沈烈初/SHEN Liechu
僅參觀了物流及裝配車間,最重要的SMT車間沒能考察。
經SEWC的一位德國籍華人專家的介紹與陪同參觀得知:2011年,西門子啟動建設工業(yè)自動化產品成都生產及研發(fā)基地;2013年2月一期工程完成,經調試、試運行一段時間后就投產;現在第二期工程已完成,正在調試,第三期已開始籌建。SEWC 注冊時間為2016年,注冊資本3.3 億,是西門子工業(yè)自動化產品成都研發(fā)生產基地的運行主體;主導產品包括可編程邏輯控制器(PLC)、工控機(IPC)及人機交互界面(HMI)等,也可以為客戶定制此類產品,同時開展為客戶推進信息化架構設計業(yè)務,并成套供應軟硬件裝備。
SEWC工廠產品包括800余種,每天生產超過3萬4千片產品,供應鏈涉及5 600種原材料,每天要用1 000萬個元器件,與安貝格工廠共同為全球西門子客戶供貨,成為西門子兩大物流中心。這樣復雜的供應鏈及生產過程,很難采用人工調度的辦法來實現,因此而采用西門子的生產自動化、物料流自動化與信息流自動化結合,經過長期探索,反復實踐優(yōu)化而成。SEWC數字化工廠技術架構見圖1。
圖1 SEWC 數字化工廠技術架構
SEWC數字化工廠采用了SAP公司的ERP系統(tǒng)及西門子自己研發(fā)的Simatic IT的MES 系統(tǒng)、Control Simatic控制系統(tǒng)及Team Center的PLM系統(tǒng),這些大系統(tǒng)內還有很多小系統(tǒng)。除SAP的ERP外,其他部分都由西門子自己開發(fā)供應,因此成為西門子高度數字化集成的樣板廠,這是典型的理論來源于實踐且高于實踐,反過來又指導下一輪的實踐,這樣就推動信息化到智能化一步一個腳印地發(fā)展使西門成為“兩化融合”的典范??上覈侥壳吧形闯霈F這樣的典型,我想等到某一天我國出現類似典型時,我們就能自主地推進信息化、智能化發(fā)展,更快地迎接新一代的工業(yè)革命到來。
“工業(yè)4.0”是第四代工業(yè)革命的簡稱,“智能制造”僅是“工業(yè)4.0”時代一個重要的特征,“工業(yè)4.0”內涵豐富得多,包括這一時期的新材料、新能源、新技術、新業(yè)態(tài)、新生活方式及新的思維模式等等,也就是出現新的上層建筑與新的經濟基礎變化,目前還很難概括。
德國西門子公司創(chuàng)立于1847年,這個具有一百多年歷史的超級企業(yè),經歷了工業(yè)1.0、工業(yè)2.0及工業(yè)3.0各個工業(yè)化的階段,積累了深厚傳承的工業(yè)化的企業(yè)文化,與辦企業(yè)各方面的Know How,這種企業(yè)文化、理念的DNA“基因”一代代地傳承著。我概括為四個字“務實+創(chuàng)新”,這也是他們辦企業(yè)的出發(fā)點與落腳點。與時俱進,德國人能較好地處理“務實與創(chuàng)新”這種辨證關系,值得我們思考。
德國企業(yè)為什么一直能在世界上處在“引領市場,引領技術”的制造業(yè)制高點呢?其中的重要原因,源于德國擁有數千家“世界級”的中小企業(yè),它們分布在各行各業(yè)成為“隱形冠軍”,也能“引領技術,引領市場”!它們是裝備工業(yè)社會化、專業(yè)化生產的基石,亦即“三基”(基礎零部件、基礎材料、基礎工藝)。在世界級中小民營企業(yè)中,很多是家族企業(yè),經過幾代人的努力而形成,沒有他們就組成不了制造業(yè)“金字塔型”的基礎?!盎A不牢,地動山搖”,制造業(yè)沒有基礎就沒有抗風險能力,也就沒有市場經濟的活力。
而我們呢?不少企業(yè)受傳統(tǒng)文化、歷史觀念、思維方式等制約,盲目追求的是“大”,而不是“強”,認為“大”才能“強”,而不是首先求“強”,然后做“大”而不倒。受到環(huán)境的影響,什么都是“大”,大廣場、大馬路、大樓、大產值、大企業(yè)……因為“大”而受到人們關注與羨慕,這也可能是中國企業(yè)的企業(yè)文化的基因吧!或者是企業(yè)家的追求。
