深嗅“工業(yè)4.0”觸摸數(shù)字化工廠
在工業(yè)4.0、數(shù)字化工廠等新概念在行業(yè)盛行之際，筆者有幸參觀了位于成都高新西區(qū)的西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡(jiǎn)稱SEWC），工業(yè)機(jī)器人維修，近距離地接觸了這個(gè)西門子在中國(guó)設(shè)立的首家，也是唯一一家數(shù)字工廠。耳聽為虛，眼見為實(shí)，本次參觀讓筆者對(duì)數(shù)字化工廠有了更進(jìn)一步的了解，對(duì)工業(yè)4.0有了更深切的認(rèn)知。
SEWC工廠內(nèi)景
SEWC是安貝格工廠的姊妹工廠，眾所周知，創(chuàng)建于1989年的西門子安貝格工廠被認(rèn)為是全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠，一直以來被業(yè)界認(rèn)為是德國(guó)工業(yè)4.0的雛形。而2011年立項(xiàng)、2013年便投產(chǎn)的SEWC也表現(xiàn)不俗，10秒一個(gè)產(chǎn)品下線，每天一萬一千臺(tái)產(chǎn)品，百萬加工失效率（dpm）9.5，SEWC的產(chǎn)品40%發(fā)送德國(guó)全球供貨。西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品（成都）有限公司總經(jīng)理李永利介紹，工業(yè)機(jī)器人維修，由于中國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程以及西門子在工業(yè)自動(dòng)化中的重要性，西門子決定把工廠建到中國(guó)這一最重要的市場(chǎng)之中，將西門子最新的數(shù)字化工廠平臺(tái)運(yùn)用到成都工廠以保證未來20～30年中穩(wěn)步前進(jìn)。
自動(dòng)化踐行質(zhì)量第一運(yùn)營(yíng)哲學(xué)
SEWC不是為了豎立一個(gè)樣板工廠而存在，我們的目標(biāo)在于工廠效益更好，產(chǎn)品質(zhì)量更高、交付期更短。李永利說強(qiáng)調(diào)，當(dāng)客戶衡量產(chǎn)品時(shí)，不僅僅會(huì)思考這個(gè)產(chǎn)品本身的價(jià)格，更重要的是產(chǎn)品質(zhì)量，因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)品出故障時(shí)，給顧客帶來的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比產(chǎn)品自身的成本更高，數(shù)字化形成的強(qiáng)大數(shù)據(jù)流可以幫助整個(gè)工廠的管理運(yùn)營(yíng)并且保證所有信息全程可追溯，在縮短產(chǎn)品交付期的同時(shí)也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
生產(chǎn)自動(dòng)化有效提高質(zhì)量，避免了人為的錯(cuò)誤，降低出錯(cuò)率；自動(dòng)化設(shè)備工作時(shí)可以自動(dòng)地收集大量數(shù)據(jù)，運(yùn)作時(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地收集起來，不需要浪費(fèi)人力。
物流自動(dòng)化可以保證物料的過程數(shù)據(jù)的透明化和可追溯。物料進(jìn)廠開始就有自己獨(dú)特的身份，并全程記錄加工各步驟所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，任何一點(diǎn)細(xì)微的偏差都能做到有跡可循。而這些數(shù)據(jù)的積累、分析可以幫助幫助管理層進(jìn)行更加科學(xué)高效的決策，縮短設(shè)備調(diào)試的時(shí)間，在有效避免進(jìn)一步損失的同時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
信息流的自動(dòng)化是數(shù)字化的關(guān)鍵所在，從前期的計(jì)劃、采購(gòu)、加工到交付的完整供應(yīng)鏈中，需要各個(gè)部門的協(xié)同配合，如果部門間不能實(shí)現(xiàn)信息共享，消耗在共同環(huán)節(jié)的時(shí)間成本將會(huì)成倍疊加，效率自然很低。在信息自動(dòng)化的過程中，通過設(shè)備自動(dòng)完成信息的記錄、交換、流動(dòng)過程，尤其是當(dāng)企業(yè)的規(guī)模足夠大、加工的規(guī)模足夠復(fù)雜的時(shí)候，設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)自主的信息流動(dòng)變得十分必要。
核心系統(tǒng)打造透明工廠
工業(yè)4.0更多涉及的是各個(gè)設(shè)備流程功能之間，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行交流互動(dòng)。在SEWC，產(chǎn)品生命周期和整個(gè)生產(chǎn)流程都被集成到高度自動(dòng)化的工業(yè)軟件中。整座工廠的運(yùn)行，都是基于這些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)及供應(yīng)鏈管理，全部實(shí)現(xiàn)了無縫的信息互聯(lián)，工廠數(shù)據(jù)還能與德國(guó)生產(chǎn)基地以及美國(guó)的研發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)，從而造就出了一幅透明工廠的畫面。
功能上，MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）更多的被關(guān)注，設(shè)備之間的互鎖，可追溯性等等都需要MES，它像是一張抽象的網(wǎng)絡(luò)，鏈接著生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)雀鱾�(gè)環(huán)節(jié)，并可以快速抽取所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌管理。伴隨密布工廠的傳感器實(shí)時(shí)把生產(chǎn)信息傳導(dǎo)到MES系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進(jìn)行質(zhì)量管理后會(huì)把信息顯示出來。數(shù)字化系統(tǒng)把質(zhì)量信息實(shí)時(shí)同步展示的時(shí)候，連客戶也能隨時(shí)看到，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量信息的透明化。
PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）軟件，不只是研發(fā)，生產(chǎn)、采購(gòu)、物流都需要這個(gè)平臺(tái)上相互配合。產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)都在這個(gè)平臺(tái)上不斷豐富，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的改變引起的各種相應(yīng)的數(shù)據(jù)改變，都能通過PLM及時(shí)準(zhǔn)確并自動(dòng)地更新，之后的制作流程就會(huì)自動(dòng)傳到MES，MES會(huì)根據(jù)新的制造解決方案分配產(chǎn)線和時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的無縫集成，數(shù)據(jù)的自動(dòng)更新。數(shù)據(jù)交換的自動(dòng)化程度越高，出錯(cuò)率越少。
工廠中的各個(gè)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)計(jì)劃、物流、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、執(zhí)行等，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)并可以實(shí)時(shí)集成、交換便實(shí)現(xiàn)了透明化。透明化才能實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的數(shù)據(jù)被最快速的找到，決策的科學(xué)性準(zhǔn)確性就了保障，就很容易的分析出每個(gè)過程存在的問題，從而進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化。
精心布局實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自主流動(dòng)
現(xiàn)場(chǎng)參觀環(huán)節(jié)分為三個(gè)部分：運(yùn)輸層、廠區(qū)和立體倉(cāng)庫。首先參觀的是位于一層的運(yùn)輸層，這一層只見到極少的工作人員，一箱箱的物料在導(dǎo)軌上整齊有序的運(yùn)行著，每一個(gè)箱子都有條碼，當(dāng)?shù)竭_(dá)岔口的時(shí)候，都會(huì)有掃描裝置自動(dòng)掃描，通過與倉(cāng)庫管理軟件的數(shù)據(jù)對(duì)話，經(jīng)由自動(dòng)交通的物料輸送環(huán)節(jié)，輸送到高貨架立體倉(cāng)庫或者物料中間庫。還配備了幾個(gè)貨料專用的升降梯，方便了生產(chǎn)層與運(yùn)輸層的貨料傳輸。據(jù)介紹，物料從物料間升入車間后，工人按照電腦顯示屏上的電子任務(wù)單，開始裝配、包裝等工作。任務(wù)完成后，他只需按下工作臺(tái)上的按鈕，流水線上的傳感器就會(huì)掃描產(chǎn)品的條碼信息，記錄它在這個(gè)工位的數(shù)據(jù)。MES（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，指揮物流小車將產(chǎn)品送去下一個(gè)目的地。
導(dǎo)軌傳送半成品
整個(gè)生產(chǎn)過程是無紙化的，而且實(shí)現(xiàn)了混流生產(chǎn)。產(chǎn)品組裝的生產(chǎn)線布局是在中間的循環(huán)導(dǎo)軌兩側(cè)布置了裝配各種元器件的設(shè)備。導(dǎo)軌上有標(biāo)準(zhǔn)的托盤，托盤上面是半成品，每個(gè)產(chǎn)品都不一樣。MES系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)生產(chǎn)工藝，將托盤從導(dǎo)軌轉(zhuǎn)移到設(shè)備的導(dǎo)軌上，將產(chǎn)品移動(dòng)到某臺(tái)設(shè)備之中完成相應(yīng)工序。大部分設(shè)備是自動(dòng)生產(chǎn)，個(gè)別工位采用人工。
參觀平臺(tái)旁邊通過兩個(gè)電子屏展示了西門子數(shù)字化工廠的數(shù)字化研發(fā)、數(shù)字化生產(chǎn)、數(shù)字化物流和數(shù)字化質(zhì)量管理體系。其中，質(zhì)量看板通過西門子的MES系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示質(zhì)量看板，通過不斷鉆取，查詢出現(xiàn)質(zhì)量問題和不同維度的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)信息。另一個(gè)屏幕則顯示了對(duì)制造與裝配過程的仿真。
立體倉(cāng)庫
接下來進(jìn)入立體倉(cāng)庫，走到原材料的存放處，是兩個(gè)高達(dá)18米的自動(dòng)化高位貨架，采購(gòu)的物料經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)之后都會(huì)儲(chǔ)存在這里，并通過兩座升降梯與車間相連。倉(cāng)庫共有近4萬箱貨位，物料的存取并不用叉車搬運(yùn)，而是通過堆取料機(jī)用數(shù)字定位的模式進(jìn)行抓取，不必考慮叉車通過的距離，KUKA機(jī)器人示教器維修，物料庫的設(shè)計(jì)更緊湊，節(jié)約了倉(cāng)庫的空間。根據(jù)后臺(tái)的數(shù)據(jù)提示，這兩部取料機(jī)依靠數(shù)字定位迅速地抽出對(duì)應(yīng)的原材料，并通過自動(dòng)傳輸軸，馬上傳送到生產(chǎn)車間。運(yùn)動(dòng)控制精度很高，實(shí)現(xiàn)了物流管理的全自動(dòng)，通過生產(chǎn)訂單驅(qū)動(dòng)，到自動(dòng)倉(cāng)庫取貨和補(bǔ)貨，出錯(cuò)率幾乎為零。