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德国工业4.0|探访工业4.0时代:西门子的“工业3.X”

澎湃新闻见习记者 杨漾 王心馨 澎湃新闻记者 李跃群

2014-09-18 18:00  来源:澎湃新闻

 
【写在前面】
        上周,澎湃新闻(www.thepaper.cn)推出“中国制造2025”系列报道。作为中国制造业未来10年的顶层规划和路线图,“中国制造2025”的基本思路是,借助两个IT的结合(Industry Technology & Information Technology,工业技术和信息技术),改变中国制造业现状,令中国到2025年跻身现代工业强国之列
        其中,借鉴德国版工业4.0计划,也是“中国制造2025”的既定方略。追根溯源,澎湃新闻遍访德国工业界,本周推出“德国工业4.0”系列报道
        以下是本组稿件的第二篇,一起来探访工业4.0时代
2014年9月4日,游客在参观柏林国际电子展的西门子展台。

        “如果说,工业4.0时代的到来还要20年,那么,西门子目前已经到达了‘工业3.X’。”这是西门子股份公司管理委员会成员、工业业务领域首席执行官鲁思沃(Siegfried Russwurm)的自我打分。
        作为德国制造的“优等生”,西门子167年的发展史几乎可以被视为近现代工业进程的一个缩影。从一个小作坊发展至今,西门子所缔造的超级工业帝国已成为“德国制造”当仁不让的代名词。
        从指针式电报机起家,到以信息技术为业务主动脉,西门子踩准了以电力、信息化为标志的前两次工业革命的关键节点。基于信息物理融合系统的工业4.0概念诞生之初,西门子再度嗅到了新一轮工业革命的气息。瞄准物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术,西门子集成了目前全球最先进的生产管理系统,以及生产过程软件和硬件,如西门子制造执行系统(MES)软件Simatic IT、西门子产品生命周期管理(PLM)软件、工业工程设计软件(Comos)、全集成自动化(TIA)、全集成驱动系统(IDS),等等。
        对于正从“中国制造”向“中国创造”跨越的中国而言,或许能从西门子通往工业4.0的路线图中解读出更多线索。
身份代码背后的“生产旅行”
        工业4.0的内涵已远远超越机器的自动化,甚至数字制造本身。
        “制造业的发展趋势在于,更加注重产品全生命周期的管理。过去推出一款新车,可能需要7、8年时间,现在2、3年就够了。这就是未来的趋势,核心在于,怎么加快产品设计、生产、上市、服务时间,如何缩短整个过程耗费的时间。”西门子(中国)有限公司工业业务领域驱动技术集团总经理林斌接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)专访时说。
        在工业4.0时代,虚拟世界将与现实世界高度融合。通过计算、自主控制和联网,人、机器和信息互相联接,融为一体。现有的技术和创新将被全部整合到一个数字化企业平台中。生产还未开始,产品开发流程和生产流程中的所有环节便可以并行模拟进行。
        林斌举例说,“比如生产一支笔,传统做法是先出一张图纸,然后调整机床参数去开模做出样品,图纸返回研发部门经过比对修改,才能进入生产线。但利用产品生命周期管理(PLM)软件,从研发到制造基于同一个数据平台,在设计时就可以将这支笔的特点、长度、直径等参数,直接与下游加工机器的数据同步,通过仿真就可以将设计定型,直接上线生产,完全不需要纸质图纸。传统制造节奏改变了,费时费力费钱的工艺都可以省下来。”
        简而言之,工业4.0的愿景就在于,让设备和设备开启对话,产品和生产设备之间相互沟通,建立虚拟世界与现实世界之间的对话窗口。
        正如德国工业4.0的路线图——《德国工业4.0战略计划实施建议》所描述的,在未来智能工厂中,人类、机器和资源能够互相通信,就像社交网络中一样自然。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节,也知道它们的用途。它们将主动地对制造流程,回答诸如“我什么时候被制造的”、“对我进行处理应该使用哪种参数”、“我应该被传送到何处”等问题。
