探访西门子安贝格工厂:最接近工业4.0的智能制造

我要评论 2016-05-06来源:第一财经日报作者:李德雄

苏珊

[安贝格工厂创建于1989年,如今该工厂每年可生产约1500万件Simatic产品,按每年生产230天计算,即平均每秒就能生产出一台控制设备。这里的产品合格率高达99.9988%。]

在2016年汉诺威工业博览会上,包括西门子、思爱普、博世等在内的企业大多以实物或模型向参观者呈现数字化工业的各种解决方案,人们可以看到智能生产线模型,可以看到机器人、传感器等反映工业4.0特点的硬件元素,也可以看到数据处理、智能控制等软件元素。从2011年汉诺威工业博览会上,德国人提出工业4.0概念,到2014年中德宣布开展工业4.0合作,工业4.0这把火从欧洲烧到了中国。那么什么是工业4.0?记者在参加2016年汉诺威工业博览会期间探访了西门子安贝格电子制造工厂(下称“安贝格工厂”)——这一目前被业界认为最接近工业4.0概念雏形的工厂,领略了智能工厂的智能制造。

何为工业4.0?

“工业4.0”的研究项目由德国联邦政府首先提出,在德国学术界和产业界的推动下形成。2013年的汉诺威工博会上,德国政府正式提出“工业4.0”战略,并推出《德国工业4.0战略计划实施建议》(下称《实施建议》);2015年的工博会上,在德国联邦经济和能源部、联邦教研部支持下,多家行业协会联合发起的德国“工业4.0平台”正式成立,该平台已成为德国政府在联邦层面促进工业4.0发展最直接的渠道。

工业4.0的称法主要相对于前三次工业革命而言:工业1.0指的是18世纪开始的第一次工业革命,实现了机械生产代替手工劳动;第二次工业革命始于20世纪初,依靠生产线实现批量生产;工业3.0则为现代人所熟悉,指的是20世纪70年代后,依靠电子系统和信息技术实现生产自动化。

而工业4.0则指的是通过实现“物联网”系统完成大生产,最大程度实现生产全自动化、个性化、弹性化、自我优化和提高生产资源效率、降低生产成本的全新生产方式。

根据《实施建议》描述:在未来智能工厂中,人类、机器和资源能够互相通信。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。

随着工业4.0进程的发展,开放的标准也被提上了议程,太多的专有系统会阻碍工业4.0的进展。今年的工博会开幕前夕,德国标准化学会与5家行业协会共同发起成立“工业4.0标准化理事会”,显示德国的工业4.0发展已瞄向标准制定的新阶段。德国标准化学会4月20日公开发布了首个德国工业4.0参考模型的标准。

“工业4.0平台”领导小组成员、西门子公司首席技术官鲁思沃认为,该参考模型是德国发展工业4.0的重要一步,首次搭建出一个完整的框架,包含横向与纵向的信息技术融合,涵盖工业4.0关键的技术要素,还包括产品的生命周期以及生产周期,能使不同行业的企业朝着统一的方向发展工业4.0。

智能工厂的智能制造

位于德国巴伐利亚州东部、透着上世纪八九十年代工业风格的红砖厂房内正进行着一场向着工业4.0方向的自我进化。这是德国工业巨头西门子旗下的安贝格工厂,是欧洲乃至全球最先进的数字化工厂。

安贝格工厂创建于1989年,如今该工厂每年可生产约1500万件Simatic产品,按每年生产230天计算,即平均每秒就能生产出一台控制设备。这里的产品合格率高达99.9988%,“世界上还没有哪家同类工厂具备如此之低的缺陷率。”安贝格工厂负责人Karl-HeinzBüttner称。

记者在现场看到,安贝格工厂自身生产过程也利用Simatic设备进行控制,生产过程实现了高度的自动化。西门子安贝格工厂生产工程师ChristophRaum告诉记者,这里的生产设备和计算机可以自主处理75%的流程工作,由人力完成的部分,只有生产过程的开头部分,即员工将初始组件(裸电路板)放置到生产线上的环节,此后所有的工作均由机器自动控制完成。

依靠Simatic设备的高度自动化,在24小时内西门子安贝格工厂就可将面向全球约6万名用户的产品做好交付准备。

工业4.0意味着网络进入工厂大生产,是一个崭新的工业制造逻辑和方式。过去是以中心控制指挥系统,每一分钟对机器发出指令,而现在则由商品所附带的信息告诉机器需要什么样的生产过程,以制造出符合客户要求的产品。

