在“工業(yè)4.0”、數(shù)字化工廠等新概念在行業(yè)盛行之際，筆者有幸參觀了位于成都高新西區(qū)的西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品的成都生產(chǎn)研發(fā)基地(以下簡稱SEWC)，近距離地接觸了這個西門子在中國設(shè)立的首家，也是唯一一家數(shù)字工廠。“耳聽為虛，眼見為實”，本次參觀讓筆者對數(shù)字化工廠有了更進(jìn)一步的了解，對“工業(yè)4.0”有了更深切的認(rèn)知。
SEWC工廠內(nèi)景
SEWC是安貝格工廠的姊妹工廠，眾所周知，創(chuàng)建于1989年的西門子安貝格工廠被認(rèn)為是全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠，一直以來被業(yè)界認(rèn)為是德國工業(yè)4.0的雛形。而2011年立項、2013年便投產(chǎn)的SEWC也表現(xiàn)不俗，“10秒一個產(chǎn)品下線，每天一萬一千臺產(chǎn)品，百萬加工失效率(dpm)9.5，SEWC的產(chǎn)品40%發(fā)送德國全球供貨。” 西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品(成都)有限公司總經(jīng)理李永利介紹，“由于中國工業(yè)化的進(jìn)程以及西門子在工業(yè)自動化中的重要性，西門子決定把工廠建到中國這一最重要的市場之中，將西門子最新的數(shù)字化工廠平臺運用到成都工廠以保證未來20～30年中穩(wěn)步前進(jìn)。”
自動化踐行“質(zhì)量第一”運營哲學(xué)
“SEWC不是為了豎立一個樣板工廠而存在，我們的目標(biāo)在于工廠效益更好，產(chǎn)品質(zhì)量更高、交付期更短。” 李永利說強調(diào)，“當(dāng)客戶衡量產(chǎn)品時，不僅僅會思考這個產(chǎn)品本身的價格，更重要的是產(chǎn)品質(zhì)量，因為當(dāng)產(chǎn)品出故障時，給顧客帶來的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比產(chǎn)品自身的成本更高，數(shù)字化形成的強大數(shù)據(jù)流可以幫助整個工廠的管理運營并且保證所有信息全程可追溯，在縮短產(chǎn)品交付期的同時也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。”
生產(chǎn)自動化有效提高質(zhì)量，避免了人為的錯誤，降低出錯率;自動化設(shè)備工作時可以自動地收集大量數(shù)據(jù)，運作時發(fā)生的數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確地收集起來，不需要浪費人力。
物流自動化可以保證物料的過程數(shù)據(jù)的透明化和可追溯。物料進(jìn)廠開始就有自己獨特的身份，并全程記錄加工各步驟所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，任何一點細(xì)微的偏差都能做到有跡可循。而這些數(shù)據(jù)的積累、分析可以幫助幫助管理層進(jìn)行更加科學(xué)高效的決策，縮短設(shè)備調(diào)試的時間，在有效避免進(jìn)一步損失的同時，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
信息流的自動化是數(shù)字化的關(guān)鍵所在，從前期的計劃、采購、加工到交付的完整供應(yīng)鏈中，需要各個部門的協(xié)同配合，如果部門間不能實現(xiàn)信息共享，消耗在共同環(huán)節(jié)的時間成本將會成倍疊加，效率自然很低。在信息自動化的過程中，通過設(shè)備自動完成信息的記錄、交換、流動過程，尤其是當(dāng)企業(yè)的規(guī)模足夠大、加工的規(guī)模足夠復(fù)雜的時候，設(shè)備之間實現(xiàn)自主的信息流動變得十分必要。
核心系統(tǒng)打造透明工廠
“工業(yè)4.0”更多涉及的是各個設(shè)備流程功能之間，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流互動。在SEWC，產(chǎn)品生命周期和整個生產(chǎn)流程都被集成到高度自動化的工業(yè)軟件中。整座工廠的運行，都是基于這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)、PLM(產(chǎn)品全生命周期管理)、MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))、控制系統(tǒng)及供應(yīng)鏈管理，全部實現(xiàn)了無縫的信息互聯(lián)，工廠數(shù)據(jù)還能與德國生產(chǎn)基地以及美國的研發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，從而造就出了一幅透明工廠的畫面。
