葉時(shí)針：西門子離散制造數(shù)字化理念|V課堂第63期
西門子憑借在電氣化、自動(dòng)化和數(shù)字化領(lǐng)域的豐厚經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)離散行業(yè)和過程行業(yè)的數(shù)字化企業(yè)設(shè)計(jì)了大規(guī)模定制化數(shù)字化企業(yè)示范線，且它的數(shù)字化實(shí)戰(zhàn)理念貫穿了企業(yè)整個(gè)價(jià)值鏈的整合及數(shù)字化轉(zhuǎn)型。第63期【智造+V課堂】，西門子(中國)有限公司數(shù)字化業(yè)務(wù)總監(jiān)葉時(shí)針和大家一起分享西門子離散制造數(shù)字化理念，體驗(yàn)數(shù)字化制造成果以及數(shù)字化建設(shè)的一些落地思路。
分享嘉賓
葉時(shí)針
西門子(中國)有限公司華東大區(qū)數(shù)字化業(yè)務(wù)總監(jiān)
葉時(shí)針先生秉承“嚴(yán)謹(jǐn)、耐心、專業(yè)、精益求精”的匠人精神，用18年的時(shí)間只專注做一件事。他是西門子數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的奠基人，是奮戰(zhàn)在企業(yè)信息化前線的大前鋒，是既東業(yè)務(wù)又熟知專業(yè)的擁有豐富實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)戰(zhàn)專家。
分享主題
西門子離散制造業(yè)數(shù)字化理念
演講大綱
1.西門子數(shù)字化制造體系介紹
2.西門子數(shù)字化雙胞胎
3.以產(chǎn)品研發(fā)制造為場景，體驗(yàn)數(shù)字化制造
4.國內(nèi)企業(yè)數(shù)字化建設(shè)的落地思路
原文實(shí)錄
原文實(shí)錄context：
今天主要是想跟大家分享一下西門子公司對(duì)于建設(shè)數(shù)字化企業(yè)的一些思路和做法。工業(yè) 4.0 到現(xiàn)在為止還只是愿景，需要一個(gè)相對(duì)較長的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字化是走向工業(yè) 4.0 的必經(jīng)之路。我做了幾頁膠片，并做一些解讀。
上圖列舉了一些數(shù)字化工廠和智能工廠(工業(yè) 4.0)最基本的特征。
對(duì)于智能工廠，一個(gè)最典型的特征就是能滿足個(gè)性化需求的大規(guī)模定制(customized Unrestricted mass production)，既滿足個(gè)性化需求，又能低成本快速交付。要實(shí)現(xiàn)這樣的愿景，需要看相關(guān)技術(shù)的發(fā)展水平。而就目前的軟硬件技術(shù)來說，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化是可望而且可及的。當(dāng)然，建設(shè)數(shù)字化工廠同樣不是一蹴而就的。數(shù)字化工廠他能帶來什么呢?我們總結(jié)了四個(gè)字：“快活好省”。這也是市場對(duì)制造業(yè)的要求。
***個(gè)是快，也就是說新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)和市場導(dǎo)入會(huì)大大加速。
第二個(gè)是活，直觀的說大家很熟悉的一句話是柔性生產(chǎn)，比如說現(xiàn)在車廠一條生產(chǎn)線上可能會(huì)生產(chǎn)不同型號(hào)的車，幾乎是在同時(shí)，可能前一輛是這種車型，那種顏色，后一輛是另外一種車型。
第三個(gè)是好，也就是說能夠?qū)崿F(xiàn)完整的質(zhì)量控制和服務(wù)。
第四個(gè)是省，也就是提高資源的利用效率，比如能源，比如設(shè)備的利用率等。
這張圖片是想強(qiáng)調(diào)我們的一個(gè)觀點(diǎn)。就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化，是要實(shí)現(xiàn)全價(jià)值鏈的數(shù)字化，也只有這樣才能保持企業(yè)的持久的競爭力。
