劉燕

西門(mén)子希望把成都樣板間復(fù)制到中國(guó)更多客戶(hù)的工廠(chǎng)去，幫助它們成為下一個(gè)“Siemens”。

工廠(chǎng)車(chē)間里明亮、潔凈，為數(shù)不多的幾個(gè)工人站在電腦旁不時(shí)盯著屏幕、敲擊鼠標(biāo)。大量吊臂、機(jī)器人、電子屏、電腦、布滿(mǎn)傳感器的流水線(xiàn)，被有序地安放在一個(gè)固定又能靈活調(diào)配的工位上，正通力合作全面開(kāi)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(shí)別（RFID）標(biāo)簽的物料通過(guò)軌道從高位貨架自動(dòng)進(jìn)場(chǎng)，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(lái)到組裝環(huán)節(jié)后，機(jī)器人就會(huì)根據(jù)標(biāo)簽識(shí)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(wú)線(xiàn)信號(hào)和生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行信息交換，自動(dòng)完成了生產(chǎn)全過(guò)程。

此外，每個(gè)裝有產(chǎn)品的箱子上也都貼有專(zhuān)屬標(biāo)簽，標(biāo)簽上的二維碼記錄了它們?cè)谡麄€(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)據(jù)、配件信息。一旦某個(gè)批次的產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題需要檢測(cè)，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(mén)子德國(guó)安貝格電子制造工廠(chǎng)的運(yùn)作場(chǎng)景，現(xiàn)在它以同樣的面貌被復(fù)制在中國(guó)成都。于是，在人、機(jī)器和信息數(shù)據(jù)互聯(lián)的推動(dòng)下，工業(yè)數(shù)字制造在中國(guó)有了新故事。

所見(jiàn)即所得

接到為菲亞特（中國(guó)）制造一條完整白車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)的訂單時(shí)，柯馬（上海）的數(shù)字化改造已經(jīng)持續(xù)了3年時(shí)間。2008年，柯馬使用的生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃工具僅僅是Office軟件，在一個(gè)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(xiàn)和作業(yè)單元的仿真測(cè)試，把Office軟件中生硬的二維線(xiàn)條變成了3D場(chǎng)景，設(shè)計(jì)與規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了真正的“所見(jiàn)即所得”。

而菲亞特的白車(chē)身生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目又加大了難度，最核心的問(wèn)題在于，在一個(gè)焊接工位上會(huì)有18臺(tái)機(jī)器人同時(shí)工作。“這個(gè)18臺(tái)機(jī)器人工作臺(tái)的復(fù)雜性，相當(dāng)于一個(gè)常規(guī)面積的工位，18個(gè)人同時(shí)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?zhuān)總€(gè)機(jī)器人的個(gè)頭比人還大一點(diǎn)，而且有些機(jī)器人在同一個(gè)區(qū)域焊接，所用的焊槍型號(hào)也不同，所以在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上需要錯(cuò)開(kāi)。

這對(duì)機(jī)器人工作程序的編寫(xiě)精確度要求非常高，同時(shí)還要避免出現(xiàn)通信干擾?！拔覀兎抡媪怂械陌总?chē)身作業(yè)單元，從點(diǎn)焊開(kāi)始，一直到螺柱焊、激光焊等更加先進(jìn)的技術(shù)。通過(guò)仿真測(cè)試，我們向客戶(hù)交付了一個(gè)車(chē)頂焊接工作站，其中兩個(gè)機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)焊作業(yè)，而另外兩個(gè)機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)，兼顧美觀(guān)同時(shí)控制了成本。”柯馬機(jī)械工程部工藝工程經(jīng)理Riccardo Piegaia說(shuō)。

最終，柯馬僅用20名工程師花了近半年的時(shí)間，就完成了菲亞特項(xiàng)目一系列頂尖的仿真測(cè)試，并節(jié)省了60%的試驗(yàn)成本。通過(guò)在虛擬環(huán)境中仿真生產(chǎn)過(guò)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(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)中的缺陷和問(wèn)題，縮短大量在現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)操作的時(shí)間。而按照傳統(tǒng)做法，這樣短的項(xiàng)目交付周期是無(wú)法想象的：每個(gè)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(chǎng)去安裝，再不斷地與客戶(hù)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(xiàn)仿真的精準(zhǔn)度達(dá)到98%，有助于減少車(chē)間中的返工次數(shù)?！盨iemens PLM Software大中華區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)權(quán)奎奭說(shuō)。

事實(shí)上，在航空和汽車(chē)等行業(yè)已有超過(guò)900萬(wàn)名許可用戶(hù)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(guò)在虛擬工廠(chǎng)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(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行改造的一部分。而作為一個(gè)數(shù)字制造工廠(chǎng)的樣板間，西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西門(mén)子成都工廠(chǎng)”），造就了另一個(gè)透明工廠(chǎng)的生產(chǎn)畫(huà)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(wú)縫的互聯(lián)，并在研發(fā)、生產(chǎn)、物流的各個(gè)環(huán)節(jié)中被不斷豐富，它們構(gòu)成了一個(gè)全新的生產(chǎn)制造體系，在任意一個(gè)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(guò)信息技術(shù)進(jìn)行溝通互動(dòng)，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(zhuān)業(yè)，是西門(mén)子成都工廠(chǎng)PLC（可編程控制器）裝配工位上的一名普通員工。來(lái)到這個(gè)不一樣的工廠(chǎng)，他的工作顯得有些孤獨(dú)。他不需要手工抄寫(xiě)任務(wù)單，更不用與不同生產(chǎn)線(xiàn)交流，只要對(duì)著工作臺(tái)前方的電腦屏幕，就能從每隔一秒更新一次的實(shí)時(shí)任務(wù)單數(shù)據(jù)就可以了。生產(chǎn)訂單自動(dòng)下達(dá)，生產(chǎn)計(jì)劃、物料管理等數(shù)據(jù)也會(huì)實(shí)時(shí)傳送。

