探祕西门子工厂最接近「工业4.0」的企业在做什幺?

时间:2020-07-12


探祕西门子工厂最接近「工业4.0」的企业在做什幺?

三年前,德国政府在汉诺威工业博览会上首次提出的「工业4.0」战略,不仅迅速成为该国的一张新标籤,而且在世界各地激发了广泛的探讨和实践热情。美国不甘人后,以通用电气为代表的企业开始在全球推广“工业互联网”。正在进行经济结构转型的中国,亦从顶层设计层面推出“中国製造2025”。一场针对工业数字化、自动化和智能化的“战争”开始打响。
「工业4.0」被解读为继蒸汽技术、电力技术、信息技术革命后的第四次工业革命。它描绘的是这样一幅“蓝图”:在未来工厂中,人类、工件和生产设备将彼此通信,生产线将实现全面网络化并自主控制生产过程,不仅显着缩短研发週期、提高生产效率、提升产品质量、减少资源使用,使经济效益最大化,更核心的是从大规模批量生产,转向对个性化需求的满足。
比照上述标準,工信部赛迪研究院装备工业研究所所长左世全认为,全球在“工业4.0”领域最具代表性的企业是西门子和GE。左世全是工信部“製造强国战略”研究项目参与者之一,而该项目正是《中国製造2025》的前身。
不过,“儘管GE从物联网角度切入,主攻智能服务,符合广义的‘智能製造’概念,但西门子更偏重工厂生产方式的变革,抓住了「工业4.0」的核心。”5月3日,左世全在接受界面新闻记者採访时称,目前在控制系统和工厂生产解决方案上更佔优势的西门子,更接近“工业4.0”的要求。
作为德国製造的代名词,西门子得益于德国政府的主推,在智能製造领域先试先行。这家拥有近170年历史的工业企业,正在进行“由硬到软”的转变。
不同于以往单纯依靠电气工程技术,西门子已将信息技术作为业务主驱动。其瞄準物联网、云计算、大数据等技术,集成了目前全球先进的生产管理系统,以及生产过程软件套件和各类硬件。如西门子产品生命週期管理软件、工业设计软件、全集成自动化工程软件、过程控制系统 SIMATIC PCS 7和仿真软件Simit等等。
儘管西门子曾表示,其将在2030年才能真正步入「工业4.0」,但对于仍在摸索初期的中国企业,依然值得借鉴。
自己生产自己
在德国巴伐利亚州东部小城纽伦堡,有一座外形毫不起眼的电子製造工厂,却被称为欧洲乃至全球最先进的工厂之一。
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安贝格工厂外景。摄影:熊少翀
成立于1989年的安贝格电子製造工厂,是西门子旗下最重要的Simatic可编程逻辑控制器及相关产品生产基地。目前,其生产的产品型号超过1000种。这些产品用于控制机械设备和实现生产过程自动化,可节省时间和资金,并提高产品合格率。
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Simatic控制器。摄影:熊少翀
依赖于自动化系统生产效率提升,自投产至今,安贝格在工厂生产面积始终保持约一万平方米、员工数量保持约1200名不变的情况下,产能提升了八倍。在三班制生产中,安贝格每年生产约1500万件Simatic产品。按每年生产230天计算,平均每秒就能生产出一台控制设备。
产品合格率亦大幅提高。相比于该工厂成立最初的每百万次电子产品加工过程出错500次,现在出错率只有12次。
“安贝格是自己生产自己。”该工厂产品工程师ChristophRaum介绍称,Simatic设备不仅在安贝格工厂被大量生产,而且遍布自身生产线,控制Simatic产品的生产过程,从而实现自身生产的高度自动化。
在安贝格工厂内部,所有生产线和员工办公区域有机分布其中。尚处于生产过程中的设备工件,在错综複杂的自动化传输线上有序流转,它们像“自然人”一样,明确知道自己的目的地。在每一个分岔路口,工件会暂停1-2秒,然后选择正确的去向。
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安贝格工厂内部。摄影:熊少翀
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工件在生产线上自动流转。摄影:熊少翀
Christoph解释称,生产线上的所有工件都已在虚拟环境中进行规划,有自己的“名称”和“地址”,具备各自的身份信息,因此“知道”什幺时候、哪条生产线或哪个工艺过程需要它们。工件在运输线分岔路口暂停,是在识别去向信息。
到达加工中心后,工件被识别出来,生产设备实时调用所需要的全部加工信息,并自动调整生产参数。加工过程中,产品的所有相关数据,都储存在自己的 “数字化产品记忆库”中,以便精确追蹤生产的每个步骤。加工完成后,通过光学设备或其它测量设备对工件自动进行检测,在现场发现并剔除不合格的产品。
