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數(shù)字化工廠:制造業(yè)的未來——從西門子成都工廠看工業(yè)4.0

http://www.bfqmb.cn 2014-10-14 16:09 來源:中國科學報

  

西門子成都工廠員工工作臺

  在制造業(yè)大亨西門子看來,數(shù)字化工廠將是制造業(yè)的未來。

  近日,當《中國科學報》記者走進西門子工業(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)時也不禁感嘆:這里確實像是一座“未來工廠”——寬敞的廠房里只有二三十名工人在工作,大多數(shù)工序都是自動完成的。

  要知道,該廠籌建時,當?shù)卣淖畲笤竿窃黾泳蜆I(yè)。而采用了數(shù)字化制造技術的工廠雖然員工數(shù)量遠低于預期,卻帶來了更大的驚喜:它是西門子在德國以外的首家數(shù)字化工廠,也許在不久的將來,還將成為中國首家符合“工業(yè)4.0”要求的工廠。

  工業(yè)4.0是今年的一大熱詞。其實,不管是全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡、德國工業(yè)4.0,還是正在醞釀的《中國制造2025》規(guī)劃,都說明了一個問題:下一輪工業(yè)升級已經(jīng)提上日程。

  “透明工廠”

  來到“天府之國”,連西門子的生產(chǎn)線造型都別致起來——外形頗似“回轉壽司”。而當記者近距離觀察之后,才發(fā)現(xiàn)其真正的魅力——員工在需要物料時,不必去倉庫選取,只要輕觸面前的電腦顯示屏,所需物料就會自動準確地送來,其“點餐送餐”的客戶體驗甚至強于真正的回轉壽司。

  當然,數(shù)字化帶來的革命性改變遠不止如此。西門子成都工廠實現(xiàn)了從產(chǎn)品設計到制造、物流配送全過程的高度數(shù)字化。

  所謂“數(shù)字化”,其實不難理解。這里的每件產(chǎn)品都有自己的數(shù)據(jù)信息,貫穿研發(fā)、生產(chǎn)、物流的各個環(huán)節(jié),實時保存在數(shù)據(jù)平臺中。而這座工廠的運行,正是基于這些數(shù)據(jù)和貫穿產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的五大系統(tǒng),實現(xiàn)了無縫的信息互聯(lián),打造出了所謂的“透明工廠”。

  “數(shù)字化的第一步就是讓工廠透明起來,沒有透明就沒有數(shù)字化。”西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地卓越運營部經(jīng)理戴霽明告訴《中國科學報》記者,數(shù)字化制造不僅是生產(chǎn)數(shù)字化,更是整個產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化。

  實際上,如何實現(xiàn)研發(fā)和生產(chǎn)的無縫銜接是所有企業(yè)的共同課題。數(shù)字化工廠用技術手段打通了從研發(fā)到生產(chǎn)、物流的全部鏈條,所有的圖紙、產(chǎn)品流、數(shù)據(jù)庫、物料流等都可以用數(shù)字手段模擬實現(xiàn),通過數(shù)據(jù)共享避免了信息傳輸壁壘,實現(xiàn)生產(chǎn)和研發(fā)的互動。

  此外,西門子成都工廠還實現(xiàn)了柔性生產(chǎn)和混線生產(chǎn),一條生產(chǎn)線可以同時生產(chǎn)4種型號的產(chǎn)品,小批量也能生產(chǎn),真正實現(xiàn)定制化。過去,生產(chǎn)線對產(chǎn)品一致性要求很高,大部分生產(chǎn)線每年只生產(chǎn)一種產(chǎn)品,而現(xiàn)在的市場趨勢是訂單多元化、零散化。“這種生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自我優(yōu)化帶有一定工業(yè)4.0特色。”戴霽明評價稱。

  實際上,傳統(tǒng)工廠如果要實現(xiàn)混線生產(chǎn),極易出現(xiàn)差錯,而西門子全集成自動化解決方案在很大程度上替代了人類的大腦、視覺和手臂,大量工作由后臺數(shù)據(jù)庫和計算機完成。據(jù)悉,成都工廠產(chǎn)品的一次通過率可達到99%以上;產(chǎn)品交貨時間比西門子其他中國工廠縮短了50%。

  高效、柔性、快速,這就是數(shù)字化為制造業(yè)帶來的變化。

  工業(yè)4.0之路

  西門子成都工廠在德國的姊妹工廠——安貝格電子制造工廠(EWA)今年9月剛剛迎來成立25周年紀念。

  多年以來,科學家一直在探討未來制造業(yè)將發(fā)生哪些變化,盡管他們得出的遠景不盡相同,但都基于一個共識:端對端的數(shù)字化。EWA正是這樣一所工廠。

