在工業(yè)4.0的時代圖景下，制造業(yè)正在發(fā)生一場怎樣的變革?作為制造業(yè)基礎組織單元的“工廠”，將會迎來一次怎樣的顛覆?

　　變革的時代，新鮮的概念、前沿的理念層出不窮。而一個有說服力、有參照價值的樣本，或許能給身處變革大潮之中的佛山，帶來更多鮮活的印象與具象的感觸。

　　在距離佛山數(shù)千公里外的成都市西北角，距離郫縣縣區(qū)3公里處，坐落著一座看似普通的“特殊工廠”。

　　這座正式投產(chǎn)僅一年多的工廠內，設置了一個由各種系統(tǒng)組合而成的全集成自動化流程展示圖。展示圖中，工廠的處理系統(tǒng)相當于大腦，連接網(wǎng)絡如同它的神經(jīng)，驅動系統(tǒng)就像是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子。事實上，這個仿如人體系統(tǒng)一樣的工廠內，“數(shù)據(jù)”是從研發(fā)到生產(chǎn)到管理和配送，每個環(huán)節(jié)機器間溝通的“語言”。

　　這樣一座以數(shù)字化為中心，通過自動化設備和各種軟件互聯(lián)互通的工廠，正是西門子在中國設立的首家數(shù)字化工廠——-西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地(SEWC)。

　　近日，帶著為佛山“智能制造”尋找樣本，為“車間進化”探訪案例的意圖，記者前往成都，實地揭秘一座短短一年內就接待了4000名考察訪客的前沿工廠。

　　驅動系統(tǒng)是肌肉 傳感系統(tǒng)是眼鼻自動化工廠“被想象成人體”

　　西門子成都數(shù)字工廠在投產(chǎn)后意外地成為了“景點”，甚至EMBA課程也把它列入其中當成一個案例研究。這座強調“數(shù)字化”的工廠，首先是一個實現(xiàn)了全集成自動化的“人體”，相比同類型普通工廠節(jié)省人員近50%，最大程度實現(xiàn)自動化的物流配送。這不僅節(jié)省了占地和勞動力，還如同一個“聰明的小護士”，知道什么時候要給“醫(yī)生”(工廠)遞怎樣的“手術刀”(物料)。

　　當迎來一個又一個的參觀者時，西門子也感到有些意外。

　　這座占地35300平方米，外形與普通工廠無異，被西門子命名為“工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地”(以下簡稱“SEWC”)的全新工廠，在一年半前正式投產(chǎn)運營。對外開放后，這座由西門子在中國設立的首家，也是唯一一家數(shù)字工廠，意外地成為成都高新區(qū)內一個新“景點”。

　　“從2013年9月正式運營起，一年內相繼來參觀的人就達到4000人。”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)理戴霽明對南方日報記者表示，這些慕名而來的訪客來自美國、以色列、中國等，包括官員、企業(yè)家、客戶等，甚至一些大學也把SEWC列入EMBA課程的一個研究案例。

　　事實上，作為西門子在全球建立的首家數(shù)字工廠，德國安貝格工廠建于25年前。但僅用一年多的時間，位于成都的SEWC的生產(chǎn)質量就已與德國安貝格工廠看齊。目前SEWC的產(chǎn)品合格率達到99.85%。“以投產(chǎn)一年多的時間來看，這是非常好的成績。”西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地副總經(jīng)理李永利說。

　　如同SEWC的命名，數(shù)字化工廠是一座強調“數(shù)字化”的“機體系統(tǒng)”，它首先實現(xiàn)了全集成的自動化。

　　“我們把自動化后的工廠想象成人體。”戴霽明說。在SEWC參觀走廊上，一個被稱為全集成自動化的展示板中，貼滿了各種各樣的工業(yè)系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)卻各自擁有“特殊”的名稱。