在工業(yè) 4.0 的白皮書中，有三個(gè)描述，叫橫向集成，縱向集成和端到端的集成。所謂橫向集成，就是整個(gè)供應(yīng)鏈的集成;縱向集成，是指從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)一直到制造出來的整個(gè)過程，也就是說從你的設(shè)計(jì)辦公室一直到車間現(xiàn)場的管理系統(tǒng)是無縫集成的。***一個(gè)端到端的集成是指產(chǎn)品的研發(fā)到服務(wù)全生命周期或者叫整增值鏈的集成。
西門子對(duì)數(shù)字化企業(yè)的一個(gè)核心觀點(diǎn)是要實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品研發(fā)、制造規(guī)劃、制造工程、實(shí)際的生產(chǎn)一直到售后服務(wù)，全價(jià)值鏈的數(shù)字化，并做到無縫集成。即形成完整的企業(yè)數(shù)字化模型，或者比較流行的概念，叫做數(shù)字化雙胞胎。
企業(yè)的數(shù)字化模型(數(shù)字雙胞胎)通常認(rèn)為有三個(gè)主要的部分組成，一是產(chǎn)品的數(shù)字雙胞胎，也就是要說建立企業(yè)模型的話首先要有產(chǎn)品的數(shù)字化模型。二是工藝的數(shù)字雙胞胎，現(xiàn)在大部分的企業(yè)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計(jì)或者是三維設(shè)計(jì)，但是往往只是外形尺寸上的，但數(shù)字化雙胞胎實(shí)際上還應(yīng)該包括這個(gè)產(chǎn)品的材料，生產(chǎn)工藝，工裝，質(zhì)量信息等等，使產(chǎn)品模型成為活的細(xì)胞，而不僅僅是圖形。三是裝備(產(chǎn)線)的數(shù)字雙胞胎，也就是說工廠的所有設(shè)備、生產(chǎn)線，也是數(shù)字化的，也是活的模型，只是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)制造的前提。
***這三個(gè)模型集成在一起就變成了整個(gè)企業(yè)的數(shù)字雙胞胎。但是要實(shí)現(xiàn)這三個(gè)模型的集成，其實(shí)并不那么容易，這里需要特別強(qiáng)調(diào)的是形成一個(gè)非常非常強(qiáng)大的企業(yè)的主數(shù)據(jù)平臺(tái)。也就是說你所有的產(chǎn)品的工藝的裝備等等這些數(shù)據(jù)信息應(yīng)在在同一個(gè)平臺(tái)上產(chǎn)生，這樣才有利于數(shù)據(jù)的互相之間的流動(dòng)和利用。所以我們特別強(qiáng)調(diào)要建設(shè)一個(gè)數(shù)字化企業(yè)，需要建立一個(gè)主數(shù)據(jù)平臺(tái)。
剛才主持人說西門子積累了十幾年的經(jīng)驗(yàn)或者說經(jīng)過了十幾年的布局和投入，西門子自從收購 UGS 以后逐步逐步發(fā)展了一個(gè)企業(yè)級(jí)的協(xié)同平臺(tái)，叫 teamcenter，這個(gè)平臺(tái)他可以連接所有的相關(guān)方，也就是說他是一個(gè)非常強(qiáng)大的協(xié)同平臺(tái)，有任何設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝等等方面的改變，都可以通過平臺(tái)去通知去相關(guān)方做相應(yīng)的改變，包括供應(yīng)商等等相關(guān)方在內(nèi)。比如說汽車廠，我們這個(gè)平臺(tái)在汽車廠的應(yīng)用是特別廣泛的，我們的市場占有率是***的，現(xiàn)在一個(gè)車廠，比如說奔馳要設(shè)計(jì)一輛新車型的時(shí)候，他的配套廠商比如說設(shè)計(jì)一個(gè)汽車的線束，他會(huì)要求配套廠商在同樣的平臺(tái)上工作至少要能傳送相同數(shù)據(jù)格式，或者是被 teamcenter 能接收格式的文件，能夠任何的改變都會(huì)被同步。也就是說實(shí)現(xiàn)高效率，并且?guī)缀鯖]有差錯(cuò)的設(shè)計(jì)。