  在EWA,生產(chǎn)設備和計算機可以自主處理75%的價值鏈,只有剩余1/4的工作需要人工完成。自建成以來,EWA的生產(chǎn)面積沒有擴張,員工數(shù)量也幾乎未變,產(chǎn)能卻提升了8倍,平均1秒即可生產(chǎn)一個產(chǎn)品。同時,產(chǎn)品質量合格率高達99.9988%,全球沒有任何一家同類工廠可以匹敵。

  西門子股份公司首席技術官魯思沃認為:“我們目前采用的生產(chǎn)方式在不久的將來一定會成為眾多制造廠所遵循的標準。”西門子股份公司總裁兼首席執(zhí)行官凱颯則指出,EWA指明了未來工業(yè)4.0時代制造業(yè)的發(fā)展方向。

  EWA建于1989年,起初只是一家普通的工廠,但后來不斷采用自動化和數(shù)字化技術,結合西門子全球300多家工廠總結的生產(chǎn)經(jīng)驗,并創(chuàng)造出工具來持續(xù)改善,直到最近幾年,才正式定義為“數(shù)字化工廠”。

  這也解釋了為什么數(shù)字化工廠會誕生在西門子。

  “西門子立足制造,不喜歡外包,通過數(shù)字化方式來避免人的差錯已經(jīng)成為一種企業(yè)文化和追求。”戴霽明說。

  實際上,為了實現(xiàn)數(shù)字化制造,西門子布局已久。傳統(tǒng)印象中,西門子是一家硬件公司。但現(xiàn)在,西門子在全球擁有軟件開發(fā)人員1.75萬名,其數(shù)量甚至可以媲美世界頂尖的軟件公司。目前,全球最大的20家航空企業(yè)中,19家使用了西門子的控制軟件;25家最大的整車企業(yè)中,超過20家使用了其管理系統(tǒng)。

  要說轉型,西門子早已邁上了通向工業(yè)4.0的大道。不過目前西門子高層普遍認同:要真正實現(xiàn)工業(yè)4.0,至少還需要10年的時間。

  助力中國制造業(yè)升級

  金融危機之后,傳統(tǒng)制造業(yè)正在世界范圍內(nèi)“王者歸來”,我國也試圖抓住新一輪工業(yè)革命的機遇,從工業(yè)大國轉變?yōu)楣I(yè)強國。

  但是,一個現(xiàn)實的挑戰(zhàn)是:低廉的勞動力成本已經(jīng)不再是“中國制造”在全球市場上的優(yōu)勢,制造企業(yè)對于變革的需求尤為迫切。

  眾多在華跨國公司也都經(jīng)歷過降低成本來貼近中國用戶需求的歷程。西門子(中國)有限公司高級副總裁兼中國研究院院長朱驍洵告訴《中國科學報》記者:“這條路最終的方向是以中低端產(chǎn)品為主要的創(chuàng)新目標,但也容易走入一個陷阱——如果創(chuàng)新永遠被成本所束縛,其方向必然有限。”

  在朱驍洵看來,數(shù)字化創(chuàng)新“相當有意思”,因為它可以打破成本對創(chuàng)新的限制。

  例如,國內(nèi)某制造企業(yè)近日開始向國外出口產(chǎn)品,隨著出口量增大,售后服務成為大難題,人力成本的增長已經(jīng)遠遠超出盈利的邊界。通過同西門子的合作,該企業(yè)對生產(chǎn)線進行數(shù)字化改造,今后,所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)將實時傳輸?shù)皆破脚_,不再需要售后服務人員守在生產(chǎn)線上,大大節(jié)省了人力成本。

  戴霽明指出,應對“制造2025”有三大難點:穩(wěn)定質量、按時交貨和控制成本。為了增強企業(yè)競爭優(yōu)勢,必須盡可能地縮短產(chǎn)品上市時間。而通過數(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)劃質量,可以降低制造成本13%;在新產(chǎn)品上市比例、營運利潤率等多個方面,數(shù)字化工廠的指標均遠遠高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。

  “數(shù)字化不止是西門子的發(fā)展方向,也是整個社會的大趨勢。對西門子來說,在中國的數(shù)字化創(chuàng)新好戲剛剛開始。”朱驍洵說。

  數(shù)字化制造帶來的不只是炫目的科技,還有實實在在的收益和支撐企業(yè)長遠發(fā)展的競爭力,并支持未來中國制造可持續(xù)發(fā)展。西門子成都工廠只是一個縮影,中國制造業(yè)的數(shù)字化藍圖正慢慢展開。

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