　　在這座到處都是傳感器的工廠里，戴霽明指著展示板說道，工廠的處理系統(tǒng)就相當于大腦，連接下面的網(wǎng)絡就是它的神經(jīng)，驅動系統(tǒng)就是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子，這樣形成一個像人一樣自動運轉的整體。

　　基于全集成自動化，在SEWC參觀走廊的下方，僅占用工廠十分之一占地面積的生產(chǎn)車間內，并沒有普通工廠常見的傳統(tǒng)的物料暫存區(qū)。“所有產(chǎn)品完成生產(chǎn)后直接由產(chǎn)線發(fā)出，進入物流中心進行配送。”戴霽明說。

　　從整個生產(chǎn)工序來看，工廠從自動取料開始，先進行印刷電路板的工段，之后進行貼片、穿孔等全部已經(jīng)實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)工序，再統(tǒng)一送到車間中轉庫，由其進行生產(chǎn)線分配后再組裝。

　　在這樣的產(chǎn)線上，只有幾名工人不時看著屏幕上的數(shù)字化看板。看板上，紅、黃、綠三種顏色代表著物料的數(shù)量。每當物料經(jīng)過工人座位上的掃描槍，就會實現(xiàn)自動掃描，若物料出現(xiàn)短缺，就會馬上傳送到自動物流倉庫。

　　這個被稱為自動物流系統(tǒng)的部門，走到原材料的存放處，是兩個高達18米的自動化高位貨架，兩部高速運轉的取料機如同人一樣。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的原材料，并通過自動傳輸軸，馬上傳送到生產(chǎn)車間。

　　“當物料需求的信息傳導到自動物流倉庫，倉庫最長只需要30分鐘就能把物料送到車間。”戴霽明表示，這套自動化系統(tǒng)不僅替代了大量的員工，而且還可以實現(xiàn)小批量多批次的發(fā)貨。“整套系統(tǒng)就像聰明的護士，它知道醫(yī)生(工廠)什么時候需要它傳遞什么樣的手術刀(物料)。”

　　而這樣一個管理著2萬多個箱子的物流部門，僅有12個人。按照傳統(tǒng)工廠的“三班倒”，這意味著每一個生產(chǎn)班次中僅有4名員工負責管理物流倉儲。

　　事實上，來自SEWC提供的情況顯示，在該工廠內僅有350人，其中生產(chǎn)車間員工僅100人。“以平均水平來看，數(shù)字化工廠的人員相比傳統(tǒng)工廠節(jié)省30%到50%的人員。”李永利說。

　　“數(shù)據(jù)”成機器之間的“語言”近百款軟件實現(xiàn)互聯(lián)式溝通

　　與普通的工廠相比，SEWC在使用ERP，PLM等軟件時，最大不同是實現(xiàn)了所有軟件的互聯(lián)互通，以及虛擬和現(xiàn)實的交互。這是追隨者要學習攻克的難點，也是邁向工業(yè)4.0的關鍵點。而同樣借助軟件，在SEWC中進行的所有研發(fā)都靠“電腦”完成，只有在最終生產(chǎn)時才“落地”變現(xiàn)。

　　但所謂數(shù)字化工廠，并不僅僅停留在通過全集成自動化來減少產(chǎn)線上的藍領員工。李永利表示，數(shù)字工廠內借助大量不同的軟件，以此實現(xiàn)對于部分“白領”群體的“替代”，即企業(yè)生產(chǎn)管理層面的效率提升。

　　“我們工廠內正在使用的軟件至少有數(shù)十到近百類。”戴霽明說，這些軟件的單個或多個使用在國內其實很普遍，比如ERP、SAP等。“但數(shù)字化工廠與傳統(tǒng)工廠最大的不同是，我們所有軟件之間的數(shù)據(jù)都實現(xiàn)了打通，系統(tǒng)之間實現(xiàn)了互聯(lián)互通。”

