论文部分内容阅读
德国工业高度发达，世界闻名。在四川成都，也能看到德国现代高端工业的影子。在这里，德国工业4.0得到尽善尽美的展示。这就是几乎拷贝了德国工业4.0示范工厂——西门子安贝格数字化工厂的西门子成都工厂。信息化是这个数字化工厂最耀眼的部分。
德国政府在2012年6月提出工业4.0愿景，目的是保持德国在全球制造业的领先地位。西门子是其中的领导性企业之一，西门子工业自动化产品成都生产研发基地（简称“西门子成都工厂”）所拷贝的西门子数字化工程安贝格工厂就是工业4.0的示范工厂。
拉式生产 混线生产
从表面上看来，位于成都高新西区的西门子成都工厂并不起眼，但是这个工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发这一重要角色。从战略意义上讲，西门子成都工厂是安贝格工厂的一个备份工厂，从而确保西门子能够不间断地为客户提供产品。因此，西门子成都工厂和安贝格工厂拥有相似的流程、质量控制和物流效率。
进入工厂的生产和物流区域，记者看不到像其他工厂那样众多工人在不同流水线上忙碌的繁忙景象，自动化生产线上只有屈指可数的几个工人在有条不紊地根据眼前显示屏上显示的信息进行装备。作为一个强调工程师文化的企业，西门子成都工厂的车间里边更多的员工是在流水线边上的工程师。
西门子成都工厂的一位负责人介绍说，拥有160多年历史的西门子一直以来非常重视制造，目前西门子在全球拥有300多个工厂，逐渐积累了丰富的制造经验，形成了自己的生产体系，借助Siemens PLM Software（产品生命周期管理软件）、MES（制造执行系统）和TIA（全集成自动化）产品来落地，并进行持续改进。比如，借助PLM的应用实现设计和制造的融合，通过MES的应用实现拉式生产和准时生产，借助TIA应用实现看板生产、混线生产/快速换模、连续流生产等。
所谓拉式生产，指的是从市场需求出发，根据市场需求来组装产品，借此拉动前面工序的零部件加工。每个生产部门、工序都根据后向部门和工序的需求来完成生产制造，同时向前向部门和工序发出生产指令。西门子所强调的设计和制造的融合为拉式生产提供支撑。
这位负责人特别强调了这其中PLM的重要性。产品规划部门完成产品规划后将需求提交给研发部门，研发部门完成设计后，将第一版的设计图纸提交给采购或生产部门，生产部门完成生产后将产品提交质量部门，在这过程中还会涉及其他更多部门。
“设计图纸永远都不可能是最终版的。”这个负责人说，研发部门要根据各个部门的建议对设计图进行修改，每一次修改都会关系到相关的各个部门的业务。如果采用传统的做法，各部门很难分辨出哪个版本的图纸是最终的版本。现在西门子成都工厂借助Siemens PLM Software软件，从设计开始时相关数据就已经通过数据平台进行共享，不管中间经过多少修订环节，相关人员从后台看到的都是最新版本。此外，研发人员还可以借助PLM系统进行仿真，把设计误差消灭在研发阶段。接下来，西门子成都工厂借助CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造系统）将这些数据传送到机床上。这样，西门子成都工厂就实现了设计、制造的融合，缩短产品投放市场的时间。
多品种混线生产是当前提高生产线效率、降低生产成本的一个有效途径。但是，如何实现混线生产对现代工厂来说是一个非常大的挑战。借助Siemens PLM Software 的Teamcenter软件，西门子成都工厂就可以灵活地进行小批量、多批次生产，从而实现连续流生产和准时生产。为此，西门子成都工厂在生产线上部署了大量的传感设备用于数据的采集，以及集散数据系统（DCS）和数据采集与监视控制（SCADA）系统。
全程自动化
西门子成都工厂拥有完整的数字化企业平台，可以借助全集成自动化系统实现从研发到生产，再到物流的全过程的自动化。来自西门子的资料称，在30分钟内该工厂的物料就能根据需求从仓库传送到机器旁。
数字化工厂的数据源自研发环节。研发环节产生的数据将在工厂的各个系统间实时传递。这些数据由Siemens PLM Software提供的产品开发解决方案NX产生。研发部门的工程师们可以通过NX在设计过程中进行仿真，从而在设计阶段避免设计可能出现的缺陷、矛盾和不匹配，缩短多达90%的编程时间。
在NX软件中完成设计的产品数据一方面通过CAM向生产线传递，为完成接下来的制造做准备，另一方面同时被“写”进数字化工厂的数据中心——Teamcenter软件中，供质量、采购和物流等部门共享。采购部门将依据产品的数据信息进行零部件的采购，质量部门将依据产品的数据信息进行验收，物流部门则依据数据信息进行零部件的确认。