在王云龍的工作臺(tái)上有5個(gè)不同的零件盒，每個(gè)零件盒上都配有指示燈。當(dāng)自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)送來(lái)一款待裝配的產(chǎn)品時(shí)，傳感器都會(huì)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(huì)裝錯(cuò)。

確認(rèn)裝配好的產(chǎn)品之后，王云龍只需按下工作臺(tái)上的一個(gè)按鈕，自動(dòng)化流水線(xiàn)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)。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(chē)將它送去下一個(gè)目的地。

在到達(dá)下一個(gè)工序前，產(chǎn)品要通過(guò)“嚴(yán)格”的檢驗(yàn)程序，以王云龍裝配生產(chǎn)線(xiàn)為例，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中針對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)節(jié)點(diǎn)就超過(guò)20個(gè)。其中，視覺(jué)檢測(cè)是數(shù)字化工廠(chǎng)特有的質(zhì)量檢測(cè)方法，相機(jī)會(huì)拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺(tái)中的正確圖像作比對(duì)，一點(diǎn)小小的瑕疵都逃不過(guò)。

在經(jīng)過(guò)多次裝配并接受過(guò)多道質(zhì)量檢測(cè)后，成品將被送到包裝工位。再經(jīng)過(guò)人工包裝、裝箱等環(huán)節(jié)，一箱包裝好的自動(dòng)化產(chǎn)品就會(huì)通過(guò)升降梯和傳送帶被自動(dòng)運(yùn)達(dá)物流中心或立體倉(cāng)庫(kù)。

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(lái)是要完成全廠(chǎng)從管理、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過(guò)程的數(shù)字化，而這不僅僅在改變著制造方式本身。

在西門(mén)子成都工廠(chǎng)總經(jīng)理Andreas Bukenberger看來(lái)，數(shù)字化制造也帶來(lái)分工協(xié)作上的變革。以前的流程是，研發(fā)部門(mén)先出一版設(shè)計(jì)圖紙給采購(gòu)、生產(chǎn)部門(mén)，生產(chǎn)部門(mén)完成后介入質(zhì)量部門(mén)，在這個(gè)過(guò)程中，設(shè)備采購(gòu)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(wú)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。“由Teamcenter進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理，在開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)就已經(jīng)在后臺(tái)共享，研發(fā)上面說(shuō)做出來(lái)的數(shù)據(jù)，可以通過(guò)軟件直接傳送到輸送機(jī)床上，而制造環(huán)節(jié)也會(huì)有各種各樣參數(shù)要求，例如我們的加工軌道的寬度、檢測(cè)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(shí)間問(wèn)題，使之速度更快。”

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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的提升不言而喻。如果一個(gè)傳統(tǒng)工廠(chǎng)開(kāi)始工作，在購(gòu)買(mǎi)設(shè)備、召集生產(chǎn)線(xiàn)工程師的同時(shí)，還需要用大量時(shí)間，對(duì)每個(gè)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(gè)生產(chǎn)變得方便和高效。另一方面，這一切只需要一個(gè)軟件工程師通過(guò)系統(tǒng)來(lái)做，而不再需要大量生產(chǎn)線(xiàn)的工業(yè)工程師。

“我們的生產(chǎn)線(xiàn)上有超過(guò)50個(gè)質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)，它們都會(huì)實(shí)時(shí)向后臺(tái)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)。然后每20分鐘就會(huì)生產(chǎn)一個(gè)質(zhì)量報(bào)告，報(bào)告出現(xiàn)在工廠(chǎng)的質(zhì)量狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候，我們就可以根據(jù)這些質(zhì)量狀態(tài)，去找出問(wèn)題做質(zhì)量的監(jiān)管，保證產(chǎn)品的質(zhì)量隨時(shí)在可控狀態(tài)中?！蔽鏖T(mén)子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地卓越運(yùn)營(yíng)部經(jīng)理戴霽明說(shuō)。

而在產(chǎn)品開(kāi)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(wèn)題：開(kāi)發(fā)人員向采購(gòu)專(zhuān)員尋求意見(jiàn)時(shí)，規(guī)劃工作已開(kāi)展了一段時(shí)間，以至于任何變更都會(huì)導(dǎo)致巨大的額外費(fèi)用。一旦工廠(chǎng)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(shí)執(zhí)行采購(gòu)價(jià)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(mén)子數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)解決方案的成都工廠(chǎng)與西門(mén)子在中國(guó)的其他工廠(chǎng)比較，產(chǎn)品的交貨時(shí)間縮短了50%?！盇ndreas Bukenberger說(shuō)。西門(mén)子希望把成都樣板間復(fù)制到中國(guó)更多客戶(hù)的工廠(chǎng)去，幫助他們成為下一個(gè)“Siemens”。