西門子成都數(shù)字化工廠是全球第二個數(shù)字化工廠，正式名稱為西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地，是位于德國安貝格的西門子電子工廠的姊妹工廠。
西門子成都工廠成立于2013年9月，員工370余名，其中工人100多人，每天工作3班，生產(chǎn)西門子工控產(chǎn)品，包括PLC、人機界面、工業(yè)PC等。該工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品良品率達到了驚人的99.9985%，準時交付率達到98.8%。
質(zhì)量是首要目標
據(jù)該基地副總經(jīng)理李永利介紹，西門子的戰(zhàn)略方針是：質(zhì)量第一、準時交付和創(chuàng)新、可持續(xù)的企業(yè)文化。他認為，對于工業(yè)產(chǎn)品而言，質(zhì)量非常關(guān)鍵，例如風電產(chǎn)品由于無人值守，維修起來非常麻煩，因此，必須確保將質(zhì)量作為首要目標。質(zhì)量的要素包括制造質(zhì)量、研發(fā)質(zhì)量和原材料質(zhì)量。在制造過程中，手工操作是容易產(chǎn)生質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素，而機器可以幫助人不犯錯誤。西門子成都工廠的生產(chǎn)線就專門設(shè)計了自動防呆系統(tǒng)——當自動引導小車送來一款待裝配的產(chǎn)品時，電腦顯示屏上會出現(xiàn)其信息，相應所需零件盒上的指示燈亮起，裝配的工人就知道該安裝什么零件，避免誤操作；通過研發(fā)與制造緊密配合，可以規(guī)避很多質(zhì)量問題，例如進行防呆設(shè)計；而對于原材料質(zhì)量，需要推進質(zhì)量追溯，確保過程數(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，實現(xiàn)研發(fā)和生產(chǎn)的無縫連接。因為新產(chǎn)品在研發(fā)和生產(chǎn)過程中，由于不斷修改，會存在不同版本的產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中切換，以及多個版本的產(chǎn)品同時生產(chǎn)的問題。
西門子工控產(chǎn)品在研發(fā)過程中， 采用了Siemens PLM Software的全線產(chǎn)品，包括Teamcenter、Tecnomatix、NX等，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化、產(chǎn)品仿真、制造過程仿真和產(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)當中，元器件的數(shù)據(jù)一旦更新，則會自動映射到ERP系統(tǒng)當中，更新材料的采購價格，并通過MES系統(tǒng)更新制造過程中的原材料信息。有些原材料對應的生產(chǎn)工藝有變化，則也會通過系統(tǒng)之間的無縫集成，自動更新。
數(shù)字化不等于自動化
何謂數(shù)字化制造？數(shù)字化制造不等于全自動化。李永利認為，在未來10~20年，主流的制造方式將是人機結(jié)合。數(shù)字化制造的價值，并不是完全用自動化設(shè)備取代人，而是幫助人。例如，擰緊螺絲這個工作，人的優(yōu)勢是靈活、柔性強，可以快速定位，而用電動力矩扳手，可以保證達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)模式中很實用。而如果要實現(xiàn)全自動，則需要頻繁變更數(shù)控程序。他強調(diào)，自動化替代人是趨勢，但提高效率才是核心要素、而非成本，這其中質(zhì)量是關(guān)鍵。高質(zhì)量并不意味著一定需要高成本，自動化的管理與決策實際上比自動化制造更能夠降低成本。
