深嗅“工业4.0” 触摸数字化工厂——参观西门子工业自动化产品成都生产研发基地

本刊记者/Reporter 高 扬/GAO Yang



专题专访

深嗅“工业4.0” 触摸数字化工厂
——参观西门子工业自动化产品成都生产研发基地

Gain insight into “Industry 4.0”, contact with digital factory——Visit SEWC

本刊记者/Reporter 高 扬/GAO Yang

“工业4.0”、数字化工厂等新概念在行业盛行之际，笔者有幸参观了位于成都高新西区的西门子工业自动化产品成都生产研发基地(以下简称SEWC)，近距离地接触了这个西门子在中国设立的首家，也是唯一一家数字化工厂。“耳听为虚，眼见为实”，本次参观让笔者对数字化工厂有了更进一步的了解，对“工业4.0”有了更深切的认知。

SEWC工厂内景

SEWC是安贝格工厂的姊妹工厂，众所周知，创建于1989年的西门子安贝格工厂被认为是全球最先进的数字化工厂，一直以来被业界认为是德国工业4.0的雏形。而2011年立项、2013年便投产的SEWC也表现不俗，“10秒一个产品下线，每天一万一千台产品，百万加工失效率(dpm)9.5，SEWC的产品40%发送德国全球供货。” 西门子工业自动化产品(成都)有限公司总经理李永利介绍，“由于中国工业化的进程以及西门子在工业自动化中的重要性，西门子决定把工厂建到中国这一最重要的市场之中，将西门子最新的数字化工厂平台运用到成都工厂以保证未来20～30年中稳步前进。”

自动化践行“质量第一”运营哲学

“SEWC不是为了竖立一个样板工厂而存在，我们的目标在于工厂效益更好，产品质量更高、交付期更短。” 李永利说强调，“当客户衡量产品时，不仅仅会思考这个产品本身的价格，更重要的是产品质量，因为当产品出故障时，给顾客带来的损失远远要比产品自身的成本更高，数字化形成的强大数据流可以帮助整个工厂的管理运营并且保证所有信息全程可追溯，在缩短产品交付期的同时也保证了产品的质量。”

高质量在工业制造领域的重要性不言而喻。为此，在实现质量提升上，数字化制造首先是借助自动化产线上的机器充当“助手”的角色。李永利举例，“安贝格工厂历经20多年，百万加工失效率(dpm)从500～600降低到10以下，而制造业熟练工人的失效率300～500，由此可见，想要创造极低的出错率，不能靠加强管理员工实现，需要的是正确的方法。”

但在西门子看来，通过自动化软件的“辅助”杜绝人在制造过程的差错，这只是保证产品质量的基础一步，由制造质量、研发质量以及原材料质量组成的产品质量中，更需要的是借助数字化制造去保障研发质量和原材料质量，借助这其中的数据去发现生产环节中的不足。

在SEWC的数字化制造中，一个很重要的方式是对原材料进行可溯源式的管理。也就是说，在这座工厂内，当来自各地的原材料被运送到车间后，所有的原材料都拥有了自己的“身份证”。这个身份证可伴随原材料进入生产线，在每一个流程中，都会被相应的设备进行数据的采集和跟踪，并最终储存在后台的数据管理中。这意味着，一旦有原材料的质量出现问题，工厂可以马上查找到这一批次的原材料在什么时间点，已经走过哪些生产流程。李永利表示，无论客户在今后什么时间反馈质量问题，工厂都能第一时间拿出完整的数据，对这些原材料进行追溯，从而保证原材料的质量。

如何实现研发、生产到物流的无缝衔接是所有企业的共同课题。数字化工厂用技术手段打通了从研发到生产、物流的全信息链，所有的图纸、产品流、数据库、物料流等都可以用数字手段模拟实现，通过数据共享避免了信息传输壁垒，实现生产和研发的互动，打造出业务透明的数字化工厂。因此，生产自动化、物流自动化、信息流自动化三个方面成为数字化生产的全过程中不可或缺的组成因素。

生产自动化有效提高质量，避免了人为的错误，降低出错率；自动化设备工作时可以自动地收集大量数据，运作时发生的数据及时准确地收集起来，不需要浪费人力。

物流自动化可以保证物料的过程数据的透明化和可追溯。物料进厂开始就有自己独特的身份，并全程记录加工各步骤所产生的数据，任何一点细微的偏差都能做到有迹可循。而这些数据的积累、分析可以帮助帮助管理层进行更加科学高效的决策，缩短设备调试的时间，在有效避免进一步损失的同时，提高产品质量。

信息流的自动化是数字化的关键所在，从前期的计划、采购、加工到交付的完整供应链中，需要各个部门的协同配合，如果部门间不能实现信息共享，消耗在共同环节的时间成本将会成倍叠加，效率自然很低。在信息自动化的过程中，通过设备自动完成信息的记录、交换、流动过程，尤其是当企业的规模足够大、加工的规模足够复杂的时候，设备之间实现自主的信息流动变得十分必要。

核心系统打造透明工厂

“工业4.0”更多涉及的是各个设备流程功能之间，现有的数据进行交流互动。在SEWC，产品生命周期和整个生产流程都被集成到高度自动化的工业软件中。整座工厂的运行，都是基于这些数据基础，ERP(企业资源规划)、PLM(产品全生命周期管理)、MES(制造执行系统)、控制系统及供应链管理，全部实现了无缝的信息互联，工厂数据还能与德国生产基地以及美国的研发中心进行数据互联，从而造就出了一幅透明工厂的画面。