這一點從 SEWC 工廠建設理念來思考,就可以看出一些“不同”。一期工程占地面積35 187 m2,生產面積3 100 m2,投資兩年就回收成本。再搞第二期,占地面積6 670 m2,生產面積仍為3 100 m2,亦就是根據市場的需要,把一期“復制”過去,但工藝又改進了,現正處在調試階段;同時開始的第三期,占地面積為10 000 m2,而生產面積仍為3 100 m2,工藝再次改進了,信息化水平更上升一個臺階。再來看我們的新建企業(yè)。以這次考察的另一家研發(fā)生產高端醫(yī)療裝備的高新技術企業(yè)為例,該企業(yè)由一位海歸專家博士于2005年創(chuàng)辦,取得了不少成績,創(chuàng)造不少全國第一,當時生產能力按300臺/年進行基建。十多年過去了,研發(fā)與基建已花了十億人民幣,現在每年僅生產數十臺產品,與設計目標相差甚遠,目前資金鏈很緊張,資金利用率不高。又如這次考察的重慶某集團,2014 年搬遷至新開發(fā)區(qū),占地426畝,新建建筑面積21萬m2,新購置關鍵設備80 余臺套,最是按50億銷售額規(guī)模,并用貸款來基建的,到 2017年企業(yè)的營業(yè)收入僅為8.66億。企業(yè)每年要多付出貸款利息近8 000萬,上下班租用公交車接送員工,并免費中午用餐,又多支出近8 000萬,最近幾年每年都虧損,企業(yè)領導正在想法設法采取措施扭虧。這種案例在全國也很多,很多情況并不完全由企業(yè)決定,特別是國企,與政府主管部門不無關系。這種不講資金利用率與投資效益的投入,害己、害人、害國家,被不當基建而拖垮的企業(yè)案例很多。這與西門子投資建廠的思維、觀念完全不一樣。
我們進一步再考察幾家德國工業(yè)4.0領先企業(yè)。德國菲尼克斯集團1993年在南京投資建廠,經過25年的不斷發(fā)展壯大,注冊資金超過1億美元,員工1 600余名,年銷售額20億元,連續(xù)13年人均上交稅收超過10萬元,先后榮獲中國電氣工業(yè)100強/創(chuàng)新力10強。德國倍福自動化有限公司(Beckhoff)1997年進入中國,落戶上海,作為工業(yè)PC控制技術的領導者和工業(yè)4.0的踐行者,年銷售額超過15億元。承德熱河克羅尼儀表有限公司是由德國KROHNE集團投資的中外合資企業(yè),公司注冊資本700萬歐元,占地面積21 000 m2,廠房使用面積 15 000 m2,固定資產6 000 萬元,每年實現銷售收入超過5億人民幣,主要經濟指標連續(xù)多年名列全國儀器儀表行業(yè)前列,是全國機械工業(yè)優(yōu)秀企業(yè)。這些企業(yè)全是務實地、一步一個腳印地發(fā)展壯大,絲毫沒有好大喜功,追求工廠規(guī)模多大、智能化多么高超等“虛”概念。這難道不是不同的企業(yè)文化、發(fā)展戰(zhàn)略造成的差異嗎?
現在有一些專家提出,利用“智能制造”、“大數據”、“人工智能”、互聯網+等高新技術的應用,制造業(yè)可以用“換道超車”來縮短與發(fā)達國家的差距。我認為這個命題可能是對的,但要有一定的條件,馬克思主義哲學認為,“事物的發(fā)展,內因是根本,外因是條件”。
制造業(yè)中這種潛意識普遍存在,我在機械工業(yè)工作了一個“甲子”,最初的二十年從事機床工具行業(yè)工作,上世紀五十年代末六十年代初,通過舉國體制的“精密機床會戰(zhàn)”及“二汽裝備會戰(zhàn)”帶動了機床工具工業(yè)的發(fā)展。1963 年,隨團到日本考察了數十家機床工具企業(yè),當時經過“精密機床會戰(zhàn)”我們已能生產五六十種產品,品種較為齊全,除三井精機的精密機床與量儀之外,我們精密機床的水平與日本相當,差距不大,有一些齒輪磨、蝸桿砂輪磨日本尚不能生產。1972年,我隨團到英國考察機床工具企業(yè),大概也有二三十家,除此之外特別考察了NEL(國家工程實驗室)及NPL(國家物理實驗室),前者重點考察精密機床用的光柵尺,后者考察基礎理論。回國后時任部領導問我:機床工具行業(yè)與英國差距多大?我回答:大概二十年,當時英國的機床鑄件都采用樹脂砂造型、電爐冶煉合金鑄鐵,砂型涂料用氧化鋯(我們用炭黑)。精密機床與數控機床及三坐標測量機已在生產車間使用了。到1978年改革開放開始,我隨中國機械工業(yè)代表團訪問歐洲,“機床工具”也是重點考察之一,回來后我仍認為還有二十年的差距。