西門子成都數字化工廠是全球第二個數字化工廠，正式名稱為西門子工業(yè)自動化產品成都生產研發(fā)基地，是位于德國安貝格的西門子電子工廠的姊妹工廠。
西門子成都工廠成立于2013年9月，員工370余名，其中工人100多人，每天工作3班，生產西門子工控產品，包括PLC、人機界面、工業(yè)PC等。該工廠生產的產品良品率達到了驚人的99.9985%，準時交付率達到98.8%。
質量是首要目標
據該基地副總經理李永利介紹，西門子的戰(zhàn)略方針是：質量第一、準時交付和創(chuàng)新、可持續(xù)的企業(yè)文化。他認為，對于工業(yè)產品而言，質量非常關鍵，例如風電產品由于無人值守，維修起來非常麻煩，因此，必須確保將質量作為首要目標。質量的要素包括制造質量、研發(fā)質量和原材料質量。在制造過程中，手工操作是容易產生質量問題的關鍵因素，而機器可以幫助人不犯錯誤。西門子成都工廠的生產線就專門設計了自動防呆系統(tǒng)——當自動引導小車送來一款待裝配的產品時，電腦顯示屏上會出現(xiàn)其信息，相應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，避免誤操作；通過研發(fā)與制造緊密配合，可以規(guī)避很多質量問題，例如進行防呆設計；而對于原材料質量，需要推進質量追溯，確保過程數據全程有記錄，可以追溯到原材料的批次。
西門子成都工廠有50多名研發(fā)人員，這樣可以更好、更迅速地滿足本地客戶的需求，實現(xiàn)研發(fā)和生產的無縫連接。因為新產品在研發(fā)和生產過程中，由于不斷修改，會存在不同版本的產品在生產過程中切換，以及多個版本的產品同時生產的問題。
西門子工控產品在研發(fā)過程中， 采用了Siemens PLM Software的全線產品，包括Teamcenter、Tecnomatix、NX等，實現(xiàn)了產品設計數字化、產品仿真、制造過程仿真和產品全生命周期管理。在西門子成都工廠，產品的基礎數據在PLM系統(tǒng)當中，元器件的數據一旦更新，則會自動映射到ERP系統(tǒng)當中，更新材料的采購價格，并通過MES系統(tǒng)更新制造過程中的原材料信息。有些原材料對應的生產工藝有變化，則也會通過系統(tǒng)之間的無縫集成，自動更新。
數字化不等于自動化
何謂數字化制造？數字化制造不等于全自動化。李永利認為，在未來10~20年，主流的制造方式將是人機結合。數字化制造的價值，并不是完全用自動化設備取代人，而是幫助人。例如，擰緊螺絲這個工作，人的優(yōu)勢是靈活、柔性強，可以快速定位，而用電動力矩扳手，可以保證達到工藝和材料要求的擰緊力矩。這種方式在多品種小批量的生產模式中很實用。而如果要實現(xiàn)全自動，則需要頻繁變更數控程序。他強調，自動化替代人是趨勢，但提高效率才是核心要素、而非成本，這其中質量是關鍵。高質量并不意味著一定需要高成本，自動化的管理與決策實際上比自動化制造更能夠降低成本。
數字化制造的另一個重要價值是提高效率。中國制造企業(yè)更多地是考慮如何控制成本，而西門子更重視提高效率。通過效率的提高，可以在人工成本不增加的同時增加產能。例如，1990年投產的西門子安貝格工廠，當時是1萬平米，1000名員工；25年之后，產能翻了7番，但面積和人員并沒有增加，該工廠生產的產品達幾百種，每個訂單都包含多種產品。因此，西門子成都工廠綜合應用了SAP ERP系統(tǒng)和西門子Simatic IT MES系統(tǒng)。ERP系統(tǒng)接到訂單之后，自動告知補庫，自動計算物料消耗；如果在生產過程中，有一個元器件有問題，則系統(tǒng)會自動停止使用了該器件的產品生產。由于這些工作可以替代很多人工，整個西門子成都工廠的倉庫管理人員只有12個人，每個班次只有4個人。所以，未來企業(yè)的管理，可以通過使用軟件來替代管理人員。西門子在蘇州和德國紐倫堡的倉庫與生產通過MES系統(tǒng)緊密聯(lián)系。西門子成都工廠大部分設備是自動采集數據，也大量應用了RFID。在生產過程中，如果數據沒有完成采集，流程就通不過。設備的狀態(tài)，如貼片機和烘箱，通過工業(yè)以太網來進行數據采集。
西門子成都工廠生產現(xiàn)場面積不是很大，工人也不多，設備布局很緊湊，自動化程度很高。在廠區(qū)的參觀通道旁邊，通過一面展示墻展示了西門子數字化工廠的數字化研發(fā)、數字化生產、數字化物流和數字化質量管理體系。其中，質量看板通過西門子的MES系統(tǒng)可以實時顯示，通過不斷鉆取，查詢出現(xiàn)的質量問題和不同維度的質量統(tǒng)計信息。另一個屏幕則顯示了對制造與裝配過程的仿真。
工廠的生產場所在大樓2層，現(xiàn)場有兩條前道工序，主要是電路板組裝生產線。中間通過自動化的立體中轉庫，將已加工好的電路板和其它零部件轉送到后續(xù)的5條產品組裝生產線，完成產品的裝配和包裝。在各個關鍵工序設置了電子看板，生產過程大部分是自動化的，員工更多地工作是在處理異常情況、監(jiān)控設備的運行，以及進行產品的復檢等。生產場地的地面有很多圓孔，設備的線纜通過圓孔轉到地板下進行連接，便于靈活調整設備的布局。
令筆者印象最深刻的是，整個生產過程是無紙化的，而且實現(xiàn)了混流生產。產品組裝的生產線布局是在中間的循環(huán)導軌兩側布置了裝配各種元器件的設備。導軌上有標準的托盤，托盤上面是半成品，每個產品都不一樣。MES系統(tǒng)會自動根據生產工藝，將托盤從導軌轉移到設備的導軌上，將產品移動到某臺設備之中完成相應工序。這種混流生產的模式用于工控產品的生產效率極高。標準化、系列化和模塊化設計是實現(xiàn)電子產品混流生產的基礎，它不同于汽車行業(yè)總裝的混流生產，具有很強的靈活性。大部分設備是自動生產，個別工位采用人工，正是權衡了人和機器各自優(yōu)勢之后的最佳選擇。
數字化工廠內涵
通過此次觀摩，筆者初步領略了西門子數字化工廠的內涵：
- 從產品研發(fā)、訂單處理，到生產調度、數據采集，通過多個信息系統(tǒng)的無縫集成實現(xiàn)閉環(huán)；
- 通過數字技術的應用，實現(xiàn)高效率、高質量；
- 通過MES系統(tǒng)和柔性的生產線，實現(xiàn)電子產品的混流生產；
- 通過人機協(xié)作，實現(xiàn)高效生產。
那么，西門子成都工廠是否已經完全實現(xiàn)了工業(yè)4.0？答案實際上是：工業(yè)創(chuàng)新是一個長期的持續(xù)改進的過程，工業(yè)4.0是一個愿景，不論是西門子還是其他的工業(yè)巨頭，都在不斷改進，結合自身的產品特點，尋找一條走向工業(yè)4.0的路線圖。
（本文首發(fā)于e-works數字化企業(yè)網，文章經本刊編輯）
