮重要作用。
評論：數(shù)字化的效率和效益
基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造技術(shù)其實(shí)早在上個世紀(jì)90年代便被提出，是數(shù)字化制造趨勢的典型代表。而柯馬的數(shù)字化革新案例，更加側(cè)重于強(qiáng)調(diào)汽車行業(yè)生產(chǎn)線和作業(yè)單元的規(guī)劃模擬——即生產(chǎn)線仿真。
以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)線仿真基于生產(chǎn)實(shí)踐對生產(chǎn)線生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真找出生產(chǎn)線瓶頸，制定、優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的優(yōu)化，同時能夠?yàn)楹罄m(xù)提升產(chǎn)能提供指導(dǎo)。其過程和結(jié)果的可視化使得用戶可以方便地通過仿真模型、圖表、報告等信息得到對生產(chǎn)線直觀、形象的理解。這一優(yōu)勢，很大程度上可以驗(yàn)證數(shù)字化將給企業(yè)帶來的效率和效益。
(1)生產(chǎn)線和作業(yè)單元的仿真，其實(shí)質(zhì)是將實(shí)際生產(chǎn)過程的虛擬化前移，即移到設(shè)計研發(fā)階段進(jìn)行提前驗(yàn)證，Tecnomatix工具不僅能幫助柯馬向客戶交付同類最佳的生產(chǎn)線，而且還能節(jié)省工程時間，降低對資源的消耗。其好處確實(shí)不言而喻。從這一角度來看，也驗(yàn)證了數(shù)字化的全生命周期特性和一體化特征。
(2)對包括電氣控制在內(nèi)的整條生產(chǎn)線乃至全廠的模擬仿真，而不是機(jī)械工藝的單一站點(diǎn)的仿真，代表了未來數(shù)字化在虛擬制造領(lǐng)域的重要趨勢。在上述應(yīng)用中，西門子Process Designer和Process Simulate等全線仿真解決方案使工程速度和規(guī)劃模擬的可視化程度都能得到提升，幫助客戶進(jìn)一步縮短工程交付時間，同時節(jié)省成本。
(3)除了汽車制造業(yè)這一典型代表，生產(chǎn)線仿真技術(shù)對于通信與電子、煙草、重大裝備制造等最終離散制造業(yè)用戶同樣具備重要的推廣意義。事實(shí)上，在上述現(xiàn)代制造工廠中，建設(shè)一條柔性、敏捷、高效、精密和自動化的示范生產(chǎn)線是一種投資大、風(fēng)險高的復(fù)雜技術(shù)，因此其設(shè)計和規(guī)劃需要嚴(yán)謹(jǐn)和精細(xì)，以確保生產(chǎn)線設(shè)計最終能夠?qū)崿F(xiàn)高效、精益和柔性的目標(biāo)，滿足產(chǎn)能要求。為避免企業(yè)面臨的各種技術(shù)和投資風(fēng)險，必須在生產(chǎn)線的設(shè)計規(guī)劃階段進(jìn)行系統(tǒng)的建模與仿真，以驗(yàn)證生產(chǎn)線設(shè)計方案的可行性和有效性。
數(shù)字化企業(yè)的真正實(shí)現(xiàn)，在中國無疑還有很長的路要走。但無可否認(rèn)的是，數(shù)字化，已然在我們身邊開啟了通向未來制造業(yè)的大門。數(shù)字化戰(zhàn)略，讓中國制造業(yè)的宏偉藍(lán)圖開始逐一描繪。
如需了解更多信息，請?jiān)L問
相關(guān)閱讀
點(diǎn)擊專題報道，了解