每天，西门子MES系统SIMATIC IT生成的电子任务单将传送到流水线工人工作台前方的电脑显示屏上，显示屏上的数据不到1秒时间就更新一次。SIMATIC IT不仅涵盖了传统制造企业生产计划调度职能，而且集成了工厂信息管理、生产维护管理、物料追溯和管理、设备管理、品质管理、制造KPI 分析等多种功能，可以保证工厂管理与生产的高度协同。
当流水线上的自动引导小车送来一款待装配的产品时，电脑显示屏上会出现它的信息，装配工人前面相应的零件盒上的指示灯就会亮起。这时他就可以根据指示灯的指示选择零件进行安装。这是因为传感器扫描了产品的条码信息，并将数据实时传输到了MES系统。MES系统通过与西门子TIA的互联控制零件盒的指示灯。值得一提的是，自动引导小车的路径是由西门子用可编程控制器（PLC）来实现的。该系统可以引导生产流程，用视觉系统来识别质量，用自动引导小车来传递产品。
装配好产品后，工人按下工作台上的一个按钮，自动化流水线上的传感器就会扫描产品的条码信息，记录其所在工位的数据。MES 系统SIMATIC IT 将以该数据作为判断基础，向控制系统下达指令，指挥小车将它送去下一个目的地。 产品在到达下一个工序前，要通过严格的检验程序。借助视觉检测，SIMATIC IT 品质管理模块能够检测出产品微小的瑕疵。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法，具体的实现方法是，用相机拍下产品的图像与Teamcenter 数据平台中的正确图像进行比对。
在经过多次装配并接受过多道质量检测后，成品将被送到包装工位。再经过人工包装、装箱等环节，一箱包装好的自动化产品将通过升降梯和传送带被自动运达物流中心或立体仓库。
数字化企业平台的五层架构
据悉，数字化企业平台是实现西门子成都工厂数字制造的载体，它可以实现包括设计、生产规划、生产工程，到生产执行和服务的产品全生命周期的高效运行，以最小的资源消耗获取最高的生产效率。
工业4.0的愿景是在数字化企业平台实现纵向和横向全面集成的基础上，工厂、材料、产品全面智能化，形成一个个自组织、自运转的CPS（信息物理系统），从而形成一个机器社区。在这个机器社区内，机器和产品之间、机器和机器之间能够自动进行信息交互、谈判和优化。西门子数字化企业平台正是基于这一愿景建设的。西门子成都工厂相关负责人介绍，他们所应用的数字化企业平台涵盖五个层面：
第一层：企业层，主要包含能够与西门子工业软件系统全面集成的SAP ERP系统和Siemens PLM Software软件NX、Teamcenter等。其中，NX是集成产品设计、工程与制造于一体的解决方案，可以帮助用户改善产品质量，提高产品交付速度和效率；Teamcenter主要用于产品数据协同管理，将人员、流程与知识有机地联系起来。“基于NX、Teamcenter等软件产生的产品数据是最基本的数据。这些产品数据为我们的研发、生产、采购的开展奠定了基础。而且我们的研发系统和制造系统、采购系统也是互相关联的。”该负责人介绍。
第二层：管理层，主要包括MES等生产管理软件。这些工业软件具备重要的数据流控制和生产管理控制功能，是承上启下的管理系统。
第三层：操作层，主要包含西门子DCS和SCADA、系统设备状态管理系统，用于监控生产过程、设备状态。
第四层：现场控制层，主要包含西门子PLC。设备层是由西门子各产品业务部门生产的产品所构成的一个自动化平台。
第五层：设备控制层。现场控制层和设备控制层主要体现在西门子的生产设备、物流设备、工艺设备中的自动化元器件、自动化设备上。它们的作用非常重要，能起到上下贯通的作用，并为上层结构提供大量的数据。这两层的基础自动化设备提供的各种数据流可与上层的MES数据流进行交换。
链 接
西门子与德国工业4.0
工业4.0的愿景是在数字化企业平台实现纵向和横向全面集成的基础上，工厂、材料、产品全面智能化，形成一个个自组织、自运转的CPS（信息物理系统），从而形成一个机器社区。在这个机器社区内，机器和产品之间、机器和机器之间能够自动进行信息交互、谈判、优化。Siemens PLM Software 大中华区售前技术总监方志刚介绍，Siemens PLM Software在战略愿景层面积极参与和领导工业4.0项目，西门子工业自动化部门的CEO担任工业4.0的全球发言人。在解决方案层面，西门子工业凭借其雄厚的工业自动化和驱动技术基础，针对工业行业率先提供最全面的数字企业平台的能力，是全球唯一一家能够提供包括PLM、MES和TIA在内的工业软件的供应商。
