未來的工廠

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(biāo)。大量吊臂、機(jī)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(diǎn)擊鼠標(biāo)確定設(shè)計(jì)方案，產(chǎn)品將這樣誕生：貼著射頻識別（RFID）標(biāo)簽的物料通過軌道從高位貨架自動進(jìn)場，綠色的傳感器讀取標(biāo)簽指揮它該進(jìn)入的下一道工序，來到組裝環(huán)節(jié)后，機(jī)器人就會根據(jù)標(biāo)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(jìn)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(biāo)簽，標(biāo)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(shí)現(xiàn)追溯。

這原本是西門子德國安貝格電子制造工廠的運(yùn)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(jī)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(xiàng)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(jì)與規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了真正的“所見即所得”。

而菲亞特的白車身生產(chǎn)線項(xiàng)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(jī)器人同時工作?！斑@個18臺機(jī)器人工作臺的復(fù)雜性，相當(dāng)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(jī)械工程部經(jīng)理丁裕冬解釋，每個機(jī)器人的個頭比人還大一點(diǎn)，而且有些機(jī)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(diǎn)上需要錯開。

這對機(jī)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?！拔覀兎抡媪怂械陌总嚿碜鳂I(yè)單元，從點(diǎn)焊開始，一直到螺柱焊、激光焊等更加先進(jìn)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(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊作業(yè)，而另外兩個機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)，兼顧美觀同時控制了成本?！笨埋R機(jī)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(xiàng)目一系列頂尖的仿真測試，并節(jié)省了60%的試驗(yàn)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(jìn)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(jì)中的缺陷和問題，縮短大量在現(xiàn)場真實(shí)操作的時間。而按照傳統(tǒng)做法，這樣短的項(xiàng)目交付周期是無法想象的：每個作業(yè)環(huán)節(jié)單獨(dú)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(jìn)行調(diào)試?！癟ecnomatix具有補(bǔ)償調(diào)校功能，可以保證生產(chǎn)線仿真的精準(zhǔn)度達(dá)到98%，有助于減少車間中的返工次數(shù)。”Siemens PLM Software大中華區(qū)市場總監(jiān)權(quán)奎奭說。

事實(shí)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(jìn)行產(chǎn)品功能試驗(yàn)，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(jī)器協(xié)作

柯馬利用Siemens PLM Software軟件實(shí)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(jìn)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(shí)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(jī)器通過信息技術(shù)進(jìn)行溝通互動，實(shí)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(dú)。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(shí)時任務(wù)單數(shù)據(jù)就可以了。生產(chǎn)訂單自動下達(dá)，生產(chǎn)計(jì)劃、物料管理等數(shù)據(jù)也會實(shí)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(dāng)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(rèn)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(dá)指令，指揮小車將它送去下一個目的地。

在到達(dá)下一個工序前，產(chǎn)品要通過“嚴(yán)格”的檢驗(yàn)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(diǎn)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(jī)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(diǎn)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(yùn)達(dá)物流中心或立體倉庫。

改變“制造”

數(shù)字化生產(chǎn)只是實(shí)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(jì)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(shí)施可行性等各方面因素，都可能導(dǎo)致圖紙進(jìn)行無數(shù)次修改。只要設(shè)計(jì)改變，其他環(huán)節(jié)也都要相應(yīng)做出改變?！坝蒚eamcenter進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，在開始設(shè)計(jì)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(jī)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(jìn)行同步和仿真。這樣的方式就可以解決設(shè)計(jì)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(xì)和精準(zhǔn)，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(xí)慣、設(shè)備穩(wěn)定性進(jìn)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(diǎn)，它們都會實(shí)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(yùn)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(fèi)用。一旦工廠運(yùn)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(jì)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”。