如果机器设备需要补给或者维护保养,则在缺料或故障产生之前发出请求。系统会记录所使用的资源数量,并对库存及时更新。
在安贝格工厂的整个生产过程中,生产设备和计算机自主处理了75%的流程工作,剩余工作则由人工完成。例如在生产过程之初,员工需要用手工将印刷电路板安装在生产线上。
界面新闻记者注意到,在生产线中,亦有一些来自美国自动化生产商Adept的工业机器人手臂在一个个小型透明玻璃工作间中,为生产线上流动的工件装载元器件。
儘管如此,安贝格工厂依然强调人工的重要性。“即便在高度自动化的生产环境中,人类的创造力、经验,以及评估判断实际状况的能力暂时还不能被机器人替代。”Christoph告诉界面新闻记者,出于现有机器人的发展水平,以及综合成本考虑,安贝格暂时无法引进更多机器人作业。
输出工厂数字化
除了建造自己的数字化工厂,西门子还有意为朝着数字化方向转型的传统企业输出全套解决方案,从而使自身成为全球数字化企业的总揽平台。
德国啤酒享誉全球,可追溯至中世纪的传统酿酒行业成为西门子自动化解决方案瞄準的首选市场。
在德国巴伐利亚州首府慕尼黑,有一座600余年历史的老牌啤酒厂Spaten Brewery,去年啤酒的产量为2.5亿升。在德国激烈的啤酒行业竞争中,其市场份额稳居前十。
啤酒的酿造过程包括原料製备、糖化、发酵、过滤、灌装、口味测试等複杂过程。几个世纪以来,人们想要畅饮高品质啤酒,只能倚赖酿酒大师对啤酒花、麦芽、酵母和水的精準掌控。人为因素的不确定性,并不能保证同一个品牌的啤酒始终具备同一种口感。
“这个行业需要全自动化工艺,在糖化和发酵过程中精準控制温度、压力、时间、浓度、电导率和称重等可比参数。”涌泉啤酒厂的员工Andreas Huber告诉界面新闻记者,这不仅能降低成本,增加产量,而且将人为出错的可能性降至最低,确保品质的稳定性。
涌泉啤酒厂採用的是西门子提供的BRAUMAT过程控制系统。这是西门子面向食品饮料等过程行业开发的全集成控制系统,具有批次管理和配方管理功能。
西门子工业自动化集团自动化系统部食品饮料行业管理及业务拓展经理Werner Hasenschwanz介绍称,利用BRAUMAT的批次报表功能和操作记录系统,所有相关工序的数据都能全部记录和归档。“一瓶啤酒口味上的偏差,最终都可能追溯到一批麦芽或啤酒花的质量问题,或是某一生产班次操作故障,为食品安全提供保障。”
为了实现预期中的控制和监测功能,啤酒厂首先在酿酒产线的各个环节,安装西门子Simatic控制器。大量的Simatic控制器实时接收、记录、计算生产数据,并将其传送至监控面板。
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涌泉啤酒厂的一名操作员正在监控生产线上传送出来的实时数据。摄影:熊少翀
这套自动化监测系统运作后,涌泉啤酒厂所需人力大幅减少。每道工序只有1-2名操作员坐在屏幕前监控生产线上传送出来的实时数据。发现数据偏差后,操作员立即进行干预处理。
对于不同的产品需求,BRAUMAT系统在配方/订单管理系统中,通过灵活、直观的图形化配方编辑,和基于批次的订单管理予以实现。工艺工程师可以修改工艺参数,定製生产流程,调试生产全新的产品,从而满足个性化需求,而这正是“工业4.0”的核心目标之一。
这套系统已进入中国市场。百威英博武汉工厂引入BRAUMAT系统后,年产能从40万吨大幅提高至80万吨,在百威英博全球200多家工厂评比中,生产效率、产品质量、物流效率等综合指标排名第一。
在今年4月底举办的汉诺威工业博览会上,西门子重点展示了“数字化企业”软件套件的解决方案。这些方案对企业的产品生产流程进行数字化,从设计、工程,到测试和生产,均通过数字化企业平台实施高效管理。
西门子的技术员刘锴对界面新闻记者称,企业在研发新品时,需要在生产大量样品的基础上进行改进。但通过数字化企业平台进行虚拟设计,则无需生产样品,可节省大笔资金,且能够实现更快的产品上市速度、定製化产品设计,提升生产效率。
MindSphere是西门子最近推出的数字化企业软件套件新品。这是一个工业数据开放平台,机械设备製造商及工厂建造者,可以通过一款名为“MindConnect Nano”的数据网关,将关键设备乃至整个工厂的数据连接至MindSphere,从而监测其设备机群,以便在全球範围内有效提供服务,缩短设备停工时间,并据此开拓新的商业模式。目前该平台已完成内测,进入公测阶段。
“工业云”在行业内并不新鲜,美国GE、PTC、IBM、惠普,德国SAP,以及中国华为等公司均已推出类似概唸的产品。业内更为关注的是,大量企业和产品数据传至云端后,如何保证其不被黑客攻击盗取?
