未來工廠不再只是由大型設(shè)備堆砌起來的機(jī)械巨獸。未來人們對產(chǎn)品的追求也不再是千篇一律的大眾化產(chǎn)品，取而代之的是多種多樣、個(gè)性化、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。制造工廠追求的目標(biāo)不再是工業(yè)化大生產(chǎn)，而是多品種、個(gè)性化、優(yōu)質(zhì)和高效。這樣的變化，會產(chǎn)生幾乎無窮無盡的參數(shù)指標(biāo)以及難以處理的復(fù)雜供應(yīng)鏈，傳統(tǒng)工廠的生產(chǎn)水平已經(jīng)達(dá)不到需求。

什么是未來工廠？

        今天，最理想的生產(chǎn)狀況是怎樣的？例如要生產(chǎn)100輛卡車、100輛轎車，是先生產(chǎn)100輛卡車，還是大卡車與小轎車的這種混合交替生產(chǎn)？假如先生產(chǎn)100輛卡車，會產(chǎn)生大量的待售品，占用更多的現(xiàn)金流。所以理想的生產(chǎn)狀況是進(jìn)行靈活的小批量、多批次生產(chǎn)，使它能夠很均勻、連續(xù)地生產(chǎn)，產(chǎn)生的待售品很少。如此一來，生產(chǎn)過程的原材料消耗也更少，現(xiàn)金流更好。

        位于德國安貝格的西門子電子制造工廠（以下簡稱“安貝格工廠”）就是智能化未來工廠夢想實(shí)現(xiàn)的雛形，也是以德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界提出的“工業(yè)4.0”概念為目標(biāo)而打造的現(xiàn)代工廠。德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界在2013年提出的“工業(yè)4.0”概念是指以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命或革命性的生產(chǎn)方法，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

        安貝格工廠擁有一套高度數(shù)字化的生產(chǎn)流程，生產(chǎn)的產(chǎn)品本身擁有16億個(gè)部件，且每年的衍生產(chǎn)品制造數(shù)量超過5萬臺。為能靈活實(shí)現(xiàn)小批量、多批次的生產(chǎn)，西門子公司需要采購來自250家供應(yīng)商的約1萬種原材料，并將它們制造成950種不同類型的產(chǎn)品。根據(jù)Gartner在2010年的調(diào)查顯示，安貝格工廠中每100萬件產(chǎn)品中的殘次品數(shù)量只有15件，生產(chǎn)線的可靠性達(dá)到99%、可追溯性高達(dá)100%。

        安貝格工廠的姊妹工廠——西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡稱“西門子成都工廠”）在成都高新西區(qū)誕生并且投產(chǎn)了。它外觀樸素低調(diào)、也不鋪陳排場，但全廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)了從管理、 產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送全過程的數(shù)字化，并且與德國生產(chǎn)基地和美國的研發(fā)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)。

        不僅如此，西門子成都工廠能實(shí)現(xiàn)靈活的小批量、多批次生產(chǎn)，這樣產(chǎn)生的待售品很少，原材料消耗也很少，現(xiàn)金流也會較好，達(dá)到傳統(tǒng)工廠難以實(shí)現(xiàn)的最理想的狀態(tài)——高效、自動化的實(shí)現(xiàn)連續(xù)流生產(chǎn)和準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)。

專屬的“生產(chǎn)旅程”

        傳統(tǒng)的制造中，通常先由研發(fā)部門出一張圖紙，然后交給生產(chǎn)部門做出樣品，圖紙?jiān)俜祷匮邪l(fā)部門調(diào)整、修改后再進(jìn)行生產(chǎn)。在數(shù)字化制造下，研發(fā)和制造都基于同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺，研發(fā)和生產(chǎn)幾乎同步，改變了傳統(tǒng)制造的節(jié)奏。

        西門子成都工廠研發(fā)制造新產(chǎn)品的旅程始于Siemens PLM Software產(chǎn)品生命周期系統(tǒng)管理（PLM）軟件，它支持產(chǎn)品開發(fā)中從設(shè)計(jì)到工程和制造的各個(gè)方面 。

        研發(fā)部門的工程師們在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行仿真組裝，實(shí)現(xiàn)“可見即可得”。由于西門子數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到分析的迭代周期，也減少了多達(dá)90%的編程時(shí)間。產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間相應(yīng)縮短了。

        設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品會帶著專屬于自己的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)“生產(chǎn)旅程”。這些數(shù)據(jù)同時(shí)都被“寫”進(jìn)數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)中心中，供質(zhì)量、采購和物流等部門共享。采購部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的采購，質(zhì)量部門會依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行驗(yàn)收，物流部門則是依據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行零部件的確認(rèn)。

        當(dāng)質(zhì)量、采購、物流等不同部門調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)，他們使用的是共享的文檔庫。而且任意數(shù)據(jù)發(fā)生更新，不同的部門也都能第一時(shí)間得到最新的數(shù)據(jù)，這使得西門子成都工廠研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作變得簡單、高效，避免了傳統(tǒng)研發(fā)制造企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)或不同部門之間由于數(shù)據(jù)平臺不同造成的信息傳輸壁壘。

