葉時針：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、自動化和數(shù)字化領(lǐng)域的豐厚經(jīng)驗(yàn)，針對離散行業(yè)和過程行業(yè)的數(shù)字化企業(yè)設(shè)計了大規(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)整個價值鏈的整合及數(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，需要一個相對較長的時間才能實(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。
對于智能工廠，一個最典型的特征就是能滿足個性化需求的大規(guī)模定制(customized Unrestricted mass production)，既滿足個性化需求，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)了四個字：“快活好省”。這也是市場對制造業(yè)的要求。
***個是快，也就是說新產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和市場導(dǎo)入會大大加速。
第二個是活，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)線上可能會生產(chǎn)不同型號的車，幾乎是在同時，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)我們的一個觀點(diǎn)。就是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化，是要實(shí)現(xiàn)全價值鏈的數(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，就是整個供應(yīng)鏈的集成;縱向集成，是指從產(chǎn)品概念設(shè)計一直到制造出來的整個過程，也就是說從你的設(shè)計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。
西門子對數(shù)字化企業(yè)的一個核心觀點(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)計或者是三維設(shè)計，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。
***這三個模型集成在一起就變成了整個企業(yè)的數(shù)字雙胞胎。但是要實(shí)現(xiàn)這三個模型的集成，其實(shí)并不那么容易，這里需要特別強(qiáng)調(diào)的是形成一個非常非常強(qiáng)大的企業(yè)的主數(shù)據(jù)平臺。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)在在同一個平臺上產(chǎn)生，這樣才有利于數(shù)據(jù)的互相之間的流動和利用。所以我們特別強(qiáng)調(diào)要建設(shè)一個數(shù)字化企業(yè)，需要建立一個主數(shù)據(jù)平臺。
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)展了一個企業(yè)級的協(xié)同平臺，叫 teamcenter，這個平臺他可以連接所有的相關(guān)方，也就是說他是一個非常強(qiáng)大的協(xié)同平臺，有任何設(shè)計產(chǎn)品工藝等等方面的改變，都可以通過平臺去通知去相關(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，我們這個平臺在汽車廠的應(yīng)用是特別廣泛的，我們的市場占有率是***的，現(xiàn)在一個車廠，比如說奔馳要設(shè)計一輛新車型的時候，他的配套廠商比如說設(shè)計一個汽車的線束，他會要求配套廠商在同樣的平臺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被同步。也就是說實(shí)現(xiàn)高效率，并且?guī)缀鯖]有差錯的設(shè)計。
接下來我想用一個案例來說明，我們這個所謂數(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增值鏈當(dāng)中，我們把增值鏈分成五個部分：
***部分就是設(shè)計。我們以西門子工控機(jī)為案例。我們使用 NX 3D 設(shè)計軟件。通過使用 NX 做三維的設(shè)計，NX 還有很多仿真和驗(yàn)證的軟件。所謂的 CAE或者 CAM 軟件，這個圖的右邊就表示我們在工控機(jī)設(shè)計完成以后，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)的時間和成本。怎么減少?以前往往是把設(shè)計完成后先制作做成幾個樣機(jī)進(jìn)行測試。當(dāng)測試完成以后，進(jìn)行設(shè)計修改和調(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。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。舉個例子說，你設(shè)計了一個機(jī)器人的機(jī)臺，設(shè)計完以后，軟件就能直接轉(zhuǎn)換成 PLC 的程序。開個玩笑說，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)計的機(jī)臺，PLC 的程序在指揮機(jī)器的動作，以便及時發(fā)現(xiàn)這個機(jī)器設(shè)計和工作程序上可能存在的問題，及時解決。