“Siemens PLM Software在数字化制造方面是着眼于未来的，而不是仅仅局限于目前的发展。” Siemens PLM Software大中华区首席执行官兼董事总经理梁乃明说。
德国政府在2012年6月提出工业4.0愿景，目的是保持德国在全球制造业的领先地位。西门子是其中的领导性企业之一，西门子工业自动化产品成都生产研发基地（简称“西门子成都工厂”）所拷贝的西门子数字化工程安贝格工厂就是工业4.0的示范工厂。
拉式生产 混线生产
从表面上看来，位于成都高新西区的西门子成都工厂并不起眼，但是这个工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发这一重要角色。从战略意义上讲，西门子成都工厂是安贝格工厂的一个备份工厂，从而确保西门子能够不间断地为客户提供产品。因此，西门子成都工厂和安贝格工厂拥有相似的流程、质量控制和物流效率。
进入工厂的生产和物流区域，记者看不到像其他工厂那样众多工人在不同流水线上忙碌的繁忙景象，自动化生产线上只有屈指可数的几个工人在有条不紊地根据眼前显示屏上显示的信息进行装备。作为一个强调工程师文化的企业，西门子成都工厂的车间里边更多的员工是在流水线边上的工程师。
西门子成都工厂的一位负责人介绍说，拥有160多年历史的西门子一直以来非常重视制造，目前西门子在全球拥有300多个工厂，逐渐积累了丰富的制造经验，形成了自己的生产体系，借助Siemens PLM Software（产品生命周期管理软件）、MES（制造执行系统）和TIA（全集成自动化）产品来落地，并进行持续改进。比如，借助PLM的应用实现设计和制造的融合，通过MES的应用实现拉式生产和准时生产，借助TIA应用实现看板生产、混线生产/快速换模、连续流生产等。
所谓拉式生产，指的是从市场需求出发，根据市场需求来组装产品，借此拉动前面工序的零部件加工。每个生产部门、工序都根据后向部门和工序的需求来完成生产制造，同时向前向部门和工序发出生产指令。西门子所强调的设计和制造的融合为拉式生产提供支撑。
这位负责人特别强调了这其中PLM的重要性。产品规划部门完成产品规划后将需求提交给研发部门，研发部门完成设计后，将第一版的设计图纸提交给采购或生产部门，生产部门完成生产后将产品提交质量部门，在这过程中还会涉及其他更多部门。
“设计图纸永远都不可能是最终版的。”这个负责人说，研发部门要根据各个部门的建议对设计图进行修改，每一次修改都会关系到相关的各个部门的业务。如果采用传统的做法，各部门很难分辨出哪个版本的图纸是最终的版本。现在西门子成都工厂借助Siemens PLM Software软件，从设计开始时相关数据就已经通过数据平台进行共享，不管中间经过多少修订环节，相关人员从后台看到的都是最新版本。此外，研发人员还可以借助PLM系统进行仿真，把设计误差消灭在研发阶段。接下来，西门子成都工厂借助CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造系统）将这些数据传送到机床上。这样，西门子成都工厂就实现了设计、制造的融合，缩短产品投放市场的时间。
多品种混线生产是当前提高生产线效率、降低生产成本的一个有效途径。但是，如何实现混线生产对现代工厂来说是一个非常大的挑战。借助Siemens PLM Software 的Teamcenter软件，西门子成都工厂就可以灵活地进行小批量、多批次生产，从而实现连续流生产和准时生产。为此，西门子成都工厂在生产线上部署了大量的传感设备用于数据的采集，以及集散数据系统（DCS）和数据采集与监视控制（SCADA）系统。
全程自动化
西门子成都工厂拥有完整的数字化企业平台，可以借助全集成自动化系统实现从研发到生产，再到物流的全过程的自动化。来自西门子的资料称，在30分钟内该工厂的物料就能根据需求从仓库传送到机器旁。
数字化工厂的数据源自研发环节。研发环节产生的数据将在工厂的各个系统间实时传递。这些数据由Siemens PLM Software提供的产品开发解决方案NX产生。研发部门的工程师们可以通过NX在设计过程中进行仿真，从而在设计阶段避免设计可能出现的缺陷、矛盾和不匹配，缩短多达90%的编程时间。
在NX软件中完成设计的产品数据一方面通过CAM向生产线传递，为完成接下来的制造做准备，另一方面同时被“写”进数字化工厂的数据中心——Teamcenter软件中，供质量、采购和物流等部门共享。采购部门将依据产品的数据信息进行零部件的采购，质量部门将依据产品的数据信息进行验收，物流部门则依据数据信息进行零部件的确认。