西门子数字化工厂集团首席技术官Bernhard Quendt在回答包括界面新闻在内的媒体团提问时称,“解决方案永远不会把生产数据洩露出去,西门子会採取措施确保客户始终与它希望连接的对象保持连接。”
Bernhard称,“西门子将根据实际需要连接设备,而不是盲目连接所有设备。但也可以帮助客户通过合适的方法来确定他们希望开放的内容。”
不过,西门子亦承认,“没有任何计算机系统能够做到绝对安全”,仅能尽最大可能降低网络安全风险。
平台为王
任何数字服务都必须倚赖一个强大的技术平台。平台的搭建,成为企业走向“工业4.0”的基础,也是核心竞争力。
西门子将其所有的远程分析和维护服务融合在一个名为Sinalytics的平台上。该平台聚集了数据集成与分析、联网和网络安全所需的所有技术组件。Sinalytics被连接安装在世界各地的西门子系统中,并对其进行远程监控和服务,通过设定的数据分析方法,预测和预防设备故障,从而缩短维护间隔。
西门子中央研究院知识模块化业务主管Michael Skubacz称,目前西门子在交通灯控制装置、机车、计算机断层扫描仪、燃气轮机、风机等几乎所有业务领域,拥有超过30万台联网设备。
西班牙铁路公司Renfe,负责在马德里和巴塞罗那,以及马德里和马拉加之间26辆西门子Velaro E高速列车的运行。该公司通过Sinalytics进行预测性维护,列车準点率提升至99.9%。该準点率使得Renfe为客户提供了颇为独特的“晚点退票政策”,即如果列车晚点15分钟以上,乘客可获得全额退票。
作为美国“工业互联网”主导企业,GE的数据监测分析过程则是通过一个名为Predix的软件操作平台进行。
GE企业对外传播总监华春牧向界面新闻记者表示,Predix由GE与英特尔、思科、华为等多家企业联合开发,耗资十几亿美元。该平台负责将各种工业资产设备和供应商相互连接并接入云端,从而为其提供资产性能管理和运营优化服务。
例如在油气领域,长距离的管道运输存在安全隐患,油气运营商只能通过人员定期检修线路的方式排除。会出现工作疏漏,动辄上千上万公里的管道,要耗费的人力物力也不小。
GE的办法是,在油气管道中置入大量传感器,并让其随油气一起流动,从而能够感知管道内的流速、压强、温度等各项安全指标,并将数据实时传送到终端;接着,GE通过其自主研发的Predictivity软件,建立模型,然后对大量数据进行分析,如果数据超标,则立即发出预警。而该软件正是在 Predix平台上运行。
华春牧告诉界面新闻记者,Predix平台自2014年开放,起初仅针对AT&T、软银等部分企业,自去年起,已面向所有企业开放,“各行各业的企业都可以通过Predix创建和开发自己的工业互联网应用。”他说。
“中国要大力发展智能製造,目标是明确的,但当务之急是要把技术平台搭建起来。”左世全对界面新闻记者称,中国缺少像西门子、GE这样可以担当牵头重任的大企业,但政府可以主导现有的软硬件提供商和系统集成商形成联盟,共同建设自主研发的技术系统,并攻克标準化和应用问题。
此次汉诺威博览会,吸引了数百家中国企业漂洋过海前来布展。除了华为和富士康等少数几家知名大企业外,绝大部分中国参展企业的展位仅为几平方米的格子间,多数只有一两位工作人员闲坐其中,等待询访。大多门庭冷清,与佔地3500平方米、美国总统奥巴马和德国总理默克尔站台的西门子展区,形成强烈对比。
左世全认为,虽然“中国製造2025”与“工业4.0”并非同一个概念,但对实现智能製造的指向性是相同的。中国企业与国际大企业有较大差距,既有企业自身原因,也有国有体制对某些超大型工业企业的束缚因素,但更关键的是政府在行业发展的顶层规划和执行层面尚有较大的可为空间。
“企业有心乏力,需要政府引导推动。”左世全称,在工业4.0领域,美国模式是企业主导的商业力量驱动,德国模式是政府主导的框架执行驱动,鉴于自身实际情况,中国更应效仿德国模式,在信息物理系统、标準化、信息安全,以及传感、控制和可视化信息数字平台等关键共性技术方面取得突破。
文章转自:中国工业网
工业4.0是现在全球各中大型科技企业所积极跟进的阶段
它能带来的各项好处绝对能让科技企业安然地度过接下来的一世纪探祕西门子工厂最接近「工业4.0」的企业在做什幺?

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