***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)字化的一個最基本的要求，要有實(shí)時數(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)為這是一個中樞環(huán)節(jié)，也就是說能夠把你的設(shè)計圖紙工藝清單變成生產(chǎn)線上的一個個的制作過程。
西門子比較強(qiáng)調(diào)把生產(chǎn)線所有的動態(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，形成了一個閉環(huán)制造的過程。從整個生產(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，也就是說從一個產(chǎn)品的設(shè)計它的工藝設(shè)計，生產(chǎn)線的設(shè)計***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，西門子的這個產(chǎn)品名字叫做Mindsphere, 是一個 plant data service 平臺。西門子的制造云是為大家提供一個大數(shù)據(jù)平臺，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放在這個平臺上去使用。
這里我們對剛才說的案例解讀，做一個回顧，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，首先我們要有一個企業(yè)數(shù)字化的平臺，也就是主數(shù)據(jù)平臺或者叫協(xié)同平臺，來形成一個企業(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，能夠讓你的新產(chǎn)品開發(fā)加速。
第二個西門子的 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)平臺的，這是我們的優(yōu)勢所在。大家可以用不同的軟件和平臺去實(shí)現(xiàn)不同的功能，比如說用 A 公司的設(shè)計軟件，B 公司的 MES，C 公司的自動化產(chǎn)品等等，在實(shí)現(xiàn)集成上相對比較困難，最終可能形成信息孤島。
第三個就是剛才我們提到過的云，云是一個特別熱的話題。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)作為主要對象的云，西門子的Mindsphere 主要關(guān)注這個方向。
***一條是額外的，但是也是非常重要的。因?yàn)閿?shù)字化必然帶來對外的網(wǎng)絡(luò)連接，信息安全方面的風(fēng)險也隨之而來，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。我們在成都有一個生產(chǎn) PLC 和工控機(jī)的工廠，目前我們認(rèn)為這是一個相當(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。我們還有一個選擇是我們在六月初我們會在北京西門子中心建立一個數(shù)字化企業(yè)體驗(yàn)中心。這個體驗(yàn)中心我們會有一條演示生產(chǎn)線，當(dāng)然這不是一個真實(shí)生產(chǎn)給客戶交付的產(chǎn)品的生產(chǎn)線，是一個模擬生產(chǎn)的生產(chǎn)線，生產(chǎn)印章。印章分三個部分，一個是章體本身，章體身上刻字;第二個是鈕，這個紐本來是圓柱形的材料，可以按你的要求設(shè)計成不同的尺寸和形狀，當(dāng)場加工。另外一個就是一個蓋子作為一個包裝的步驟來體現(xiàn)整個生產(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)器手自動取料，然后到右邊通過傳送帶送到各個工位。兩個綠色的部分是兩臺加工中心是兩臺機(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上展出過，那時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。在整個過程當(dāng)中我們是每個工位都設(shè)置了一些顯示屏，這些人機(jī)界面上能夠看到一個訂單從頭到尾每一步，什么時刻在做什么等等，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)品生命周期的五個階段里面的每個過程。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。體驗(yàn)中心里面我們還會有別的一些具體的功能軟件等等方面的演示。到時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，我們分成七個部分，***個部分是愿景和對標(biāo)，***管理層必須得有一個方向和目標(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)行一些對標(biāo)。然后通過對生產(chǎn)流程的設(shè)計形成數(shù)字化的藍(lán)圖，也就是說整個信息化的架構(gòu)等等能夠初步的體現(xiàn)出來。當(dāng)然對于一個新的工廠來說，到了具體的設(shè)計的時候，就會牽涉到整個布局包括物流，西門子的Technomatics 仿真軟件能提供幫助。然后是自動化的生產(chǎn)線概念設(shè)計。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)計一個實(shí)施的路線圖。
那么我***一個張照片是給大家有一個印象，我們給客戶做的實(shí)施的計劃，包括路線圖，藍(lán)圖等等這些大概是什么樣子。總之我們想強(qiáng)調(diào)的是說規(guī)劃先行，設(shè)計先行，應(yīng)該在這里多花點(diǎn)時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)中會有做一些調(diào)整。