　　而要實現(xiàn)不同軟件、系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通既是最大的難點，也是數(shù)字工廠邁向工業(yè)4.0的重要一點。正如在烏爾里希·森德勒主編的《工業(yè)4.0——即將來襲的第四次工業(yè)革命》中提到的，“軟件是工業(yè)的未來”，并強調“通過軟件的交互性并不僅僅是在生產(chǎn)層面，還在于業(yè)務層面”，也就是說，“通過工業(yè)軟件，實現(xiàn)了虛擬和現(xiàn)實的交互。”

　　在SEWC內部，要讓數(shù)據(jù)成為機器之間溝通的“語言”，其中重要的一點是，采用擁有彷如“中樞神經(jīng)”一樣的“數(shù)據(jù)管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內不同的軟件、系統(tǒng)和部門都可以實時摘取數(shù)據(jù)，或實時導入數(shù)據(jù)。

　　在SEWC三樓的工廠參觀走廊上，一個工業(yè)顯示屏上實時地顯示著工廠內部不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)。戴霽明用手指點擊屏幕上的“工廠原材料配送實時情況”一欄，“你看，屏幕里顯示有一塊物料剛出倉。再過一會兒，它馬上就被送到車間來了。”

　　各類軟件的互聯(lián)后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)了交互，也讓整個工廠的運轉變得更有效率。

李永利舉例，比如有一款產(chǎn)品的元器件發(fā)生了變化，首先Teamcenter會釋放這一數(shù)據(jù)給財務系統(tǒng)中的SAP軟件，以此更改原材料。隨之如果可能發(fā)生價格變化的話，采購系統(tǒng)也會自動更新。

　　基于元器件的變化，到了制造環(huán)節(jié)，涉及到原材料的使用就存在兩個版本。李永利表示，借助MES軟件，產(chǎn)線就能自動了解到什么時候應該用哪一種元器件，生產(chǎn)哪一個版本。而MES軟件的數(shù)據(jù)統(tǒng)一是來自于Teamcenter。

　　簡而言之，在SEWC工廠內，一旦產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)生變化，只要研發(fā)人員和制造人員在Teamcenter中進行數(shù)據(jù)更改，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，“到時候一樣可以計算出，工人到幾點幾分會生產(chǎn)什么產(chǎn)品，因為MES能精確的計算出每件產(chǎn)品的耗時。”李永利說。

　　當這些工作都不再通過具體的人去溝通后，工廠的生產(chǎn)管理效率自然大大得到提高。

　　而同樣是借助軟件，工廠的研發(fā)也實現(xiàn)了“數(shù)字化”。一般的工廠在進行研發(fā)時，從定義產(chǎn)品時涉及的市場分析，開發(fā)產(chǎn)品時大量的分工討論，乃至到最后生產(chǎn)產(chǎn)品時生產(chǎn)線的設計和調試，往往周期長，投入大。但在SEWC內，工廠卻是通過借助軟件和3D打印，大大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

　　SEWC里一塊名為NX計算機輔助系統(tǒng)的屏幕上，展示了這一過程。“我們會先做出一個虛擬的樣機。”戴霽明表示，在軟件的支持下，虛擬的樣機能夠模擬包括如力學、熱力學等電器性能，在完成測試后，工廠再用3D打印等方式做模具。

　　“以前改模一般都需要5到6次以上，但現(xiàn)在縮短到只需要1到2次。”他說。

　　而到了生產(chǎn)線設計和調試時，同樣通過仿真軟件，只要把各種數(shù)據(jù)輸入軟件，以此模擬產(chǎn)線，只要看著系統(tǒng)的運轉，就能馬上看出要如何做調試。

　　也就是說，工廠的研發(fā)幾乎都在“電腦”中進行。而唯有最終確定生產(chǎn)線設計方案后，才真正“落地”變現(xiàn)。

　　“混線生產(chǎn)”應對小批量定制出現(xiàn)質量問題會“自我舉報”