每天，西门子MES系统SIMATIC IT生成的电子任务单将传送到流水线工人工作台前方的电脑显示屏上，显示屏上的数据不到1秒时间就更新一次。SIMATIC IT不仅涵盖了传统制造企业生产计划调度职能，而且集成了工厂信息管理、生产维护管理、物料追溯和管理、设备管理、品质管理、制造KPI 分析等多种功能，可以保证工厂管理与生产的高度协同。
当流水线上的自动引导小车送来一款待装配的产品时，电脑显示屏上会出现它的信息，装配工人前面相应的零件盒上的指示灯就会亮起。这时他就可以根据指示灯的指示选择零件进行安装。这是因为传感器扫描了产品的条码信息，并将数据实时传输到了MES系统。MES系统通过与西门子TIA的互联控制零件盒的指示灯。值得一提的是，自动引导小车的路径是由西门子用可编程控制器（PLC）来实现的。该系统可以引导生产流程，用视觉系统来识别质量，用自动引导小车来传递产品。
装配好产品后，工人按下工作台上的一个按钮，自动化流水线上的传感器就会扫描产品的条码信息，记录其所在工位的数据。MES 系统SIMATIC IT 将以该数据作为判断基础，向控制系统下达指令，指挥小车将它送去下一个目的地。 产品在到达下一个工序前，要通过严格的检验程序。借助视觉检测，SIMATIC IT 品质管理模块能够检测出产品微小的瑕疵。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法，具体的实现方法是，用相机拍下产品的图像与Teamcenter 数据平台中的正确图像进行比对。
在经过多次装配并接受过多道质量检测后，成品将被送到包装工位。再经过人工包装、装箱等环节，一箱包装好的自动化产品将通过升降梯和传送带被自动运达物流中心或立体仓库。
数字化企业平台的五层架构
据悉，数字化企业平台是实现西门子成都工厂数字制造的载体，它可以实现包括设计、生产规划、生产工程，到生产执行和服务的产品全生命周期的高效运行，以最小的资源消耗获取最高的生产效率。
工业4.0的愿景是在数字化企业平台实现纵向和横向全面集成的基础上，工厂、材料、产品全面智能化，形成一个个自组织、自运转的CPS（信息物理系统），从而形成一个机器社区。在这个机器社区内，机器和产品之间、机器和机器之间能够自动进行信息交互、谈判和优化。西门子数字化企业平台正是基于这一愿景建设的。西门子成都工厂相关负责人介绍，他们所应用的数字化企业平台涵盖五个层面：
第一层：企业层，主要包含能够与西门子工业软件系统全面集成的SAP ERP系统和Siemens PLM Software软件NX、Teamcenter等。其中，NX是集成产品设计、工程与制造于一体的解决方案，可以帮助用户改善产品质量，提高产品交付速度和效率；Teamcenter主要用于产品数据协同管理，将人员、流程与知识有机地联系起来。“基于NX、Teamcenter等软件产生的产品数据是最基本的数据。这些产品数据为我们的研发、生产、采购的开展奠定了基础。而且我们的研发系统和制造系统、采购系统也是互相关联的。”该负责人介绍。
第二层：管理层，主要包括MES等生产管理软件。这些工业软件具备重要的数据流控制和生产管理控制功能，是承上启下的管理系统。
第三层：操作层，主要包含西门子DCS和SCADA、系统设备状态管理系统，用于监控生产过程、设备状态。
第四层：现场控制层，主要包含西门子PLC。设备层是由西门子各产品业务部门生产的产品所构成的一个自动化平台。
第五层：设备控制层。现场控制层和设备控制层主要体现在西门子的生产设备、物流设备、工艺设备中的自动化元器件、自动化设备上。它们的作用非常重要，能起到上下贯通的作用，并为上层结构提供大量的数据。这两层的基础自动化设备提供的各种数据流可与上层的MES数据流进行交换。
链 接
西门子与德国工业4.0
工业4.0的愿景是在数字化企业平台实现纵向和横向全面集成的基础上，工厂、材料、产品全面智能化，形成一个个自组织、自运转的CPS（信息物理系统），从而形成一个机器社区。在这个机器社区内，机器和产品之间、机器和机器之间能够自动进行信息交互、谈判、优化。Siemens PLM Software 大中华区售前技术总监方志刚介绍，Siemens PLM Software在战略愿景层面积极参与和领导工业4.0项目，西门子工业自动化部门的CEO担任工业4.0的全球发言人。在解决方案层面，西门子工业凭借其雄厚的工业自动化和驱动技术基础，针对工业行业率先提供最全面的数字企业平台的能力，是全球唯一一家能够提供包括PLM、MES和TIA在内的工业软件的供应商。
“Siemens PLM Software在数字化制造方面是着眼于未来的，而不是仅仅局限于目前的发展。” Siemens PLM Software大中华区首席执行官兼董事总经理梁乃明说。