西门子：工业4.0时代的未来工厂

　　未来的工厂会是什么样的？让我们试着在脑中勾勒出这样的画面：工厂里，人、机器和资源如同在社交网络里一样沟通协作。产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用。同时，它们能协助生产过程，回答诸如“我是什么时候被制造的”、“哪组参数应该被用来处理我”、“我应该被传送到哪”等问题。工厂拥有智能移动、智能物流和智能系统网络，从生产到最后的产品回收服务，都能实时监控。可以说未来一切都是智能的。

　　这正是工业4.0所描绘的工业愿景。工业4.0概念由德国业界最早提出，其源于2011年汉诺威工业博览会，最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。两年后的汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为《德国工业4.0战略计划实施建议》（《建议》），称物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命到来。目前，西门子等领先的制造企业正以信息物理融合系统（CPS）为框架，建立包含设备、仓储系统和工业产品的全球性网络，业界将这一新的变革方向称之为工业4.0。

　　西门子向智能化的转型

　　在工业4.0的愿景下，制造业将通过充分利用信息物理融合系统（Cyber-Physical System）等手段，将制造业向“数字制造”转型。西门子的数字化企业解决方案将现实和虚拟的生产世界相结合，着力推动制造业未来的发展。其持续的创新能力、完整的产品线和丰富的行业知识，为“工业4.0”的到来奠定了坚实基础。

　　位于德国安贝格的西门子电子制造工厂（以下简称“安贝格工厂”）就是智能化未来工厂梦想实现的雏形，也是以德国学术界和产业界提出的工业4.0概念为目标而打造的现代工厂。德国学术界和产业界在2013年提出的工业4.0概念指以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法，将制造业向智能化转型。

　　安贝格工厂拥有一套高度数字化的生产流程，生产的产品本身拥有16亿个部件，且每年的衍生产品制造数量超过5万台。为能灵活实现小批量、多批次的生产，西门子公司需要采购来自250家供应商的约1万种原材料，并将它们制造成950种不同类型的产品。根据Gartner在2010年的调查显示，安贝格工厂中每100万件产品中的残次品数量只有15件，生产线的可靠性达到99%、可追溯性高达100%。

　　安贝格工厂的姊妹工厂——西门子工业自动化产品成都生产和研发基地（SEWC）已经在成都落成。这家工厂以突出的数字化、自动化、绿色化、虚拟化等特征定义了现代工业生产的可持续发展，是“数字化企业”中的典范。正如西门子东北亚区工业业务领域总裁吴和乐博士（Dr.Marc Wucherer）所说：“作为西门子工业自动化全球生产及研发体系中最新建成的一座‘数字化企业’，SEWC将最先进的数字制造技术带到中国。”

　　“如果说，工业4.0时代的到来还要20年，那么，西门子目前已经到达了‘工业3.X’。”这是西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃（Siegfried Russwurm）的自我打分。

　　作为德国制造的“优等生”，西门子167年的发展史几乎可以被视为近现代工业进程的一个缩影。从一个小作坊发展至今，西门子所缔造的超级工业帝国已成为“德国制造”当仁不让的代名词。

　　从指针式电报机起家，到以信息技术为业务主动脉，西门子踩准了以电力、信息化为标志的前两次工业革命的关键节点。基于信息物理融合系统的工业4.0概念诞生之初，西门子再度嗅到了新一轮工业革命的气息。瞄准物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术，西门子集成了目前全球最先进的生产管理系统，以及生产过程软件和硬件，如西门子制造执行系统软件Simatic IT、西门子产品生命周期管理软件、工业工程设计软件、全集成自动化、全集成驱动系统，等等。

　　身份代码背后的“生产旅行”

　　工业4.0的内涵已远远超越机器的自动化，甚至数字制造本身。在工业4.0时代，虚拟世界将与现实世界高度融合。通过计算、自主控制和联网，人、机器和信息互相联接，融为一体。现有的技术和创新将被全部整合到一个数字化企业平台中。生产还未开始，产品开发流程和生产流程中的所有环节便可以并行模拟进行。

　　简而言之，工业4.0的愿景就在于，让设备和设备开启对话，产品和生产设备之间相互沟通，建立虚拟世界与现实世界之间的对话窗口。

　　正如德国工业4.0的路线图——《德国工业4.0战略计划实施建议》所描述的，在未来智能工厂中，人类、机器和资源能够互相通信，就像社交网络中一样自然。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节，也知道它们的用途。它们将主动地对制造流程，回答诸如“我什么时候被制造的”、“对我进行处理应该使用哪种参数”、“我应该被传送到何处”等问题。

　　类似的探索早已在西门子位于德国安贝格市的电子制造工厂上演。安贝格工厂有24年历史，是全欧洲乃至全球最先进的数字化工厂，为西门子提供印刷电路板等电子产品，100万次加工过程的出错率只有12次。在安贝格工厂，真实工厂与虚拟工厂同步运行，真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来，而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。

　　为了准确收集数据，安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。这些基础识别信息包括：哪条生产线生产的、用什么材质、当时用的扭矩是多少、用什么样的螺丝钉等等。当一个元件进入烘箱时，机器会判断该用什么温度以及时间长短，并可以判断下一个进入烘箱的元件是哪一种，适时调节生产参数。但这距离工业4.0所描绘的“数字和物理世界的无缝衔接”的场景，仍有很大差距。鲁思沃认为，“这场变革将是一个渐进的过程，工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间。”他将这一“渐进的过程”称作工业3.X。

　　事实上，西门子已经将“工业3.X”的范本带到了中国。以宝马集团全球最先进工厂之一的华晨宝马铁西工厂为例，有了西门子LIS超宽带实时定位识别系统的辅助，该厂的总装车间取消了原来专门用于扫描车辆条形码的工位。车辆每到一个工位，根据车型、车辆识别码、车辆的不同配置，需要装配的各种零件等信息会自动显示在工位前方的操作屏上，甚至会自动提供图片及装配辅助指令，直接引导工人完成相应工作。

　　这一流程被视作定制式生产的基础。现在，一款汽车需要上千人设计，设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂4年，至少需要8年的时间。而在未来工厂，制造高度灵活，一条生产线能同时生产多个车型；用户根据个人喜好选择的车型、车辆配置，甚至可以实现当月定制，下个月就生产出来。亚洲最大的纸浆和纸张制造商之一的亚洲纸浆纸业集团在浙江省宁波市的造纸厂是另一个范本——借助全集成驱动系统，能源消耗和二氧化碳排放量大减。由此，该造纸厂每条生产线年均节省数千万元的开支，年均停机时间被保持在最低的12.5小时。

　　此外，汽车生产设备制造商柯马（上海）工程有限公司采用西门子的产品生命周期软件，借助虚拟仿真技术发现设计中存在的缺陷及问题，在投产前就加以校正，使得设计与规划实现“所见即所得”，把产品上市时间缩短了20%-30%。

　　作者 张淑丽