數(shù)字化制造的另一個重要價值是提高效率。中國制造企業(yè)更多地是考慮如何控制成本，而西門子更重視提高效率。通過效率的提高，可以在人工成本不增加的同時增加產(chǎn)能。例如，1990年投產(chǎn)的西門子安貝格工廠，當時是1萬平米，1000名員工；25年之后，產(chǎn)能翻了7番，但面積和人員并沒有增加，該工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品達幾百種，每個訂單都包含多種產(chǎn)品。因此，西門子成都工廠綜合應用了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，自動告知補庫，自動計算物料消耗；如果在生產(chǎn)過程中，有一個元器件有問題，則系統(tǒng)會自動停止使用了該器件的產(chǎn)品生產(chǎn)。由于這些工作可以替代很多人工，整個西門子成都工廠的倉庫管理人員只有12個人，每個班次只有4個人。所以，未來企業(yè)的管理，可以通過使用軟件來替代管理人員。西門子在蘇州和德國紐倫堡的倉庫與生產(chǎn)通過MES系統(tǒng)緊密聯(lián)系。西門子成都工廠大部分設(shè)備是自動采集數(shù)據(jù)，也大量應用了RFID。在生產(chǎn)過程中，如果數(shù)據(jù)沒有完成采集，流程就通不過。設(shè)備的狀態(tài)，如貼片機和烘箱，通過工業(yè)以太網(wǎng)來進行數(shù)據(jù)采集。
西門子成都工廠生產(chǎn)現(xiàn)場面積不是很大，工人也不多，設(shè)備布局很緊湊，自動化程度很高。在廠區(qū)的參觀通道旁邊，通過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)量看板通過西門子的MES系統(tǒng)可以實時顯示，通過不斷鉆取，查詢出現(xiàn)的質(zhì)量問題和不同維度的質(zhì)量統(tǒng)計信息。另一個屏幕則顯示了對制造與裝配過程的仿真。
工廠的生產(chǎn)場所在大樓2層，現(xiàn)場有兩條前道工序，主要是電路板組裝生產(chǎn)線。中間通過自動化的立體中轉(zhuǎn)庫，將已加工好的電路板和其它零部件轉(zhuǎn)送到后續(xù)的5條產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線，完成產(chǎn)品的裝配和包裝。在各個關(guān)鍵工序設(shè)置了電子看板，生產(chǎn)過程大部分是自動化的，員工更多地工作是在處理異常情況、監(jiān)控設(shè)備的運行，以及進行產(chǎn)品的復檢等。生產(chǎn)場地的地面有很多圓孔，設(shè)備的線纜通過圓孔轉(zhuǎn)到地板下進行連接，便于靈活調(diào)整設(shè)備的布局。
令筆者印象最深刻的是，整個生產(chǎn)過程是無紙化的，而且實現(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)導軌兩側(cè)布置了裝配各種元器件的設(shè)備。導軌上有標準的托盤，托盤上面是半成品，每個產(chǎn)品都不一樣。MES系統(tǒng)會自動根據(jù)生產(chǎn)工藝，將托盤從導軌轉(zhuǎn)移到設(shè)備的導軌上，將產(chǎn)品移動到某臺設(shè)備之中完成相應工序。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。標準化、系列化和模塊化設(shè)計是實現(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)，具有很強的靈活性。大部分設(shè)備是自動生產(chǎn)，個別工位采用人工，正是權(quán)衡了人和機器各自優(yōu)勢之后的最佳選擇。
數(shù)字化工廠內(nèi)涵
通過此次觀摩，筆者初步領(lǐng)略了西門子數(shù)字化工廠的內(nèi)涵：
- 從產(chǎn)品研發(fā)、訂單處理，到生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)采集，通過多個信息系統(tǒng)的無縫集成實現(xiàn)閉環(huán)；
- 通過數(shù)字技術(shù)的應用，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量；
- 通過MES系統(tǒng)和柔性的生產(chǎn)線，實現(xiàn)電子產(chǎn)品的混流生產(chǎn)；
- 通過人機協(xié)作，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。
那么，西門子成都工廠是否已經(jīng)完全實現(xiàn)了工業(yè)4.0？答案實際上是：工業(yè)創(chuàng)新是一個長期的持續(xù)改進的過程，工業(yè)4.0是一個愿景，不論是西門子還是其他的工業(yè)巨頭，都在不斷改進，結(jié)合自身的產(chǎn)品特點，尋找一條走向工業(yè)4.0的路線圖。
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