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探訪西門子安貝格工廠:最接近工業4.0的智能制造是怎樣的?

來源: http://www.yicai.com/news/5009840.html

在2016年漢諾威工業博覽會上,包括西門子、思愛普、博世等在內的企業大多以實物或模型向參觀者呈現數字化工業的各種解決方案,人們可以看到智能生產線模型,可以看到機器人、傳感器等反映工業4.0特點的硬件元素,也可以看到數據處理、智能控制等軟件元素。從2011年漢諾威工業博覽會上,德國人提出工業4.0概念,到2014年中德宣布開展工業4.0合作,工業4.0這把火從歐洲燒到了中國。

那麽什麽是工業4.0?記者在參加2016年漢諾威工業博覽會期間探訪了西門子安貝格電子制造工廠(下稱“安貝格工廠”)——這一目前被業界認為最接近工業4.0概念雛形的工廠,領略了智能工廠的智能制造。

對於數字化工廠的探索任務未完待續吧?歡迎前往西門子“博大精深 同心致遠”品牌網站,了解西門子是如何將電氣化、自動化、數字化融入各行各業的。

何為工業4.0?

“工業4.0”的研究項目由德國聯邦政府首先提出,在德國學術界和產業界的推動下形成。2013年的漢諾威工博會上,德國政府正式提出“工業4.0”戰略,並推出《德國工業4.0戰略計劃實施建議》(下稱《實施建議》);2015年的工博會上,在德國聯邦經濟和能源部、聯邦教研部支持下,多家行業協會聯合發起的德國“工業4.0平臺”正式成立,該平臺已成為德國政府在聯邦層面促進工業4.0發展最直接的渠道。

工業4.0的稱法主要相對於前三次工業革命而言:工業1.0指的是18世紀開始的第一次工業革命,實現了機械生產代替手工勞動;第二次工業革命始於20世紀初,依靠生產線實現批量生產;工業3.0則為現代人所熟悉,指的是20世紀70年代後,依靠電子系統和信息技術實現生產自動化。

而工業4.0則指的是通過實現“物聯網”系統完成大生產,最大程度實現生產全自動化、個性化、彈性化、自我優化和提高生產資源效率、降低生產成本的全新生產方式。

根據《實施建議》描述:在未來智能工廠中,人類、機器和資源能夠互相通信。智能產品“知道”它們如何被制造出來的細節,也知道它們的用途。它們將主動地對制造流程,回答諸如“我什麽時候被制造的”、“對我進行處理應該使用哪種參數”、“我應該被傳送到何處”等問題。

隨著工業4.0進程的發展,開放的標準也被提上了議程,太多的專有系統會阻礙工業 4.0 的進展。今年的工博會開幕前夕,德國標準化學會與5家行業協會共同發起成立“工業4.0標準化理事會”,顯示德國的工業4.0發展已瞄向標準制定的新階段。德國標準化學會4月20日公開發布了首個德國工業4.0參考模型的標準。

“工業4.0平臺”領導小組成員、西門子公司首席技術官魯思沃認為,該參考模型是德國發展工業4.0的重要一步,首次搭建出一個完整的框架,包含橫向與縱向的信息技術融合,涵蓋工業4.0關鍵的技術要素,還包括產品的生命周期以及生產周期,能使不同行業的企業朝著統一的方向發展工業4.0。

智能工廠的智能制造

位於德國巴伐利亞州東部、透著上世紀八九十年代工業風格的紅磚廠房內正進行著一場向著工業4.0方向的自我進化。這是德國工業巨頭西門子旗下的安貝格工廠,是歐洲乃至全球最先進的數字化工廠。

安貝格工廠創建於1989年,如今該工廠每年可生產約1500萬件Simatic產品,按每年生產230 天計算,即平均每秒就能生產出一臺控制設備。這里的產品合格率高達99.9988%,“世界上還沒有哪家同類工廠具備如此之低的缺陷率。”安貝格工廠負責人Karl-Heinz Büttner稱。

記者在現場看到,安貝格工廠自身生產過程也利用Simatic設備進行控制,生產過程實現了高度的自動化。西門子安貝格工廠生產工程師Christoph Raum告訴記者,這里的生產設備和計算機可以自主處理75%的流程工作,由人力完成的部分,只有生產過程的開頭部分,即員工將初始組件(裸電路板)放置到生產線上的環節,此後所有的工作均由機器自動控制完成。

依靠Simatic設備的高度自動化,在24小時內西門子安貝格工廠就可將面向全球約6萬名用戶的產品做好交付準備。

工業4.0意味著網絡進入工廠大生產,是一個嶄新的工業制造邏輯和方式。過去是以中心控制指揮系統,每一分鐘對機器發出指令,而現在則由商品所附帶的信息告訴機器需要什麽樣的生產過程,以制造出符合客戶要求的產品。

