通過西門子製造工廠一起領略智能工廠的智能製造
通過西門子以實物或模型呈現數字化工業(ye) 的各種解決(jue) 方案，我們(men) 可以看到智能生產(chan) 線模型、機器人、傳(chuan) 感器等反映工業(ye) 4.0特點的硬件元素，也可以看到數據處理、智能控製等軟件元素。那麽(me) 什麽(me) 是工業(ye) 4.0?下麵我們(men) 就通過對西門子安貝格電子製造工廠(下稱“安貝格工廠”)——這一目前被業(ye) 界認為(wei) 更接近工業(ye) 4.0概念雛形的工廠介紹，一起來領略下智能工廠的。
何為(wei) 工業(ye) 4.0?
“工業(ye) 4.0”的研究項目由德國聯邦政府首先提出，在德國學術界和產(chan) 業(ye) 界的推動下形成。2013年的漢諾威工博會(hui) 上，德國政府正式提出“工業(ye) 4.0”戰略，並推出《德國工業(ye) 4.0戰略計劃實施建議》(下稱《實施建議》);2015年的工博會(hui) 上，在德國聯邦經濟和能源部、聯邦教研部支持下，多家行業(ye) 協會(hui) 聯合發起的德國“工業(ye) 4.0平台”正式成立，該平台已成為(wei) 德國政府在聯邦層麵促進工業(ye) 4.0發展更直接的渠道。
工業(ye) 4.0的稱法主要相對於(yu) 前三次工業(ye) 革命而言：工業(ye) 1.0指的是18世紀開始的第一次工業(ye) 革命，實現了機械生產(chan) 代替手工勞動;第二次工業(ye) 革命始於(yu) 20世紀初，依靠生產(chan) 線實現批量生產(chan) ;工業(ye) 3.0則為(wei) 現代人所熟悉，指的是20世紀70年代後，依靠電子係統和信息技術實現生產(chan) 自動化。
而工業(ye) 4.0則指的是通過實現“物聯網”係統完成大生產(chan) ，更大程度實現生產(chan) 全自動化、個(ge) 性化、彈性化、自我優(you) 化和提高生產(chan) 資源效率、降低生產(chan) 成本的全新生產(chan) 方式。
根據《實施建議》描述：在未來智能工廠中，人類、機器和資源能夠互相通信。智能產(chan) 品“知道”它們(men) 如何被製造出來的細節，也知道它們(men) 的用途。它們(men) 將主動地對製造流程，回答諸如“我什麽(me) 時候被製造的”、“對我進行處理應該使用哪種參數”、“我應該被傳(chuan) 送到何處”等問題。
隨著工業(ye) 4.0進程的發展，開放的標準也被提上了議程，太多的專(zhuan) 有係統會(hui) 阻礙工業(ye) 4.0的進展。今年的工博會(hui) 開幕前夕，德國標準化學會(hui) 與(yu) 5家行業(ye) 協會(hui) 共同發起成立“工業(ye) 4.0標準化理事會(hui) ”，顯示德國的工業(ye) 4.0發展已瞄向標準製定的新階段。德國標準化學會(hui) 4月20日公開發布了首個(ge) 德國工業(ye) 4.0參考模型的標準。
“工業(ye) 4.0平台”領導小組成員、西門子公司首席技術官魯思沃認為(wei) ，該參考模型是德國發展工業(ye) 4.0的重要一步，首次搭建出一個(ge) 完整的框架，包含橫向與(yu) 縱向的信息技術融合，涵蓋工業(ye) 4.0關(guan) 鍵的技術要素，還包括產(chan) 品的生命周期以及生產(chan) 周期，能使不同行業(ye) 的企業(ye) 朝著統一的方向發展工業(ye) 4.0。
智能工廠的智能製造
位於(yu) 德國巴伐利亞(ya) 州東(dong) 部、透著上世紀八九十年代工業(ye) 風格的紅磚廠房內(nei) 正進行著一場向著工業(ye) 4.0方向的自我進化。這是德國工業(ye) 巨頭西門子旗下的安貝格工廠，是歐洲乃至全球更先進的數字化工廠。