　　細心觀察SEWC的生產(chǎn)線，會發(fā)現(xiàn)一條產(chǎn)線上同時生產(chǎn)多款產(chǎn)品。利用交替生產(chǎn)的方式，SEWC首先保證不同批量的產(chǎn)品實現(xiàn)交貨期穩(wěn)定，同時讓特殊的系統(tǒng)成為產(chǎn)線上的“導游”，指引不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，甚至在產(chǎn)品“堵車”時管制“交通”。而一切的數(shù)據(jù)互聯(lián)，最終還能讓工廠實現(xiàn)自我的質量監(jiān)控，以此實現(xiàn)數(shù)字化工廠“質量第一”的目標愿景。

　　當“數(shù)字”成為了SEWC內不同部門、不同系統(tǒng)之間溝通交流的“語言”，成為如同一個生命有機體的“血液”后，數(shù)字化制造并不僅僅體現(xiàn)在提高生產(chǎn)效率，它還體現(xiàn)在對“柔性化生產(chǎn)”、“智能制造”的探索和實現(xiàn)。

　　在SEWC的生產(chǎn)線上，如果細心地去看，會發(fā)現(xiàn)同一條產(chǎn)線軸上正在運載的產(chǎn)品并非同一的產(chǎn)品。

　　“這是未來制造中常提到的‘柔性化生產(chǎn)’，我們在具體運作中，叫混線生產(chǎn)。”戴霽明表示，一般情況下，工廠接到的訂單往往是十分零散，且訂貨數(shù)量和交貨周期都不同。在這種情況下，按照普通工廠專線專用的方式，如果是大批量的產(chǎn)品，每次生產(chǎn)同樣的產(chǎn)品，且物流準備和工人操作也比較熟練，生產(chǎn)線的效率自然會比較高。但一旦涉及到多個小批量訂單，就可能會出現(xiàn)小批量訂單交貨周期不穩(wěn)定且偏長的問題。

　　“為此，我們把大單拆成小單，交替生產(chǎn)，這樣大家得到的交貨期就是穩(wěn)定的。”戴霽明說道，但要實現(xiàn)一條生產(chǎn)線上同時生產(chǎn)不同類型的產(chǎn)品，就很容易出錯。

　　這種既要實現(xiàn)混線生產(chǎn)，又要避免出錯，西門子成都數(shù)字工廠如何實現(xiàn)?答案是借助MES系統(tǒng)，充當產(chǎn)線上的“導游”。

　　為使用MES系統(tǒng)來管理混線訂單，工廠在產(chǎn)線上密布很多傳感器。每當有一個配件經(jīng)過特定的地方，就會由RFID進行識別，之后MES系統(tǒng)就會對這個配件發(fā)出“指令”，“告訴”它接下來應該走怎樣的線路，而這個配件所走過的所有的路線，和經(jīng)過的工序也會傳達到MES系統(tǒng)中。如果“導游”發(fā)現(xiàn)路線沒有錯，確認過后，產(chǎn)品就會被送到包裝終站，最后完成這趟“旅程”。

　　有意思的是，在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中，一旦“旅程”中出現(xiàn)“擁擠”或者有其他問題出現(xiàn)，系統(tǒng)就會自動地鎖定。

　　“這種做法在汽車行業(yè)目前也有采用，但SEWC的混線生產(chǎn)中，產(chǎn)品的流轉節(jié)拍可以發(fā)生不同。”戴霽明進一步解釋道，也就是說，一旦產(chǎn)線上前面的產(chǎn)品出現(xiàn)“堵車”，就會看到后面的產(chǎn)品自動停下來“等待”。