“在生產之前,這些產品的使用目的就已預先確定,包括部件生產所需的全部信息,都已經’存在’於虛擬現實中,這些部件有自己的’名稱’和’地址’,具備各自的身份信息,它們’知道’什麽時候、哪條生產線或哪個工藝過程需要它們,通過這種方式,這些部件得以協商確定各自在數字化工廠中的運行路徑。”Christoph Raum為記者講解道,在未來的工廠里,設備和工件之間甚至可以直接交流,從而自主決定後續的生產步驟,組成一個分布式、高效和靈活的系統。

目前,安貝格工廠的姊妹工廠——西門子工業自動化產品成都生產研發基地(下稱“西門子成都工廠”) 已在中國四川成都誕生。西門子成都工廠承擔著西門子全球工業自動化產品研發的角色,全廠內實現了從管理、 產品研發、生產到物流配送全過程的數字化, 並且通過信息技術,與德國生產基地和美國的研發中心進行數據互聯。

西門子成都工廠總經理 Andreas Bukenberger表示:“目前成都工廠產品的一次通過率(FPY)可達到 99%以上,應用了西門子數字化企業平臺解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠比較,產品的交貨時間縮短了50%。” 而安貝格工廠目前可實現年產零部件100 萬件,即平均 1 秒生產一個產 品,未來的成都工廠將有望沖擊這一紀錄。

中國與工業4.0

中德在國家層面上的工業4.0合作始於2014年,當年10月,總理李克強在柏林與德國總理默克爾共同發表了《中德合作行動綱要》,宣布兩國將開展工業4.0合作。業內人士認為,中德工業4.0戰略合作框架,顯示出高層對制造業4.0升級改造的強力支持,工業4.0已上升到國家戰略高度。2014年中國工程院和工信部聯手推進《中國制造2025》,2015年5月國務院正式通過。

當低廉的勞動力成本不能再作為“中國制造”在全球市場上的優勢標簽, 制造企業對於變革的需求更為迫切。中國從政府層面上正在全力推進工業4.0,因為中國有7000萬到8000萬產業就業人員,還有大量出口,它們都是通過基於未來的互聯網和工業融合的智能制造來實現。

為在激烈的全球競爭中保持優勢,制造企業要最大化利用資源,將生產變得更加高效。為適應不斷變化的客戶需求,制造企業必須盡可能地縮短產品上市時間,對市場的響應更加快速。為滿足市場多元化的需求,制造企業還要快速實現各環節的靈活變動,將生產變得更加柔性。而高效、快速、柔性正是數字化企業為制造業帶來的最大變化。西門子成都工廠這樣的數字化企業的出現,為未來中國制造的變革方向提供了一個良好的參考。

數據顯示,通過數字化的工廠規劃,可以減少產品上市時間至少30%;通過提升產品質量,可以降低制造成本13%。而在新產品上市比例、設備生產效率、產品交付能力及營運利潤率等多個方面,數字化工廠的指標均遠遠高於傳統制造企業。

然而,“中國制造2025”與“德國工業4.0”在現狀上也存在很大的差異,目前德國作為制造業強國,企業已基本完成由2.0向3.0的過渡,正在向4.0升級,而中國還有大量企業,還處在2.0的階段,在基礎材料、基礎工藝方面非常欠缺。但這種差異也讓雙方有了不小的互補空間。簡言之,在技術方面,德國比較領先,而中國存在一定程度的短缺;在市場空間方面,歐洲比較有限,而中國則潛力巨大。

統計顯示,德國45%的研發中心在中小企業,這些企業很大程度上引領了工業4.0,但缺乏拓展國際市場的經驗和能力,往往只服務於寶馬等單一大集團。如果引導德國企業和中國企業開展跨境合作,很多項目在中國將都有百億級的市場規模。以西門子為例,2016年4月份,西門子與全球規模最大的亞麻紗制造商——金達控股有限公司共同建設的數字化工廠在浙江橫港正式投入使用。作為中國亞麻紗行業的首家數字化工廠,該廠的建成標誌著西門子數字化工廠解決方案再次成功應用於中國本土企業,成為西門子助力中國制造業轉型升級的又一個里程牌。

西門子MES Simatic IT將先進的數字化工廠規劃、設計和管理理念引入工廠的研發、生產及物流等各個環節;西門子全集成自動化(TIA)解決方案在該廠也得到了全面的應用,幫助自動化設備與系統實現無縫連接,縮短工時提高效率並降低設備運轉成本。

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