上世紀八十年代初通過引進技術、合作生產,對機床工具行業(yè)水平提高有很大的促進作用。四十年改革開放過去了,國家把機床工具行業(yè)定性為完全的市場經濟商品,經過在國內外市場的競爭,優(yōu)勝劣汰后,相當一部分機床工具的國企被淘汰了,雖然有國家04專項的支持,剩下的僅有少數國企,如濟南第二機床廠的鍛壓設備等在世界上有較強的競爭力,大部分不是破產就是處在嚴重的危機中。當然也出現了一批像光洋、精雕、海天、大族激光、金鷺等新型民企,這是希望之所在,但還需要相當長的歷練,企業(yè)領袖、管理人員、技術人員及工人需要數十年的經驗積累與傳承,這不是信息化制造或智能制造能完全解決的,很多 Know How在人的腦子里與手藝上,但信息化或將來的智能化或人工智能可以加速 Know How的積累,但不能超越,因此部分搞信息化的專家在宣稱可以“彎道超車”,這還需要實踐來證明其科學性。
“彎道超車”最早好像是汽車行業(yè)提出來的,想采用研發(fā)生產電動汽車,實現汽車工業(yè)的“彎道超車”。這幾年在國家政策鼓勵下,電動汽車高速發(fā)展,產量居世界第一位,值得點贊。但是,不要像燃油車想采用合資(目前進一步擴大開放,取消外資股比的上限)方式來發(fā)展我國自主品牌的轎車,實踐證明“市場換不來核心技術”,紅旗轎車的命運案例就足以說明這點?;叵?1958 年在民主德國萊比錫國際展覽會展出了第一臺“紅旗”樣車,震動了西方國家與我們自己,而韓國當時尚沒有汽車工業(yè),或許“紅旗轎車”的命運就是中國汽車工業(yè)自主品牌走過的曲折道路縮影吧!
“機器換人”的口號應該有一個“度”,前幾年我到廣東考察時聽說,只要申請使用一臺工業(yè)機器人,政府補貼 30%的費用來獎勵,據稱全國很多省市區(qū)都有這樣政策,僅補貼的金額不一樣。因此,很多企業(yè)一哄而起,紛紛搞起機器人產業(yè),最多時全國研發(fā)生產機器人的企業(yè)超過千余家,機器人工業(yè)園有數十家,多種機器人展會到處舉辦,世界幾大家工業(yè)機器人,如ABB、FANUC、安川、KUKA、三菱等跨國公司在中國擴大投資建廠,布局全國多地。我們習慣于這種搞運動方式來發(fā)展高新技術,然而這種模式有利有弊。在前幾年發(fā)展新能源時,如風電、光伏發(fā)電,也是這種模式,至今雖然取得很大成績,但產能遠遠大于國內外市場需求,導致低價競爭、惡性競爭,最后經市場機制的優(yōu)勝劣汰,淘汰相當多的新能源生產企業(yè),如光伏發(fā)電,曾雄居全國第一位的無錫尚德、第二位的保定英利已進入死胡同,保定英利全套生產設備由瑞士Oelikon(奧利空)進口的最先進的成套設備,采用PCVD光伏電池涂層等。而無錫尚德呢?為了挽救該企業(yè),市財政投入數以億計的人民幣救急,這種社會資源的浪費如何制止呢?尚沒有好辦法。
再看 SEWC 西門子工廠,一期工程中,我就見到兩臺工業(yè)機器人,一臺為用于部裝的臺式小型機器人,一臺是用在裝配液晶面板裝配生產線上的關節(jié)機器人。西門子的專家稱,針對目前SEWC 的產品,經多年的經驗評估采用托盤+滾動傳遞的方式運輸中間產品更合適、更經濟、更柔性。據2018年統(tǒng)計SEWC全廠783人,其中藍領工人達507人,占65%。工廠不盲目追求無人化,采用適合品種多、換批頻繁的生產特點的裝備。一期工程連AGV小車都沒有,二期用不用AGV小車還在考慮。他們一切考慮的出發(fā)點是質量與效益來決定采用何種適用先進技術。
我向西門子的專家提出:SEWC是不是算工業(yè)4.0智能制造的樣板,您們對工廠前景是否采用“人工智能”技術?他回答是:SEWC僅是工業(yè)3.X,尚未達到工業(yè)4.0的水平。SEWC暫不考慮使用“人工智能”技術,這是西門子上層決定的事。另外專家說SEWC一期工程命名為全數字化工廠,二期、三期可能更先進些。