　　而大量傳感器的應用也把產(chǎn)線上的各種數(shù)據(jù)實時傳導到像中樞神經(jīng)系統(tǒng)一樣的Teamcenter之中。

　　當整個工廠內部如同一個“人體”運轉時，就連工廠的運轉也變得“透明”起來，一旦工廠內出現(xiàn)質量問題，機器還能實現(xiàn)“自我舉報”。

　　伴隨密布工廠的傳感器實時把生產(chǎn)信息傳導到MES系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進行質量管理后會把信息顯示出來。“數(shù)字化系統(tǒng)把質量信息實時同步展示的時候，連客戶也能隨時看到，實現(xiàn)了質量信息的透明化。”戴霽明說。

　　“數(shù)據(jù)”連接起了各種管理系統(tǒng)，如同數(shù)字化工廠內的神經(jīng)、脈絡都被打通，并由此流動起來。一旦有顯示質量問題的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，系統(tǒng)實時監(jiān)測到后，就會立刻自動發(fā)送郵件給相關的人和部門，而這些情況，在后臺系統(tǒng)上也能夠全部看到。

　　戴霽明表示，普通的工廠一般都缺乏這樣的質量管理體系，質量報告往往是隔一天甚至更長的時間才發(fā)出，而當你發(fā)現(xiàn)這個質量缺陷時，一大批的次品可能已經(jīng)發(fā)出去。

　　為此，正如李永利在接受采訪時反復強調的，“數(shù)字化工廠的建立，最終不是為了降低成本，而是為了追求更高的質量。”

　　數(shù)讀

　　4000人

　　從2013年9月正式運營起，SEWC在第一個財年內迎來參觀人數(shù)達到4000人。除了有來自美國、以色列、中國等各地慕名而來的官員、企業(yè)家、客戶等之外，甚至還有一些大學也將SEWC列入EMBA的學習課程。

　　50%

　　以平均水平來看，數(shù)字化工廠的人員相比傳統(tǒng)工廠節(jié)省30%到50%。比如像SEWC工廠內一個管理著2萬多個箱子的物流部門，僅有12個人，按照工廠“三班倒”，意味著每一個生產(chǎn)班次中僅有4名員工負責管理物流倉儲。

　　近百類

　　SEWC工廠內正在使用的軟件至少有近百類，數(shù)字工廠與傳統(tǒng)工廠最大的不同是，工廠所有軟件之間的數(shù)據(jù)都實現(xiàn)了打通，系統(tǒng)之間實現(xiàn)了互聯(lián)互通。

　　1次

　　實現(xiàn)了研發(fā)“數(shù)字化”的SEWC工廠，以前改模一般都需要5到6次以上，但現(xiàn)在縮短到只需要一到兩次。

　　解讀

　　“語言”

　　在西門子成都數(shù)字工廠中，“數(shù)據(jù)”是從研發(fā)到生產(chǎn)到管理和配送，每個環(huán)節(jié)機器間溝通的“語言”。

　　“人體”

　　工廠的處理系統(tǒng)就相當于大腦，連接網(wǎng)絡如同它的神經(jīng)，驅動系統(tǒng)就像是肌肉，傳感器就相當于眼睛和鼻子。

　　“護士”

　　成都工廠的自動物流系統(tǒng)就像聰明的護士，它知道醫(yī)生(工廠)什么時候，需要它傳遞什么樣的手術刀(物料)。

　　“管家”

　　在成都工廠內部，要讓數(shù)據(jù)成為機器之間溝通的“語言”，其中重要的一點是，采用擁有仿如“中樞神經(jīng)”一樣的“數(shù)據(jù)管家”，即Teamcenter。通過這個“管家”，工廠內不同的軟件、系統(tǒng)和部門都可以實時摘取數(shù)據(jù)，或實時導入數(shù)據(jù)。

　　“導游”

　　在數(shù)字工廠的生產(chǎn)線上，同一條產(chǎn)線軸上正在運載的產(chǎn)品并非同一款的產(chǎn)品。在實現(xiàn)混線生產(chǎn)的產(chǎn)線上，MES就像是產(chǎn)線上的“導游”，對每一個配件發(fā)出“指令”，確認它所經(jīng)過的所有路線。