功能上，MES(制造执行系统)更多的被关注，设备之间的互锁，可追溯性等等都需要MES，它像是一张抽象的网络，链接着生产、运输等各个环节，并可以快速抽取所需的数据进行统筹管理。伴随密布工厂的传感器实时把生产信息传导到MES系统中，系统在进行质量管理后会把信息显示出来。数字化系统把质量信息实时同步展示的时候，连客户也能随时看到，实现了质量信息的透明化。

PLM(产品全生命周期管理)软件，不只是研发，生产、采购、物流都需要这个平台上相互配合。产品的各个环节中的数据都在这个平台上不断丰富，任何一个环节的改变引起的各种相应的数据改变，都能通过PLM及时准确并自动地更新，之后的制作流程就会自动传到MES，MES会根据新的制造解决方案分配产线和时间，从而实现系统之间的无缝集成，数据的自动更新。数据交换的自动化程度越高，出错率越少。

包装工位工作场景

即使是简单的包装工位也融入了自动化的理念,混线产品的产品多样性造成了包装过程易出错。而SEWC很好的解决了这一问题，工人在包装前需扫一下产品的条形码，系统就会通知MES系统将相应的电子作业指导书发送到作业台上，工人就可以按照作业指导书进行包装操作。同时，在工作台架上有存放各种附件零件盒，在扫描的产品条码信息后，MES 系统再通过与西门子TIA的互联操纵相应零件盒指示灯变绿，提示该零件需要加入包装，工人取完相应零件，光点感应开关关闭绿灯。在最后一步打印标签的过程中，MES就会检查该产品经过的整个加工过程，如果过程中有错误，系统就不会打印出标签。如一切正常，标签打印出来后就会通知ERP，订单完成。这样有效避免误操作，该设计满足了自动化产品柔性生产需要。

工厂中的各个环节，生产计划、物流、设计、生产、执行等，产生大量数据并可以实时集成、交换便实现了透明化。透明化才能实现有价值的数据被最快速的找到，决策的科学性准确性就有了保障，可以很容易地分析出每个过程存在的问题，从而进行有针对性的优化。

精心布局实现数据自主流动

现场参观环节分为三个部分：运输层、厂区和立体仓库。首先参观的是位于一层的运输层，这一层只见到极少的工作人员，一箱箱的物料在导轨上整齐有序的运行着，每一个箱子都有条码，当到达岔口的时候，都会有扫描装置自动扫描，通过与仓库管理软件的“数据对话”，经由“自动交通”的物料输送环节，输送到高货架立体仓库或者物料中间库。还配备了几个货料专用的升降梯，方便了生产层与运输层的货料传输。据介绍，物料从物料间升入车间后，工人按照电脑显示屏上的电子任务单，开始装配、包装等工作。任务完成后，他只需按下工作台上的按钮，流水线上的传感器就会扫描产品的条码信息，记录它在这个工位的数据。MES(制造执行系统)将以该数据作为判断基础，向控制系统下达指令，指挥物流小车将产品送去下一个目的地。

记者看到，天花板上有很多封起来的圆孔，据介绍，是用来通过一层厂房设备的线缆到运输层而准备的，这样的设计便于灵活调整设备的布局。同时，地面设备的控制柜也放置在本层，节省地面空间。

厂房俯视图

厂区的参观平台在三层，俯视整个二层的生产现场。只见车间整洁划一，机器布局紧凑，工人也很少。现场有两条前道工序，主要是电路板组装生产线。中间通过自动化的立体中转库，将已加工好的电路板和其他零部件转送到后续的五条产品组装生产线，完成产品的装配和包装。在各个关键工序设置了电子看板，生产过程大部分是自动化，员工更多地是在工作时处理异常情况，监控设备运行，进行产品的复检等。

导轨传送半成品

整个生产过程是无纸化的，而且实现了混线生产。产品组装的生产线布局是在中间的循环导轨两侧布置了装配各种元器件的设备。导轨上有标准的托盘，托盘上面是半成品，每个产品都不一样。MES系统会自动根据生产工艺，将托盘从导轨转移到设备的导轨上，将产品移动到某台设备之中完成相应工序。大部分设备是自动生产，个别工位采用人工。

参观平台旁边通过两个电子屏展示了西门子数字化工厂的数字化研发、数字化生产、数字化物流和数字化质量管理体系。其中，质量看板通过西门子的MES系统可以实时显示质量看板，通过不断钻取，查询出现质量问题和不同维度的质量统计信息。另一个屏幕则显示了对制造与装配过程的仿真。

立体仓库

接下来进入立体仓库，走到原材料的存放处，是两个高达18m的自动化高位货架，采购的物料经过质量检验之后都会储存在这里，并通过两座升降梯与车间相连。仓库共有近4万箱货位，物料的存取并不用叉车搬运，而是通过“堆取料机”用数字定位的模式进行抓取，不必考虑叉车通过的距离，物料库的设计更紧凑，节约了仓库的空间。根据后台的数据提示，这两部取料机依靠数字定位迅速地抽出对应的原材料，并通过自动传输轴，马上传送到生产车间。运动控制精度很高，实现了物流管理的全自动，通过生产订单驱动，到自动仓库取货和补货，出错率几乎为零。

本次参观令笔者受益颇深，不仅仅是实地接触数字化工厂带来的震撼，更多的是对于数字化、信息化、自动化等工业理念的进一步认知，它们不是酷炫的机器换人，它们也不是“一步登天”的智能制造。要逐步实现以上“三化”，还有许多工作模式需要推翻，还有许多新的系统要完善建立。