安貝格工廠創建於(yu) 1989年，如今該工廠每年可生產(chan) 約1500萬(wan) 件Simatic產(chan) 品，按每年生產(chan) 230天計算，即平均每秒就能生產(chan) 出一台控製設備。這裏的產(chan) 品合格率高達99.9988%，“世界上還沒有哪家同類工廠具備如此之低的缺陷率。”安貝格工廠負責人Karl-HeinzBüttner稱。
記者在現場看到，安貝格工廠自身生產(chan) 過程也利用Simatic設備進行控製，生產(chan) 過程實現了高度的自動化。西門子安貝格工廠生產(chan) 工程師ChristophRaum告訴記者，這裏的生產(chan) 設備和計算機可以自主處理75%的流程工作，由人力完成的部分，隻有生產(chan) 過程的開頭部分，即員工將初始組件(裸電路板)放置到生產(chan) 線上的環節，此後所有的工作均由機器自動控製完成。
依靠Simatic設備的高度自動化，在24小時內(nei) 西門子安貝格工廠就可將麵向全球約6萬(wan) 名用戶的產(chan) 品做好交付準備。
工業(ye) 4.0意味著網絡進入工廠大生產(chan) ，是一個(ge) 嶄新的工業(ye) 製造邏輯和方式。過去是以中心控製指揮係統，每一分鍾對機器發出指令，而現在則由商品所附帶的信息告訴機器需要什麽(me) 樣的生產(chan) 過程，以製造出符合客戶要求的產(chan) 品。
“在生產(chan) 之前，這些產(chan) 品的使用目的就已預先確定，包括部件生產(chan) 所需的全部信息，都已經‘存在’於(yu) 虛擬現實中，這些部件有自己的‘名稱’和‘地址’，具備各自的身份信息，它們(men) ‘知道’什麽(me) 時候、哪條生產(chan) 線或哪個(ge) 工藝過程需要它們(men) ，通過這種方式，這些部件得以協商確定各自在數字化工廠中的運行路徑。”ChristophRaum為(wei) 記者講解道，在未來的工廠裏，設備和工件之間甚至可以直接交流，從(cong) 而自主決(jue) 定後續的生產(chan) 步驟，組成一個(ge) 分布式、高效和靈活的係統。
目前，安貝格工廠的姊妹工廠——西門子工業(ye) 自動化產(chan) 品成都生產(chan) 研發基地(下稱“西門子成都工廠”)已在中國四川成都誕生。西門子成都工廠承擔著西門子全球工業(ye) 自動化產(chan) 品研發的角色，全廠內(nei) 實現了從(cong) 管理、產(chan) 品研發、生產(chan) 到物流配送全過程的數字化，並且通過信息技術，與(yu) 德國生產(chan) 基地和美國的研發中心進行數據互聯。
西門子成都工廠總經理AndreasBukenberger表示：“目前成都工廠產(chan) 品的一次通過率(FPY)可達到99%以上，應用了西門子數字化企業(ye) 平台解決(jue) 方案的成都工廠與(yu) 西門子在中國的其他工廠比較，產(chan) 品的交貨時間縮短了50%。”而安貝格工廠目前可實現年產(chan) 零部件100萬(wan) 件，即平均1秒生產(chan) 一個(ge) 產(chan) 品，未來的成都工廠將有望衝(chong) 擊這一紀錄。
中國與(yu) 工業(ye) 4.0