接下來我想用一個(gè)案例來說明，我們這個(gè)所謂數(shù)字化企業(yè)大概是怎么回事?剛才已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了我們是要把數(shù)字化貫穿到全生命周期的整個(gè)增值鏈當(dāng)中，我們把增值鏈分成五個(gè)部分：
***部分就是設(shè)計(jì)。我們以西門子工控機(jī)為案例。我們使用 NX 3D 設(shè)計(jì)軟件。通過使用 NX 做三維的設(shè)計(jì)，NX 還有很多仿真和驗(yàn)證的軟件。所謂的 CAE或者 CAM 軟件，這個(gè)圖的右邊就表示我們?cè)诠た貦C(jī)設(shè)計(jì)完成以后，做機(jī)箱發(fā)熱的仿真驗(yàn)證。這就是產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎的***步。數(shù)字化的好處是能夠減少研發(fā)的時(shí)間和成本。怎么減少?以前往往是把設(shè)計(jì)完成后先制作做成幾個(gè)樣機(jī)進(jìn)行測試。當(dāng)測試完成以后，進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和調(diào)整，再做樣機(jī)，再測試…,但數(shù)字化以后，我們是在電腦里面完成前幾步，利用軟件來進(jìn)行仿真，來校驗(yàn)來迭代你的設(shè)計(jì)。也就是說你不需要真正的實(shí)物投入，并大大節(jié)約了驗(yàn)證的時(shí)間。
第二步是產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)劃和流程。產(chǎn)品的數(shù)字化模型應(yīng)該包括制作工藝。當(dāng)工藝確定后，同樣可以用我們的仿真軟件做驗(yàn)證，包括人體工程學(xué)的仿真，裝備單元、生產(chǎn)線仿真和虛擬調(diào)試，及全廠物流的仿真。這同樣可以降低設(shè)備的試制成本和周期。
西門子的這個(gè)仿真軟件叫 Technomatics 和 MCD, 西門子 PLC 和 DCS 同樣有仿真和虛擬調(diào)試功能，并且可以和西門子的數(shù)據(jù)軟件交互集成。舉個(gè)例子說，你設(shè)計(jì)了一個(gè)機(jī)器人的機(jī)臺(tái)，設(shè)計(jì)完以后，軟件就能直接轉(zhuǎn)換成 PLC 的程序。開個(gè)玩笑說，以后也許 PLC 的編程工程師都不需要了。同樣反過來，當(dāng) PLC 的程序已經(jīng)編完以后，不需要采購 PLC 就能用 PLC的仿真軟件直接去運(yùn)行測試。上圖是 MCD 設(shè)計(jì)的機(jī)臺(tái)，PLC 的程序在指揮機(jī)器的動(dòng)作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)和工作程序上可能存在的問題，及時(shí)解決。***在投入生產(chǎn)制造。
當(dāng)物理的車間建立起來了以后，我們現(xiàn)在要做的一件事情就是生產(chǎn)管理和生產(chǎn)線之間的集成，為什么要集成呢?也就是數(shù)字化的一個(gè)最基本的要求，要有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)制造MOM 大家很熟悉，以前叫 MES，現(xiàn)在增加一些比如說 APS 的這些功能，變成一個(gè)制造管理系統(tǒng)，而不是簡單的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)。我們認(rèn)為這是一個(gè)中樞環(huán)節(jié)，也就是說能夠把你的設(shè)計(jì)圖紙工藝清單變成生產(chǎn)線上的一個(gè)個(gè)的制作過程。