“在生产之前,这些产品的使用目的就已预先确定,包括部件生产所需的全部信息,都已经‘存在’于虚拟现实中,这些部件有自己的‘名称’和‘地址’,具备各自的身份信息,它们‘知道’什么时候、哪条生产线或哪个工艺过程需要它们,通过这种方式,这些部件得以协商确定各自在数字化工厂中的运行路径。”ChristophRaum为记者讲解道,在未来的工厂里,设备和工件之间甚至可以直接交流,从而自主决定后续的生产步骤,组成一个分布式、高效和灵活的系统。

目前,安贝格工厂的姊妹工厂——西门子工业自动化产品成都生产研发基地(下称“西门子成都工厂”)已在中国四川成都诞生。西门子成都工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发的角色,全厂内实现了从管理、产品研发、生产到物流配送全过程的数字化,并且通过信息技术,与德国生产基地和美国的研发中心进行数据互联。

西门子成都工厂总经理AndreasBukenberger表示:“目前成都工厂产品的一次通过率(FPY)可达到99%以上,应用了西门子数字化企业平台解决方案的成都工厂与西门子在中国的其他工厂比较,产品的交货时间缩短了50%。”而安贝格工厂目前可实现年产零部件100万件,即平均1秒生产一个产品,未来的成都工厂将有望冲击这一纪录。

中国与工业4.0

中德在国家层面上的工业4.0合作始于2014年,当年10月,总理李克强在柏林与德国总理默克尔共同发表了《中德合作行动纲要》,宣布两国将开展工业4.0合作。业内人士认为,中德工业4.0战略合作框架,显示出高层对制造业4.0升级改造的强力支持,工业4.0已上升到国家战略高度。2014年中国工程院和工信部联手推进《中国制造2025》,2015年5月国务院正式通过。

当低廉的劳动力成本不能再作为“中国制造”在全球市场上的优势标签,制造企业对于变革的需求更为迫切。中国从政府层面上正在全力推进工业4.0,因为中国有7000万到8000万产业就业人员,还有大量出口,它们都是通过基于未来的互联网和工业融合的智能制造来实现的。

为在激烈的全球竞争中保持优势,制造企业要最大化利用资源,将生产变得更加高效。为适应不断变化的客户需求,制造企业必须尽可能地缩短产品上市时间,对市场的响应更加快速。为满足市场多元化的需求,制造企业还要快速实现各环节的灵活变动,将生产变得更加柔性。而高效、快速、柔性正是数字化企业为制造业带来的最大变化。西门子成都工厂这样的数字化企业的出现,为未来中国制造的变革方向提供了一个良好的参考。

数据显示,通过数字化的工厂规划,可以减少产品上市时间至少30%;通过提升产品质量,可以降低制造成本13%。而在新产品上市比例、设备生产效率、产品交付能力及营运利润率等多个方面,数字化工厂的指标均远远高于传统制造企业。

然而,“中国制造2025”与“德国工业4.0”在现状上也存在很大的差异,目前德国作为制造业强国,企业已基本完成由2.0向3.0的过渡,正在向4.0升级,而中国还有大量企业,还处在2.0的阶段,在基础材料、基础工艺方面非常欠缺。但这种差异也让双方有了不小的互补空间。简言之,在技术方面,德国比较领先,而中国存在一定程度的短缺;在市场空间方面,欧洲比较有限,而中国则潜力巨大。统计显示,德国45%的研发中心在中小企业,这些企业很大程度上引领了工业4.0,但缺乏拓展国际市场的经验和能力,往往只服务于宝马等单一大集团。如果引导德国企业和中国企业开展跨境合作,很多项目在中国将都有百亿级的市场规模。以西门子为例,2016年4月份,西门子与全球规模最大的亚麻纱制造商——金达控股有限公司共同建设的数字化工厂在浙江横港正式投入使用。作为中国亚麻纱行业的首家数字化工厂,该厂的建成标志着西门子数字化工厂解决方案再次成功应用于中国本土企业,成为西门子助力中国制造业转型升级的又一个里程碑。西门子MESSimaticIT将先进的数字化工厂规划、设计和管理理念引入工厂的研发、生产及物流等各个环节;西门子全集成自动化(TIA)解决方案在该厂也得到了全面的应用,帮助自动化设备与系统实现无缝连接,缩短工时提高效率并降低设备运转成本。

李德雄_NT2021
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