中德在國家層麵上的工業(ye) 4.0合作始於(yu) 2014年，當年10月，總理李克強在柏林與(yu) 德國總理默克爾共同發表了《中德合作行動綱要》，宣布兩(liang) 國將開展工業(ye) 4.0合作。業(ye) 內(nei) 人士認為(wei) ，中德工業(ye) 4.0戰略合作框架，顯示出高層對製造業(ye) 4.0升級改造的強力支持，工業(ye) 4.0已上升到國家戰略高度。2014年中國工程院和工信部聯手推進《中國製造2025》，2015年5月國務院正式通過。
當低廉的勞動力成本不能再作為(wei) “中國製造”在全球市場上的優(you) 勢標簽，製造企業(ye) 對於(yu) 變革的需求更為(wei) 迫切。中國從(cong) 政府層麵上正在全力推進工業(ye) 4.0，因為(wei) 中國有7000萬(wan) 到8000萬(wan) 產(chan) 業(ye) 就業(ye) 人員，還有大量出口，它們(men) 都是通過基於(yu) 未來的互聯網和工業(ye) 融合的智能製造來實現的。
為(wei) 在激烈的全球競爭(zheng) 中保持優(you) 勢，製造企業(ye) 要更大化利用資源，將生產(chan) 變得更加高效。為(wei) 適應不斷變化的客戶需求，製造企業(ye) 必須盡可能地縮短產(chan) 品上市時間，對市場的響應更加快速。為(wei) 滿足市場多元化的需求，製造企業(ye) 還要快速實現各環節的靈活變動，將生產(chan) 變得更加柔性。而高效、快速、柔性正是數字化企業(ye) 為(wei) 製造業(ye) 帶來的更大變化。西門子成都工廠這樣的數字化企業(ye) 的出現，為(wei) 未來中國製造的變革方向提供了一個(ge) 良好的參考。
數據顯示，通過數字化的工廠規劃，可以減少產(chan) 品上市時間至少30%;通過提升產(chan) 品質量，可以降低製造成本13%。而在新產(chan) 品上市比例、設備生產(chan) 效率、產(chan) 品交付能力及營運利潤率等多個(ge) 方麵，數字化工廠的指標均遠遠高於(yu) 傳(chuan) 統製造企業(ye) 。
然而，“中國製造2025”與(yu) “德國工業(ye) 4.0”在現狀上也存在很大的差異，目前德國作為(wei) 製造業(ye) 強國，企業(ye) 已基本完成由2.0向3.0的過渡，正在向4.0升級，而中國還有大量企業(ye) ，還處在2.0的階段，在基礎材料、基礎工藝方麵非常欠缺。但這種差異也讓雙方有了不小的互補空間。簡言之，在技術方麵，德國比較領先，而中國存在一定程度的短缺;在市場空間方麵，歐洲比較有限，而中國則潛力巨大。統計顯示，德國45%的研發中心在中小企業(ye) ，這些企業(ye) 很大程度上引領了工業(ye) 4.0，但缺乏拓展國際市場的經驗和能力，往往隻服務於(yu) 寶馬等單一大集團。如果引導德國企業(ye) 和中國企業(ye) 開展跨境合作，很多項目在中國將都有百億(yi) 級的市場規模。以西門子為(wei) 例，2016年4月份，西門子與(yu) 全球規模更大的亞(ya) 麻紗製造商——金達控股有限公司共同建設的數字化工廠在浙江橫港正式投入使用。作為(wei) 中國亞(ya) 麻紗行業(ye) 的首家數字化工廠，該廠的建成標誌著西門子數字化工廠解決(jue) 方案再次成功應用於(yu) 中國本土企業(ye) ，成為(wei) 西門子助力中國製造業(ye) 轉型升級的又一個(ge) 裏程碑。西門子MESSimaticIT將先進的數字化工廠規劃、設計和管理理念引入工廠的研發、生產(chan) 及物流等各個(ge) 環節;西門子全集成自動化(TIA)解決(jue) 方案在該廠也得到了全麵的應用，幫助自動化設備與(yu) 係統實現無縫連接，縮短工時提高效率並降低設備運轉成本。
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