西門子比較強(qiáng)調(diào)把生產(chǎn)線所有的動(dòng)態(tài)過程和你要求的生產(chǎn)工藝完完整整的結(jié)合起來，所謂全集成。通過 MES 把這個(gè)主數(shù)據(jù)的要求和生產(chǎn)線，以及生產(chǎn)線的現(xiàn)實(shí)狀況的反饋，比如說質(zhì)量數(shù)據(jù)等等這些信息的反饋，形成了一個(gè)閉環(huán)制造的過程。從整個(gè)生產(chǎn)過程來說我們就基本上已經(jīng)完成了數(shù)字化的制造，回過來在稍微總結(jié)一下，也就是說從一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)它的工藝設(shè)計(jì)，生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)***到生產(chǎn)線運(yùn)行，以及運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)反饋回設(shè)計(jì)工藝端，這就形成閉環(huán)制造。數(shù)字化制造也可以理解成，制造過程是可以在電腦里進(jìn)行的，真正的生產(chǎn)只是電腦里的是完全復(fù)制的過程，也就是數(shù)字化雙胞胎。
在數(shù)字化制造的***一步— —制造云，西門子的這個(gè)產(chǎn)品名字叫做Mindsphere, 是一個(gè) plant data service 平臺(tái)。西門子的制造云是為大家提供一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，大家一起來開發(fā) APP，類似 iOS, 大家開發(fā)各種各樣有用的 APP放在這個(gè)平臺(tái)上去使用。
這里我們對(duì)剛才說的案例解讀，做一個(gè)回顧，也就是說西門子的數(shù)字化理念，和能提供的產(chǎn)品，右下腳做了一些注釋，首先我們要有一個(gè)企業(yè)數(shù)字化的平臺(tái)，也就是主數(shù)據(jù)平臺(tái)或者叫協(xié)同平臺(tái)，來形成一個(gè)企業(yè)的數(shù)字化模型，或者數(shù)字化雙胞胎。有了這樣一個(gè)數(shù)字化的模型重要意義是能提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，主要是說利用公用的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)流動(dòng)，能夠讓你的新產(chǎn)品開發(fā)加速。
第二個(gè)西門子的 CAD，CAE，CAM 和仿真軟件以及他的 MES，或者現(xiàn)在說的MOM 這些軟件體系，西門子軟件是基于共同的數(shù)據(jù)平臺(tái)的，這是我們的優(yōu)勢(shì)所在。大家可以用不同的軟件和平臺(tái)去實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如說用 A 公司的設(shè)計(jì)軟件，B 公司的 MES，C 公司的自動(dòng)化產(chǎn)品等等，在實(shí)現(xiàn)集成上相對(duì)比較困難，最終可能形成信息孤島。
第三個(gè)就是剛才我們提到過的云，云是一個(gè)特別熱的話題。目前也有很多公司在做云，包括阿里，包括谷歌、亞馬遜都在做這樣的云，可是他們的多數(shù)是商業(yè)應(yīng)用的偏多一點(diǎn)，在以設(shè)備維護(hù)，工廠運(yùn)營數(shù)據(jù)作為主要對(duì)象的云，西門子的Mindsphere 主要關(guān)注這個(gè)方向。
***一條是額外的，但是也是非常重要的。因?yàn)閿?shù)字化必然帶來對(duì)外的網(wǎng)絡(luò)連接，信息安全方面的風(fēng)險(xiǎn)也隨之而來，所以工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和信息安全也是我們關(guān)注并能提供解決方案的重要內(nèi)容。
剩下一點(diǎn)時(shí)間我給大家稍微介紹一下，怎么去體驗(yàn)一下數(shù)字化制造。我們?cè)诔啥加幸粋€(gè)生產(chǎn) PLC 和工控機(jī)的工廠，目前我們認(rèn)為這是一個(gè)相當(dāng)數(shù)字化的工廠，能看到剛才我們提到的一些主要的因素，歡迎大家去參觀的。我們還有一個(gè)選擇是我們?cè)诹鲁跷覀儠?huì)在北京西門子中心建立一個(gè)數(shù)字化企業(yè)體驗(yàn)中心。