劉燕
西門子希望把成都樣板間復(fù)制到中國更多客戶的工廠去,幫助它們成為下一個“Siemens”。
工廠車間里明亮、潔凈,為數(shù)不多的幾個工人站在電腦旁不時盯著屏幕、敲擊鼠標。大量吊臂、機器人、電子屏、電腦、布滿傳感器的流水線,被有序地安放在一個固定又能靈活調(diào)配的工位上,正通力合作全面開工。
在接到一批空皂液瓶的生產(chǎn)訂單后,工人只需點擊鼠標確定設(shè)計方案,產(chǎn)品將這樣誕生:貼著射頻識別(RFID)標簽的物料通過軌道從高位貨架自動進場,綠色的傳感器讀取標簽指揮它該進入的下一道工序,來到組裝環(huán)節(jié)后,機器人就會根據(jù)標簽識別為瓶子套上黑色或是白色瓶蓋。皂液瓶帶著數(shù)字記憶與無線信號和生產(chǎn)環(huán)境進行信息交換,自動完成了生產(chǎn)全過程。
此外,每個裝有產(chǎn)品的箱子上也都貼有專屬標簽,標簽上的二維碼記錄了它們在整個生產(chǎn)過程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)、配件信息。一旦某個批次的產(chǎn)品出現(xiàn)問題需要檢測,只要去讀取相應(yīng)的二維碼就可以實現(xiàn)追溯。
這原本是西門子德國安貝格電子制造工廠的運作場景,現(xiàn)在它以同樣的面貌被復(fù)制在中國成都。于是,在人、機器和信息數(shù)據(jù)互聯(lián)的推動下,工業(yè)數(shù)字制造在中國有了新故事。
所見即所得
接到為菲亞特(中國)制造一條完整白車身生產(chǎn)線的訂單時,柯馬(上海)的數(shù)字化改造已經(jīng)持續(xù)了3年時間。2008年,柯馬使用的生產(chǎn)線規(guī)劃工具僅僅是Office軟件,在一個重要項目中,它們選擇了Siemens PLM Software仿真軟件Tecnomatix的新版本Process Designer和Process Simulate解決方案,第一次引入用于生產(chǎn)線和作業(yè)單元的仿真測試,把Office軟件中生硬的二維線條變成了3D場景,設(shè)計與規(guī)劃實現(xiàn)了真正的“所見即所得”。
而菲亞特的白車身生產(chǎn)線項目又加大了難度,最核心的問題在于,在一個焊接工位上會有18臺機器人同時工作?!斑@個18臺機器人工作臺的復(fù)雜性,相當于一個常規(guī)面積的工位,18個人同時在上面工作?!笨埋R(上海)工程有限公司機械工程部經(jīng)理丁裕冬解釋,每個機器人的個頭比人還大一點,而且有些機器人在同一個區(qū)域焊接,所用的焊槍型號也不同,所以在一個時間點上需要錯開。
這對機器人工作程序的編寫精確度要求非常高,同時還要避免出現(xiàn)通信干擾。“我們仿真了所有的白車身作業(yè)單元,從點焊開始,一直到螺柱焊、激光焊等更加先進的技術(shù)。通過仿真測試,我們向客戶交付了一個車頂焊接工作站,其中兩個機器人進行點焊作業(yè),而另外兩個機器人進行焊接作業(yè),兼顧美觀同時控制了成本。”柯馬機械工程部工藝工程經(jīng)理Riccardo Piegaia說。
最終,柯馬僅用20名工程師花了近半年的時間,就完成了菲亞特項目一系列頂尖的仿真測試,并節(jié)省了60%的試驗成本。通過在虛擬環(huán)境中仿真生產(chǎn)過程,可以虛擬和判斷出生產(chǎn)或者規(guī)劃中可能出現(xiàn)的矛盾、缺陷、不匹配,所有情況都可以用這種方式進行事先的仿真,使工作人員在試產(chǎn)前就能夠及時調(diào)整設(shè)計中的缺陷和問題,縮短大量在現(xiàn)場真實操作的時間。而按照傳統(tǒng)做法,這樣短的項目交付周期是無法想象的:每個作業(yè)環(huán)節(jié)單獨完成后,把各自生產(chǎn)好的部件帶到現(xiàn)場去安裝,再不斷地與客戶溝通反復(fù)進行調(diào)試?!癟ecnomatix具有補償調(diào)校功能,可以保證生產(chǎn)線仿真的精準度達到98%,有助于減少車間中的返工次數(shù)?!盨iemens PLM Software大中華區(qū)市場總監(jiān)權(quán)奎奭說。
事實上,在航空和汽車等行業(yè)已有超過900萬名許可用戶在使用Siemens PLM Software產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM)軟件,早在規(guī)劃階段進行產(chǎn)品功能試驗,通過在虛擬工廠中仿真生產(chǎn)流程,該軟件縮短了生產(chǎn)規(guī)劃周期。
人與機器協(xié)作
柯馬利用Siemens PLM Software軟件實現(xiàn)了“虛擬式生產(chǎn)”,而這只是“數(shù)字化制造”對生產(chǎn)模式進行改造的一部分。而作為一個數(shù)字制造工廠的樣板間,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”),造就了另一個透明工廠的生產(chǎn)畫面。
在這里每一件新產(chǎn)品都擁有自己的數(shù)據(jù)信息,這些數(shù)據(jù)信息全部實現(xiàn)了無縫的互聯(lián),并在研發(fā)、生產(chǎn)、物流的各個環(huán)節(jié)中被不斷豐富,它們構(gòu)成了一個全新的生產(chǎn)制造體系,在任意一個完整的生產(chǎn)環(huán)節(jié),都不再需要上百人的工人分工完成,取而代之的是人與機器通過信息技術(shù)進行溝通互動,實現(xiàn)更為精確的生產(chǎn)協(xié)作。