陪同參觀的SEWC專家明確告訴我,該廠是全數字化工廠。最先進與最“拿手”的數字雙胞胎技術,貫穿整個工廠的各個領域及生產過程,包括設計數字雙胞胎、工藝設計過程的數字雙胞胎、生產過程的數字雙胞胎,亦即虛擬實體系統(tǒng)或稱之謂仿真系統(tǒng)。虛擬設計制造過程,也是仿真過程,實質上是一次優(yōu)化產品設計、生產過程,可用不同邊界的約束條件得出最佳的設計及工藝和生產過程方案,然后用數字化、網絡化技術轉化為實體的研發(fā)、生產,可取得最大的技術經濟效果。產品設計、工藝設計、生產過程的優(yōu)化全部采用三維模型仿真,優(yōu)化進程非常直觀。如工藝過程仿真設計,包括生產車間布局、工位建模仿真、工藝驗證仿真等等;生產過程的仿真,包括仿真工人的工作時間、節(jié)拍,甚至到必要的動作;又如仿真托盤運輸中的托盤數量與生產數量的關系,驗證不同訂單組合的配置等。這些仿真數據來源實際,且經過長期的積累和篩選。據稱用三維仿真軟件的理論值與實際值誤差一般在20%以內,經過 PDCA 多次循環(huán),可以縮小誤差值。
車間內到處都有顯示屏,隨時可以觀看生產過程的質量、進度、能耗、在制品、庫存等全生產要素實時數據。我過去曾在工廠工作過十三年,這樣海量的正確數據是無法想象的,但SEWC做到了,這是最難最難的基礎工作,我們企業(yè)能自愿做嗎?在車間參觀,看到每個操作工人面前都有人機界面顯示屏,實時讀取操作卡上技術指導文件、現在進行工序的要求。操作工人完成本工序后,按一下按鈕,托盤就帶著工件流轉到下一工序,同時信息上轉至MES系統(tǒng),證明本工序已完成了。這種海量數據在SEWC本地多達數百個TB服務器容量,很多通用數據還在德國本部,西門子搭建了一個Mind Sphere數字化管理云平臺進行大數據管理。
從這點看出,我國某些地區(qū)設置不少“智能裝備工業(yè)園”又有什么意義呢?
工信部提出推進“智能制造”的排序是:工業(yè)2.0補課、工業(yè)3.0普及、工業(yè)4.0示范,這完全正確。
對大多數企業(yè)來說,必須經歷工業(yè)2.0補課,補什么課呢?就是“精益生產+先進適用工藝”、“準時化管理+科學化管理”,這是搞信息化繞不過的坎,否則“事倍功半”。信息化管理的內容就是數字化、網絡化,沒有數字的網絡,網絡就沒有作用,網絡是傳遞數據的工具而已。過去很多文章中我已闡明過,只有工業(yè)2.0補課,才能得到企業(yè)全生產要素即人、機、料、法、環(huán)、測及上游產業(yè)鏈與下游客戶需求的數據,建立數據庫PDM是一切信息化管理的基礎。
我對德國多少有一些了解,在工業(yè)2.0時代或上世紀五十年代,我在德國學習時,有一年在不同工廠實習過,那時設計部門雖然沒有CAD及三維仿真,但設計的產品已經采用要素標準化、部件模塊化,方便變形產品及新產品的開發(fā),也有利于生產。生產采用GT模式,即“成組”加工,便于組織生產與質量控制。上世紀八十年代左右就發(fā)展到“制造島”或“生產單元”模式,便于自動化與精益生產。由于采用“精益生產+制造島模式”的方式組織生產,因此上世紀七十年代德國就開始推廣計算機管理了。那時德國的機械制造企業(yè)開始建立數據庫,即全生產要素的數字化描述,長期積累數據,去掉無用不真實的數據,然后存入數據庫,并建立數據模型。這是一個長期積累的過程,也是數據去偽求真的過程,因為數據來源于工廠設計、工藝、生產、管理等方面數據與用戶實踐取得的正確的個性化數據。PDM是企業(yè)的絕密資源與資料,也是很多長期積累的Know How所在,因此工業(yè)2.0的補課十分重要,這是工業(yè)3.0以至于工業(yè)4.0制造的基礎。
SEWC的數字化工廠建設基本要求主要包括四項:
1. 速度:每年發(fā)布 50種新產品,2.5秒生產一臺產品,七天24小時達到99.5%交貨率。
2. 柔性:每天完成160次轉換應對800種不同產品。
3. 質量:每件產品質量情況完全透明化、可視化,質量達到6dpm-A,即不合格測量點控制在百萬分之六監(jiān)測點范圍內,即過程質量為99.999 4%。
4. 效益:產量規(guī)模提升4倍,管理人員零增長,工人每小時效率增長20%。
這就是SEWC的數字化、網絡化,或簡稱全數字化工廠的實際情況,明確“數字化”是手段,提高產品質量、交貨期才是目的!千萬不要盲目搞信息化制造,他們根本不談該廠為智能制造工廠,不知為什么?請大家思考。
在此感謝引領我考察的儀綜所王麟琨副所長,李煒、霍文磊專家,感謝石鎮(zhèn)山副所長對本文的斧正和修改,算是我倆合作的文章。