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通往工业4.0之路:全生命周期管理_0

未知 2019-06-09 14:04

  为什么制造技术的大幅转型,在现在这个时间点得到高度重视?答案只有一个数字化。

  计算能力、通信带宽和数据存储能力一直遵循摩尔定律,呈指数级增长,过去的限制因素不再是限制因素今天,智能手机的计算能力相当于世纪之交时一台大型机的计算能力。现在,设备和机器当中有越来越多的传感器和通讯界面,机器之间的交互能力越来越强,物联网不是未来,而是已经成为了现实。

  过去,生产过程都是线性的,而现在,复杂网络化的新型生产方式已经出现。产品的种类和型号越来越多,使用了大量数据。以最数字化的工业之一汽车工业为例,汽车的产品部类和型号在大增,而且人们都用数字化方式打造梦想之车,每个人都有自己喜欢的车轮、发动机、内饰、外饰等等配置。以新大众高尔夫为例,可以产生数万亿种组合。客户希望点一下鼠标,汽车就能够交付上门。

  在这样的竞争环境下,必须要实现更加灵活的制造和生产。不仅仅要有数字化、软件驱动的数据,还要把现实制造和虚拟呈现融合在一起。这里就不得不提一下产品生命周期软件,其可以优化整个产品生命周期,从最初的产品设计、生产规划,一直到生产实施和服务于最终用户。

  在产品设计时使用PLM(ProductLifecycleManagement,产品生命周期管理)软件,可以给生产者提供三维模型,还可以在虚拟工厂中分析和优化自动化的设计。这样不仅节约原材料和资源,还可以节省大量的时间成本。

  在生产规划的时候,同样需要仿真。PLM软件可以让你虚拟开发每个机床的生产过程,甚至还可以实现整套设备的仿真,这将创建一种全新的视角,帮助你进行创造。不管是什么样的原样机,如果不满意,可以通过虚拟方式对它进行优化。这样一来,无需再制造一个原样机,把旧的和新的进行对比和改进。

  接下来,我举例说明这些想法在实际当中的应用。

  比如柯马上海工程有限公司,他们是从事各种汽车车身焊接工作的,也在使用西门子PLM软件。借此,柯马可以实现整个生产线的可视化,节省大量工程时间。另外,柯马的用户也可以在虚拟世界中,了解相应的车身焊接生产线的情况。

  德国的Index公司同样使用西门子的仿真软件来生产。现实世界中,通常要花几天时间才可以看到机床是否能正常使用,但是在仿真情况下,可以节省机床调试的时间。使用虚拟的机床,不仅可以用来帮助人员培训、保护核心资产,还把运转、操作的生产率提升了10%。

  如果你是计算机游戏爱好者的话,这是一个相当令人感觉到振奋的消息。因为,PLM软件可以帮助流程工业(比如在炼油厂或化工厂)实现三维可视化,使得培训工作更加轻松。使用这个软件,就像是玩电脑游戏一样,可以把工厂以三维方式呈现出来,还可以修改这个工厂的数字化呈现,通过三维控制观察工厂。

  软件、硬件的结合,还有另一个例子,就是华晨宝马的沈阳铁西工厂。这是全球最先进的宝马工厂之一,采用了全集成自动化(TIA)。华晨宝马的多款产品可以在一条生产线上生产。比如说,同一车的不同车型可以在一条线上来生产,而且各种改型也可以在一条线上生产。

  有了西门子LIS超宽带实时定位识别系统的辅助,该厂的总装车间取消了原来专门用于扫描车辆条形码的工位。车辆每到一个工位,根据车型、车辆识别码、车辆的不同配置,需要装配的各种零件等信息会自动显示在工位前方的操作屏上。一系列图像化的指示将指导工人完成所有的操作,而不再是像过去那样手上拿着纸质工作单或手册。这样,设备可用性达到了99%以上。

  这样一套节能增效的数字化工程,在安贝格能够做到,在中国也可以。成都的西门子工业自动化生产研发基地,也是数字化企业的典范,和西门子在德国的安贝格电子制造工厂几乎是双胞胎,质量的一次通过率高达99.6%。PLM软件能实现产品开发和生产领域的无缝对接,并且能进行虚拟仿真,把所有的信息同研发阶段对接到生产线当中,实时对接,实时交互。

