西門(mén)子成都數字化工廠(chǎng)是全球第二個(gè)數字化工廠(chǎng)，正式名稱(chēng)為西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地，是位于德國安貝格的西門(mén)子電子工廠(chǎng)的姊妹工廠(chǎng)。
西門(mén)子成都工廠(chǎng)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(chǎn)西門(mén)子工控產(chǎn)品，包括PLC、人機界面、工業(yè)PC等。該工廠(chǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品良品率達到了驚人的99.9985%，準時(shí)交付率達到98.8%。
質(zhì)量是首要目標
據該基地副總經(jīng)理李永利介紹，西門(mén)子的戰略方針是：質(zhì)量第一、準時(shí)交付和創(chuàng )新、可持續的企業(yè)文化。他認為，對于工業(yè)產(chǎn)品而言，質(zhì)量非常關(guān)鍵，例如風(fēng)電產(chǎn)品由于無(wú)人值守，維修起來(lái)非常麻煩，因此，必須確保將質(zhì)量作為首要目標。質(zhì)量的要素包括制造質(zhì)量、研發(fā)質(zhì)量和原材料質(zhì)量。在制造過(guò)程中，手工操作是容易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵因素，而機器可以幫助人不犯錯誤。西門(mén)子成都工廠(chǎng)的生產(chǎn)線(xiàn)就專(zhuān)門(mén)設計了自動(dòng)防呆系統——當自動(dòng)引導小車(chē)送來(lái)一款待裝配的產(chǎn)品時(shí)，電腦顯示屏上會(huì )出現其信息，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(guò)研發(fā)與制造緊密配合，可以規避很多質(zhì)量問(wèn)題，例如進(jìn)行防呆設計；而對于原材料質(zhì)量，需要推進(jìn)質(zhì)量追溯，確保過(guò)程數據全程有記錄，可以追溯到原材料的批次。
西門(mén)子成都工廠(chǎng)有50多名研發(fā)人員，這樣可以更好、更迅速地滿(mǎn)足本地客戶(hù)的需求，實(shí)現研發(fā)和生產(chǎn)的無(wú)縫連接。因為新產(chǎn)品在研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，由于不斷修改，會(huì )存在不同版本的產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中切換，以及多個(gè)版本的產(chǎn)品同時(shí)生產(chǎn)的問(wèn)題。
西門(mén)子工控產(chǎn)品在研發(fā)過(guò)程中， 采用了Siemens PLM Software的全線(xiàn)產(chǎn)品，包括Teamcenter、Tecnomatix、NX等，實(shí)現了產(chǎn)品設計數字化、產(chǎn)品仿真、制造過(guò)程仿真和產(chǎn)品全生命周期管理。在西門(mén)子成都工廠(chǎng)，產(chǎn)品的基礎數據在PLM系統當中，元器件的數據一旦更新，則會(huì )自動(dòng)映射到ERP系統當中，更新材料的采購價(jià)格，并通過(guò)MES系統更新制造過(guò)程中的原材料信息。有些原材料對應的生產(chǎn)工藝有變化，則也會(huì )通過(guò)系統之間的無(wú)縫集成，自動(dòng)更新。
數字化不等于自動(dòng)化
何謂數字化制造？數字化制造不等于全自動(dòng)化。李永利認為，在未來(lái)10~20年，主流的制造方式將是人機結合。數字化制造的價(jià)值，并不是完全用自動(dòng)化設備取代人，而是幫助人。例如，擰緊螺絲這個(gè)工作，人的優(yōu)勢是靈活、柔性強，可以快速定位，而用電動(dòng)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(chǎn)模式中很實(shí)用。而如果要實(shí)現全自動(dòng)，則需要頻繁變更數控程序。他強調，自動(dòng)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(zhì)量是關(guān)鍵。高質(zhì)量并不意味著(zhù)一定需要高成本，自動(dòng)化的管理與決策實(shí)際上比自動(dòng)化制造更能夠降低成本。