        成都工廠承擔(dān)著西門子全球工業(yè)自動化產(chǎn)品從研發(fā)到制造的角色。研發(fā)是數(shù)字化工廠“數(shù)據(jù)鏈條”的起點(diǎn)，研發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將在工廠的各個(gè)系統(tǒng)間實(shí)時(shí)傳遞，數(shù)據(jù)的同步更新避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于溝通不暢產(chǎn)生的差錯(cuò)，也使得工廠的效率大大提升。

        西門子成都工廠總經(jīng)理 Andreas Bukenberger 介紹:“應(yīng)用了西門子數(shù)字化企業(yè)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(chǎn)品的交貨時(shí)間縮短了50%。”而前文提到的西門子成都工廠的姊妹工廠——西門子德國安貝格電子工廠目前可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)零部件100萬件，即平均1秒生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，未來的成都工廠將有望沖擊這一紀(jì)錄。

自動化的生產(chǎn)

        在西門子成都工廠的廠房里，竟然看不見傳統(tǒng)制造工廠密集的工人在不同的流水線上繁忙工作的情景，偌大的車間只有屈指可數(shù)的幾個(gè)工人工作。

        以可編程控制器裝配工位的工人為例，他每天的任務(wù)就由西門子MES系統(tǒng)生成，而且電子任務(wù)單會顯示在他工作臺前方的電腦顯示屏上，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換間隔小于1秒，隨時(shí)可以看到最新的版本。西門子MES系統(tǒng)包攬了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度的職能。沒有了人工抄寫的任務(wù)單，省去了不同生產(chǎn)線交流的復(fù)雜環(huán)節(jié)。生產(chǎn)訂單由MES統(tǒng) 一下達(dá)，在與ERP系統(tǒng)高度的集成之下，還實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃、物料管理等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，工廠管理與生產(chǎn)也達(dá)到高度協(xié)同。

        在裝配工作臺上有5個(gè)不同的零件盒，每個(gè)零件盒上都配有指示燈。當(dāng)自動引導(dǎo)小車送來一款待裝配的產(chǎn)品時(shí)，電腦顯示屏上會出現(xiàn)它的信息，相應(yīng)所需零件盒上的指示燈亮起，裝配的工人就知道該安裝什么零件了。這是由于傳感器掃描了產(chǎn)品的條碼信息，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅薓ES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)再通過與西門子全集成自動化系統(tǒng)（TIA）的互聯(lián)操縱零件盒指示燈，從而代替人完成了思考的過程。這樣滿足了自動化產(chǎn)品“柔性”生產(chǎn)的需求 ，即在一條生產(chǎn)線上同時(shí)生產(chǎn)多種產(chǎn)品。有了指示燈的提示和對應(yīng)，即使換另外一種產(chǎn)品也不會怕裝錯(cuò)零件了。

        西門子全集成自動化解決方案（TIA）在很大程度上替代了人類的大腦、視覺和手臂。西門子用可編程控制器來引導(dǎo)生產(chǎn)流程，用視覺系統(tǒng)來識別質(zhì)量、用自動引導(dǎo)小車來傳遞產(chǎn)品 。

        工人裝配好產(chǎn)品，按下工作臺上的一個(gè)按鈕，自動化流水線上的傳感器就會掃描產(chǎn)品的條碼信息，記錄它在這個(gè)工位的數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)將以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎(chǔ)，向控制系統(tǒng)下達(dá)指令，指揮小車將它送去下一個(gè)目的地，這個(gè)過程完全不需要人工。

        在到達(dá)下一個(gè)工序前，產(chǎn)品要通過“嚴(yán)格”的檢驗(yàn)程序，在整個(gè)生產(chǎn)過程中針對產(chǎn)品的質(zhì)量檢測節(jié)點(diǎn)就超過20個(gè)。視覺檢測是數(shù)字化工廠特有的質(zhì)量檢測方法，相機(jī)會拍下產(chǎn)品的圖像與數(shù)據(jù)平臺中的正確圖像作比對，一點(diǎn)小小的瑕疵都逃不過品質(zhì)管理模塊的“眼睛”。對比傳統(tǒng)制造企業(yè)的人工抽檢，這顯然要可靠又快速得多。

        在經(jīng)過多次裝配并接受過多道質(zhì)量檢測后，成品將被送到包裝工位。再經(jīng)過人工包裝、裝箱等環(huán)節(jié)，一箱包裝好的自動化產(chǎn)品就會通過升降梯和傳送帶被自動運(yùn)達(dá)物流中心或立體倉庫。

        這樣一個(gè)完整的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的制造企業(yè)要通過幾十甚至上百人的手去完成，而在西門子成都工廠的車間內(nèi)，只需要寥寥可數(shù)的幾個(gè)工人，因?yàn)榇蠖鄶?shù)的工序都是自動完成的。

        未來的制造不再是密集的工人、龐大的生產(chǎn)規(guī)模了，而是基于大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人，結(jié)合各種信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化、自動化的柔性制造?，F(xiàn)在的定制化生產(chǎn)，甚至可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)月定制車，下個(gè)月就生產(chǎn)出來。