  所有的这些例子是希望能够帮助大家理解,今天有哪些已经成为可能?在朝向未来的旅程上走到了哪一步?将来还有哪些可能性?企业如何进入这样的未来?在这儿,要讲讲面向未来的愿景即将到来的工业4.0。

  对于很多专家来说,工业4.0应该是代表着第四次工业革命,大数据、云计算以及物联网都会用到第四次工业革命当中。但是,第四次工业革命的范围又超过了这些技术本身。

  在西门子看来,工业4.0有三个支柱。

  首先,MES(制造执行系统)将会起到更加重要的作用。自动化层和MES之间的对接会变得更加重要、更加无缝化,而且能跨越企业实现柔性生产。所有的信息都要实时可用,为生产网络化环节所用。

  第二个环节的组成部分是虚拟与现实的结合,也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和真实世界的融合。这得为了应对生产效率越来越高、产品周期越来越短、产品变形越来越多等方面的挑战。

  第三个支柱是信息物理融合系统。什么设备可以放到一个虚拟信息空间当中以及物理世界当中,称之为信息物理融合系统。这些生产体系可以体现实实在在的既有物理工厂系统,也有在数字世界的仿真,最终能够实现生产过程的完全可控、可调。

  但要达到这样的状态,还要花一些时间。工业4.0有一系列先决条件。比如说,新材料或者新生物技术材料的仿真,厂商和客户的彼此了解,标准化指令系统的建设(详见澎湃新闻9月17日《德国工业4.0|探访工业4.0时代:西门子的工业3.X》)。这一切还任重道远。

  作为传统的方式,有人看到库存低了,就会拿起电话要求供应商补货。但未来,你的MES系统会不断跟踪库存量,一旦库存达到了一定限值,会从你的ERP(企业资源计划)系统发电子信息给供应商,中间没有任何人为的干预。供应商是实体的供应商,你和他之间可以有非常好的供应条件,你可以通过EDI(ElectronicDataInterchange,电子数据交换)的方式来实现所有管理。

  对产品数字化的呈现,不仅限于商品,甚至商品当中非常复杂的部件也可以实现数字化呈现。ERP系统以及供应商可以计算所有成本,根据现有机器运转情况去确定供货最大量是多少,或者最优价格是什么,所有的这些都不需要你去参与和干涉。这个时候,你的ERP系统可以做出决策建议,让你实现与供应商之间的最佳交流。将来,我们肯定会更加依赖机器,因为机器上面有芯片,而芯片上所携带的算法能够帮助它做出更加正确的决定。这是工业4.0从愿景到现实的第一步。

  第二步是虚拟与现实的融合,基于共同的数字化企业平台进行产品的设计和生产工程的集成,包括刚才提到的所有设计和规划等软件。

  第三步是信息物理融合系统,要实现柔性的制造和生产,缩短产品上市的时间。现在大家都在用即插即用的方式了,就像你买一个新的打印机,把它插在笔记本电脑上就能用。当一个机器人进入到了生产网络和系统,也可以拥有即插即用的能力,我们能做到这一点吗?还没有。现在,机器人比笔记本电脑或者打印机还是复杂得多,我们正在朝着这个方向努力。

  工业4.0,不仅意味着技术的转变、生产过程的转变,同时也意味着整个管理和组织结构的调整。必须放弃孤岛式的想法,为变革做好准备,要在产品设计以及生产规划方面都做好准备。任何一个公司或者任何一个国家单打独斗都不可能改变全球制造业,这就需要大家进行协作。各个企业、各个学科、各个行业都要来进行合作。

  将来,如果你只能看到库存少了,然后拿起电话给供应商打电话,那你可能很快会丢掉工作。你必须不断学习,去了解如何创造新的过程。将来,工厂并不会没有人,因为人是非常有创造性的,能够创造产品和整个生产的过程。但是,如果你的贡献只是做一道算术题的话,将来你的工作可能会受到来自于芯片的挑战。

  我还想再次强调,没有任何一个工厂是不需要人运行的,人是非常重要的。需要有人,才能参与到各个过程当中,要让人来使用这些软件,要让人教会机器来运转。只有这样,机器才会按照人的想法进行运转,制造才会更快、更高效,这是制造系统应该去遵循的原则。

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