        类似的探索早已在西门子位于德国安贝格市的电子制造工厂上演。安贝格工厂有24年历史,是全欧洲乃至全球最先进的数字化工厂,为西门子提供印刷电路板等电子产品,100万次加工过程的出错率只有12次。
        在安贝格工厂,真实工厂与虚拟工厂同步运行,真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来,而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。
        为了准确收集数据,安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。这些基础识别信息包括:哪条生产线生产的、用什么材质、当时用的扭矩是多少、用什么样的螺丝钉等等。当一个元件进入烘箱时,机器会判断该用什么温度以及时间长短,并可以判断下一个进入烘箱的元件是哪一种,适时调节生产参数。
        但这距离工业4.0所描绘的“数字和物理世界的无缝衔接”的场景,仍有很大差距。鲁思沃认为,“这场变革将是一个渐进的过程,工业4.0的真正到来可能需要20年左右的时间。”他将这一“渐进的过程”称作工业3.X。
        事实上,西门子已经将“工业3.X”的范本带到了中国。
        以宝马集团全球最先进工厂之一的华晨宝马铁西工厂为例,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,甚至会自动提供图片及装配辅助指令,直接引导工人完成相应工作。
        这一流程被视作定制式生产的基础。现在,一款汽车需要上千人设计,设计人员设计3年、生产模具1年、建设工厂4年,至少需要8年的时间。而在未来工厂,制造高度灵活,一条生产线能同时生产多个车型;用户根据个人喜好选择的车型、车辆配置,甚至可以实现当月定制,下个月就生产出来。
        亚洲最大的纸浆和纸张制造商之一的亚洲纸浆纸业集团(APP)在浙江省宁波市的造纸厂是另一个范本——借助全集成驱动系统,能源消耗和二氧化碳排放量大减。由此,该造纸厂每条生产线年均节省数千万元的开支,年均停机时间被保持在最低的12.5小时。
        此外,汽车生产设备制造商柯马(上海)工程有限公司采用西门子的产品生命周期软件,借助虚拟仿真技术发现设计中存在的缺陷及问题,在投产前就加以校正,使得设计与规划实现“所见即所得”(生产线模拟的精准度为98%),把产品上市时间缩短了20%-30%。
        林斌说,从硬件专业提供商到系统解决方案的“大管家”,西门子在工业4.0道路上正在探索的,是一条软硬件结合的道路。“值得注意的是,软件有很大程度上能够定义硬件的功能。我们谈到工业4.0,肯定要往这个方向发展。但这条路还是很长的。有人说这是第四次工业革命,有人说不是革命,是一个渐进的过程,可能要7、8年,可能是十年甚至十几年时间才能实现。那么,对于西门子来说,今天的软件硬件已经在这个方向上走了,未来我们会在软件上投入更多。”
探访中国版工业4.0
        在林斌看来,无论是中国制造业2025,还是德国工业4.0,甚至美国工业复兴,本质上都是趋同的。不管概念的具体阐述如何,这些大国都逐渐认识到,制造业仍然是经济可持续增长的发动机,将信息物理融合系统应用到制造业中,正在引爆第四次工业革命。
        中德两国的国情不一,制造业发展阶段也不同。但他山之石,可以攻玉。
        从西门子的发展路径来看,其同样经历了从模仿到创新的“学徒”之路。
        “拿西门子来说,我们过去买了很多软件,比如说PLM、Comos,在过去的7、8年里面,工业部门花了几十亿欧元来买软件。我觉得,这对于中国工业来说,这同样值得思考。天下没有免费的午餐,你要考虑投入。而且,这个投入是有风险的。当你说要提高研发费的时候,必须想清楚,你不是花一个亿,可能是十几个亿,花好多时间。”