數字化制造的另一個(gè)重要價(jià)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(mén)子更重視提高效率。通過(guò)效率的提高，可以在人工成本不增加的同時(shí)增加產(chǎn)能。例如，1990年投產(chǎn)的西門(mén)子安貝格工廠(chǎng)，當時(shí)是1萬(wàn)平米，1000名員工；25年之后，產(chǎn)能翻了7番，但面積和人員并沒(méi)有增加，該工廠(chǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品達幾百種，每個(gè)訂單都包含多種產(chǎn)品。因此，西門(mén)子成都工廠(chǎng)綜合應用了SAP ERP系統和西門(mén)子Simatic IT MES系統。ERP系統接到訂單之后，自動(dòng)告知補庫，自動(dòng)計算物料消耗；如果在生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)元器件有問(wèn)題，則系統會(huì )自動(dòng)停止使用了該器件的產(chǎn)品生產(chǎn)。由于這些工作可以替代很多人工，整個(gè)西門(mén)子成都工廠(chǎng)的倉庫管理人員只有12個(gè)人，每個(gè)班次只有4個(gè)人。所以，未來(lái)企業(yè)的管理，可以通過(guò)使用軟件來(lái)替代管理人員。西門(mén)子在蘇州和德國紐倫堡的倉庫與生產(chǎn)通過(guò)MES系統緊密聯(lián)系。西門(mén)子成都工廠(chǎng)大部分設備是自動(dòng)采集數據，也大量應用了RFID。在生產(chǎn)過(guò)程中，如果數據沒(méi)有完成采集，流程就通不過(guò)。設備的狀態(tài)，如貼片機和烘箱，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行數據采集。
西門(mén)子成都工廠(chǎng)生產(chǎn)現場(chǎng)面積不是很大，工人也不多，設備布局很緊湊，自動(dòng)化程度很高。在廠(chǎng)區的參觀(guān)通道旁邊，通過(guò)一面展示墻展示了西門(mén)子數字化工廠(chǎng)的數字化研發(fā)、數字化生產(chǎn)、數字化物流和數字化質(zhì)量管理體系。其中，質(zhì)量看板通過(guò)西門(mén)子的MES系統可以實(shí)時(shí)顯示，通過(guò)不斷鉆取，查詢(xún)出現的質(zhì)量問(wèn)題和不同維度的質(zhì)量統計信息。另一個(gè)屏幕則顯示了對制造與裝配過(guò)程的仿真。
工廠(chǎng)的生產(chǎn)場(chǎng)所在大樓2層，現場(chǎng)有兩條前道工序，主要是電路板組裝生產(chǎn)線(xiàn)。中間通過(guò)自動(dòng)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的5條產(chǎn)品組裝生產(chǎn)線(xiàn)，完成產(chǎn)品的裝配和包裝。在各個(gè)關(guān)鍵工序設置了電子看板，生產(chǎn)過(guò)程大部分是自動(dòng)化的，員工更多地工作是在處理異常情況、監控設備的運行，以及進(jìn)行產(chǎn)品的復檢等。生產(chǎn)場(chǎng)地的地面有很多圓孔，設備的線(xiàn)纜通過(guò)圓孔轉到地板下進(jìn)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程是無(wú)紙化的，而且實(shí)現了混流生產(chǎn)。產(chǎn)品組裝的生產(chǎn)線(xiàn)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(pán)，托盤(pán)上面是半成品，每個(gè)產(chǎn)品都不一樣。MES系統會(huì )自動(dòng)根據生產(chǎn)工藝，將托盤(pán)從導軌轉移到設備的導軌上，將產(chǎn)品移動(dòng)到某臺設備之中完成相應工序。這種混流生產(chǎn)的模式用于工控產(chǎn)品的生產(chǎn)效率極高。標準化、系列化和模塊化設計是實(shí)現電子產(chǎn)品混流生產(chǎn)的基礎，它不同于汽車(chē)行業(yè)總裝的混流生產(chǎn)，具有很強的靈活性。大部分設備是自動(dòng)生產(chǎn)，個(gè)別工位采用人工，正是權衡了人和機器各自?xún)?yōu)勢之后的最佳選擇。
數字化工廠(chǎng)內涵
通過(guò)此次觀(guān)摩，筆者初步領(lǐng)略了西門(mén)子數字化工廠(chǎng)的內涵：
- 從產(chǎn)品研發(fā)、訂單處理，到生產(chǎn)調度、數據采集，通過(guò)多個(gè)信息系統的無(wú)縫集成實(shí)現閉環(huán)；
- 通過(guò)數字技術(shù)的應用，實(shí)現高效率、高質(zhì)量；
- 通過(guò)MES系統和柔性的生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現電子產(chǎn)品的混流生產(chǎn)；
- 通過(guò)人機協(xié)作，實(shí)現高效生產(chǎn)。
那么，西門(mén)子成都工廠(chǎng)是否已經(jīng)完全實(shí)現了工業(yè)4.0？答案實(shí)際上是：工業(yè)創(chuàng )新是一個(gè)長(cháng)期的持續改進(jìn)的過(guò)程，工業(yè)4.0是一個(gè)愿景，不論是西門(mén)子還是其他的工業(yè)巨頭，都在不斷改進(jìn)，結合自身的產(chǎn)品特點(diǎn)，尋找一條走向工業(yè)4.0的路線(xiàn)圖。
（本文首發(fā)于e-works數字化企業(yè)網(wǎng)，文章經(jīng)本刊編輯）