王云龍畢業(yè)于成都某院校的電子信息專業(yè),是西門子成都工廠PLC(可編程控制器)裝配工位上的一名普通員工。來到這個不一樣的工廠,他的工作顯得有些孤獨。他不需要手工抄寫任務(wù)單,更不用與不同生產(chǎn)線交流,只要對著工作臺前方的電腦屏幕,就能從每隔一秒更新一次的實時任務(wù)單數(shù)據(jù)就可以了。生產(chǎn)訂單自動下達,生產(chǎn)計劃、物料管理等數(shù)據(jù)也會實時傳送。
在王云龍的工作臺上有5個不同的零件盒,每個零件盒上都配有指示燈。當自動引導(dǎo)小車送來一款待裝配的產(chǎn)品時,傳感器都會掃描產(chǎn)品條碼信息并顯示在電腦顯示屏上,然后相應(yīng)所需零件盒上的指示燈亮起,王云龍就知道該安裝什么零件,并且即使換另外一種產(chǎn)品王云龍也不會裝錯。
確認裝配好的產(chǎn)品之后,王云龍只需按下工作臺上的一個按鈕,自動化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)。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)下達指令,指揮小車將它送去下一個目的地。
在到達下一個工序前,產(chǎn)品要通過“嚴格”的檢驗程序,以王云龍裝配生產(chǎn)線為例,在整個生產(chǎn)過程中針對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測節(jié)點就超過20個。其中,視覺檢測是數(shù)字化工廠特有的質(zhì)量檢測方法,相機會拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像作比對,一點小小的瑕疵都逃不過。
在經(jīng)過多次裝配并接受過多道質(zhì)量檢測后,成品將被送到包裝工位。再經(jīng)過人工包裝、裝箱等環(huán)節(jié),一箱包裝好的自動化產(chǎn)品就會通過升降梯和傳送帶被自動運達物流中心或立體倉庫。
改變“制造”
數(shù)字化生產(chǎn)只是實現(xiàn)工業(yè)4.0的第一步,未來是要完成全廠從管理、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化,而這不僅僅在改變著制造方式本身。
在西門子成都工廠總經(jīng)理Andreas Bukenberger看來,數(shù)字化制造也帶來分工協(xié)作上的變革。以前的流程是,研發(fā)部門先出一版設(shè)計圖紙給采購、生產(chǎn)部門,生產(chǎn)部門完成后介入質(zhì)量部門,在這個過程中,設(shè)備采購成本、實施可行性等各方面因素,都可能導(dǎo)致圖紙進行無數(shù)次修改。只要設(shè)計改變,其他環(huán)節(jié)也都要相應(yīng)做出改變。“由Teamcenter進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理,在開始設(shè)計時數(shù)據(jù)平臺就已經(jīng)在后臺共享,研發(fā)上面說做出來的數(shù)據(jù),可以通過軟件直接傳送到輸送機床上,而制造環(huán)節(jié)也會有各種各樣參數(shù)要求,例如我們的加工軌道的寬度、檢測精度。這些數(shù)據(jù)都可以和研發(fā)數(shù)據(jù)進行同步和仿真。這樣的方式就可以解決設(shè)計制造融合的時間問題,使之速度更快?!?/p>
同樣,高效的數(shù)字化系統(tǒng)也使生產(chǎn)更加精細和精準,對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的提升不言而喻。如果一個傳統(tǒng)工廠開始工作,在購買設(shè)備、召集生產(chǎn)線工程師的同時,還需要用大量時間,對每個人的操作習慣、設(shè)備穩(wěn)定性進行研究和調(diào)整。但是,如果把所有的變量輸入系統(tǒng)并建模,就可以在拿到這些數(shù)據(jù)以后,直接放到生產(chǎn)中去,可以使整個生產(chǎn)變得方便和高效。另一方面,這一切只需要一個軟件工程師通過系統(tǒng)來做,而不再需要大量生產(chǎn)線的工業(yè)工程師。
“我們的生產(chǎn)線上有超過50個質(zhì)量監(jiān)控點,它們都會實時向后臺發(fā)送一個數(shù)據(jù)。然后每20分鐘就會生產(chǎn)一個質(zhì)量報告,報告出現(xiàn)在工廠的質(zhì)量狀態(tài),這個時候,我們就可以根據(jù)這些質(zhì)量狀態(tài),去找出問題做質(zhì)量的監(jiān)管,保證產(chǎn)品的質(zhì)量隨時在可控狀態(tài)中?!蔽鏖T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)理戴霽明說。
而在產(chǎn)品開發(fā)的更早期,數(shù)字化制造也在發(fā)揮著作用。成本核算往往是產(chǎn)品生產(chǎn)后期才執(zhí)行,這導(dǎo)致了一些問題:開發(fā)人員向采購專員尋求意見時,規(guī)劃工作已開展了一段時間,以至于任何變更都會導(dǎo)致巨大的額外費用。一旦工廠運作系統(tǒng)中納入成本核算解決方案,它可以持續(xù)不斷地更新所有影響到成本的變化因素。這意味著可以隨時執(zhí)行采購價格分析,并且可以快速估算出設(shè)計和制造替代方案的成本。
“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%?!盇ndreas Bukenberger說。西門子希望把成都樣板間復(fù)制到中國更多客戶的工廠去,幫助他們成為下一個“Siemens”。