        罗马非一日建成,西门子工业帝国的缔造,同样经历了漫长的积累过程。近年来,西门子工业自动化集团先后完成了多项收购,收购对象皆为工业软件不同细分领域的佼佼者。林斌称,“今天西门子拥有许多数字化水平很高的技术平台,比如说在德国安贝格、在中国成都(编注:西门子工业自动化产品成都生产研发基地是西门子在德国之外的首家数字化企业)。但其实,这是我们在过去的很多年里面花了很多的投入才做起来的。我觉得,对于很多中国企业家来说,一定要看得远一点,有自己的战略投入。”
        种种迹象表明,无论是中国高层还是企业层面,都已在借鉴德国经验,探访中国版工业4.0的未来。
        去年10月,鲁思沃造访中国工程院,就制造业的未来及“工业4.0”话题做讲座,与600多位院士、研究人员及企业代表交流。中国工程院正是中国制造业未来10年的顶层规划和路线图——“中国制造2025”——的主要设计者之一。
        今年5月29日,时任西门子(中国)有限公司执行副总裁、工业业务领域总裁吴和乐应工业和信息化部邀请,就制造业的未来及“工业4.0”话题,与工信部9个司局代表进行研讨,中国工程院、中国科学院等7所主要国家科研机构,中国机械工业联合会、中国汽车工业协会等9个工业协会,以及中国移动、华为集团等20家企业代表参加了研讨会。
        今年3月,西门子股份公司工业业务领域工业自动化集团CEO(首席执行官)胡桉桐(Anton S. Huber)在西门子柏林燃气轮机工厂,接待了工业和信息化部部长苗圩一行,并就制造业的未来及“工业4.0”话题分享了西门子技术蓝图和愿景。
        此外,天津市曾专门举办了工业4.0论坛,邀请西门子前往交流。
        “我们最近还有很多类似的邀请和需求。”林斌说,政府更多起到平台的作用。
        与政府高层或地方政府所站角度不同,对于企业而言,显然更关注西门子能否带来哪些立竿见影的帮助。“来自企业的反馈都是很积极的。但工业4.0是一个发展方向,而企业更关心的是今天能做什么。他们会问西门子,今天我能从你这儿得到哪些实实在在的帮助?”
        这一问题的提出,牵扯出的便是一个更现实的阻路石——标准化。
        林斌介绍,西门子成都数字化工厂的参观者络绎不绝,在事后与西门子的交流中,企业经常提出诸如“这个东西看上去很专业,但我现在技术很差,我该怎么做”之类的问题。“我们告诉他,比如在控制方面,首先统一你的软件平台,用我们的Profinet(基于工业以太网的实时以太网,可以无缝集成现场总线系统),你有没有?”
        对于大多数拥有“杂牌军”设备的企业而言,这显然是不可逾越的障碍。“现在的品牌用得很杂,硬件和硬件之间需要用很多不同的语言来转换,效率肯定低。很多企业说现在的成本很高,其实就是过去更侧重于考虑采购成本造成的。但你回过头来讲,德国工人的成本比你更高,用的机器更好,但为什么做出来的东西能畅销?这里可能要转化一个概念,从考虑采购成本到考虑全生命周期的运营成本,这个是很重要的。”林斌称。
        德国信息技术产业协会、德国机械制造商协会(VDMA)和德国电气电子工业协会(ZVEI)共同开展的一项调查显示,被调查的近300家德国企业中,有半数以上都认为数据的标准化是“工业4.0”所提出的最大挑战,难度甚至超过了流程和工作组织。未来,工件可以告知对它进行加工的设备该如何对其进行加工。但实现这一愿景的先决条件是,不同制造商生产的设备能使用同一种语言进行通信。数据的标准化,要求相关软件兼容所有联网的元器件、机器、设备和工厂等。当前每家企业的IT系统都使用独立的设置,要实现集成化发展,就需要所有企业都采用业内认可的国际化标准生产体系。
        对于正在的制定“中国制造2025”而言,中国若想借此在2025年进入世界装备制造强国第二方阵、用20年时间赶超德日,标准化同样是有待攻克的难题。
        如何让信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造成为今后中国工业发展的主线?正处于工业“三级跳”助跑阶段的中国,左手攥握可资借鉴的德国范本,右手是“新常态”经济下的诸多现实命题。 
责任编辑:顾卫荣澎湃新闻,未经授权不得转载。新闻报料:4009-20-4009

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