這個(gè)體驗(yàn)中心我們會(huì)有一條演示生產(chǎn)線，當(dāng)然這不是一個(gè)真實(shí)生產(chǎn)給客戶交付的產(chǎn)品的生產(chǎn)線，是一個(gè)模擬生產(chǎn)的生產(chǎn)線，生產(chǎn)印章。印章分三個(gè)部分，一個(gè)是章體本身，章體身上刻字;第二個(gè)是鈕，這個(gè)紐本來是圓柱形的材料，可以按你的要求設(shè)計(jì)成不同的尺寸和形狀，當(dāng)場加工。另外一個(gè)就是一個(gè)蓋子作為一個(gè)包裝的步驟來體現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程。
大家看到在上方的這張圖上，左上方是料倉，通過機(jī)器手自動(dòng)取料，然后到右邊通過傳送帶送到各個(gè)工位。兩個(gè)綠色的部分是兩臺(tái)加工中心是兩臺(tái)機(jī)床，來加工和刻字。這是真實(shí)加工的，我們這條生產(chǎn)線曾經(jīng)在去年的上海工博會(huì)上展出過，那時(shí)候功能還沒有做到非常非常完善，但是是真實(shí)運(yùn)營的。
接下來我們也設(shè)置了一些自動(dòng)檢測、打標(biāo)、鈕和章體組裝，***包裝和交付。這些工藝環(huán)節(jié)，基本上能覆蓋一般生產(chǎn)制造企業(yè)所常見的一些工藝過程。在整個(gè)過程當(dāng)中我們是每個(gè)工位都設(shè)置了一些顯示屏，這些人機(jī)界面上能夠看到一個(gè)訂單從頭到尾每一步，什么時(shí)刻在做什么等等，所有的過程。同樣大家看圖的下面，我們也做了一些屏，讓大家比較直觀的看到剛才說的產(chǎn)品生命周期的五個(gè)階段里面的每個(gè)過程。當(dāng)你下單以后我們就看到三維的圖形，當(dāng)你確認(rèn)這個(gè)圖形是正確的，那么他是開始安排生產(chǎn)。后面流程幾乎全自動(dòng)。體驗(yàn)中心里面我們還會(huì)有別的一些具體的功能軟件等等方面的演示。到時(shí)候也歡迎大家去北京參觀。
***分享一下如何建設(shè)數(shù)字化工廠，我們通常建議先做一個(gè)完整的數(shù)字化工廠規(guī)劃。這張圖上是我們總結(jié)的關(guān)于數(shù)字化規(guī)劃的一些關(guān)鍵點(diǎn)或者流程，我們分成七個(gè)部分，***個(gè)部分是愿景和對(duì)標(biāo)，***管理層必須得有一個(gè)方向和目標(biāo)，比如產(chǎn)能、質(zhì)量規(guī)劃等等愿景。然后按照這個(gè)愿景和一些比較先進(jìn)的工廠，比如說西門子的成都的工廠進(jìn)行一些對(duì)標(biāo)。然后通過對(duì)生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)形成數(shù)字化的藍(lán)圖，也就是說整個(gè)信息化的架構(gòu)等等能夠初步的體現(xiàn)出來。當(dāng)然對(duì)于一個(gè)新的工廠來說，到了具體的設(shè)計(jì)的時(shí)候，就會(huì)牽涉到整個(gè)布局包括物流，西門子的Technomatics 仿真軟件能提供幫助。然后是自動(dòng)化的生產(chǎn)線概念設(shè)計(jì)。再接下來信息化架構(gòu)。我們認(rèn)為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，是一個(gè)逐步實(shí)現(xiàn)的過程。所以在規(guī)劃做好好以后，還需要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)施的路線圖。
那么我***一個(gè)張照片是給大家有一個(gè)印象，我們給客戶做的實(shí)施的計(jì)劃，包括路線圖，藍(lán)圖等等這些大概是什么樣子?？傊覀兿霃?qiáng)調(diào)的是說規(guī)劃先行，設(shè)計(jì)先行，應(yīng)該在這里多花點(diǎn)時(shí)間把所有的事情想清楚了再去做，當(dāng)然不是百分之一百清楚，始終在實(shí)施過程當(dāng)中會(huì)有做一些調(diào)整。