功能上，MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))更多的被關(guān)注，設(shè)備之間的互鎖，可追溯性等等都需要MES，它像是一張抽象的網(wǎng)絡(luò)，鏈接著生產(chǎn)、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，并可以快速抽取所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌管理。伴隨密布工廠的傳感器實時把生產(chǎn)信息傳導(dǎo)到MES系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進(jìn)行質(zhì)量管理后會把信息顯示出來。數(shù)字化系統(tǒng)把質(zhì)量信息實時同步展示的時候，連客戶也能隨時看到，實現(xiàn)了質(zhì)量信息的透明化。
PLM(產(chǎn)品全生命周期管理)軟件，不只是研發(fā)，生產(chǎn)、采購、物流都需要這個平臺上相互配合。產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)都在這個平臺上不斷豐富，任何一個環(huán)節(jié)的改變引起的各種相應(yīng)的數(shù)據(jù)改變，都能通過PLM及時準(zhǔn)確并自動地更新，之后的制作流程就會自動傳到MES，MES會根據(jù)新的制造解決方案分配產(chǎn)線和時間，從而實現(xiàn)系統(tǒng)之間的無縫集成，數(shù)據(jù)的自動更新。數(shù)據(jù)交換的自動化程度越高，出錯率越少。
工廠中的各個環(huán)節(jié)，生產(chǎn)計劃、物流、設(shè)計、生產(chǎn)、執(zhí)行等，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)并可以實時集成、交換便實現(xiàn)了透明化。透明化才能實現(xiàn)有價值的數(shù)據(jù)被最快速的找到，決策的科學(xué)性準(zhǔn)確性就了保障，就很容易的分析出每個過程存在的問題，從而進(jìn)行有針對性的優(yōu)化。
精心布局實現(xiàn)數(shù)據(jù)自主流動
現(xiàn)場參觀環(huán)節(jié)分為三個部分：運輸層、廠區(qū)和立體倉庫。首先參觀的是位于一層的運輸層，這一層只見到極少的工作人員，一箱箱的物料在導(dǎo)軌上整齊有序的運行著，每一個箱子都有條碼，當(dāng)?shù)竭_(dá)岔口的時候，都會有掃描裝置自動掃描，通過與倉庫管理軟件的“數(shù)據(jù)對話”，經(jīng)由“自動交通”的物料輸送環(huán)節(jié)，輸送到高貨架立體倉庫或者物料中間庫。還配備了幾個貨料專用的升降梯，方便了生產(chǎn)層與運輸層的貨料傳輸。據(jù)介紹，物料從物料間升入車間后，工人按照電腦顯示屏上的電子任務(wù)單，開始裝配、包裝等工作。任務(wù)完成后，他只需按下工作臺上的按鈕，流水線上的傳感器就會掃描產(chǎn)品的條碼信息，記錄它在這個工位的數(shù)據(jù)。MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))將以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎(chǔ)，向控制系統(tǒng)下達(dá)指令，指揮物流小車將產(chǎn)品送去下一個目的地。
導(dǎo)軌傳送半成品
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(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(dǎo)軌轉(zhuǎn)移到設(shè)備的導(dǎo)軌上，將產(chǎn)品移動到某臺設(shè)備之中完成相應(yīng)工序。大部分設(shè)備是自動生產(chǎn)，個別工位采用人工。
參觀平臺旁邊通過兩個電子屏展示了西門子數(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)可以實時顯示質(zhì)量看板，通過不斷鉆取，查詢出現(xiàn)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。
立體倉庫
接下來進(jìn)入立體倉庫，走到原材料的存放處，是兩個高達(dá)18米的自動化高位貨架，采購的物料經(jīng)過質(zhì)量檢驗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4萬箱貨位，物料的存取并不用叉車搬運，而是通過“堆取料機”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。根據(jù)后臺的數(shù)據(jù)提示，這兩部取料機依靠數(shù)字定位迅速地抽出對應(yīng)的原材料，并通過自動傳輸軸，馬上傳送到生產(chǎn)車間。運動控制精度很高，實現(xiàn)了物流管理的全自動，通過生產(chǎn)訂單驅(qū)動，到自動倉庫取貨和補貨，出錯率幾乎為零。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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