關于數字化企業(yè)，尤其是數字化制造企業(yè)的論述，相關資料已經是“汗牛充棟”。數字化是當今企業(yè)界最大也是最重要的問題，對制造業(yè)企業(yè)而言，數字化對企業(yè)核心競爭力帶來的重大推動力，則顯得尤為重要。

　　然而數字化制造，不僅僅意味著給制造企業(yè)帶來效率、生產力和靈活性的巨大變化，更重要的是，它改變并極大地拓寬了制造業(yè)企業(yè)的戰(zhàn)略選擇。數字化企業(yè)具有自己的戰(zhàn)略特點，它們建立了一種企業(yè)模式，能夠以新的方式創(chuàng)造出企業(yè)利潤 ，建立新的、強大的客戶和員工價值理念。

　　在下面這篇文章里，筆者并不企圖如何更深入地描繪數字化制造企業(yè)的概念和前景，而是從兩個具體的數字化應用實踐，進行一些粗淺的觀察，從而期望大家發(fā)現(xiàn)并體驗數字化制造——就在我們身邊，數字化已經打開了制造業(yè)的未來之門。

　　未來制造 數字之道——西門子的數字化體驗

　　西門子工業(yè)自動化產品成都生產研發(fā)基地(以下簡稱“西門子成都工廠”)——全廠內實現(xiàn)了從產品研發(fā)、生產、物流配送乃至管理全過程的數字化, 并且通過信息技術，與德國生產基地進行數據互聯(lián)，成為一個完整的數字化企業(yè)平臺。

　　(1)數字化研發(fā)

　　成都工廠承擔著西門子全球工業(yè)自動化產品研發(fā)的角色。研發(fā)也是數字化工廠“數據鏈條”的起點，由研發(fā)環(huán)節(jié)產生的數據將在工廠的各個系統(tǒng)間實時傳遞，數據的同步更新避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)經常出現(xiàn)的由于溝通不暢產生的差錯，也使得工廠的效率大大提升。有數據統(tǒng)計，由于數字化工廠協(xié)同快速的研發(fā)，可將產品的上市時間縮短50%。

　　(2)數字化生產

　　西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT包攬了傳統(tǒng)制造企業(yè)生產計劃調度的職能。在與ERP系統(tǒng)高度的集成之下，可以實現(xiàn)生產計劃、物料管理等數據的實時傳送。此外，SIMATIC IT還集成了工廠信息管理、生產維護管理、物料追溯和管理、設備管理、品質管理、制造KPI分析等多種功能，可以保證工廠管理與生產的高度協(xié)同。

　　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(PLC)來引導生產流程，用視覺系統(tǒng)來識別質量、用自動引導小車來傳遞產品。通過PROFINET現(xiàn)場總線連接并傳送數據，不僅使人的工作變輕松了，更能確保生產各環(huán)節(jié)的可靠、靈活與高效。

　　(3)數字化物流

　　在成都工廠的自動化流水線上，傳感器會對引導小車上產品的條碼進行掃描，掃描得到的數據就會告訴“軟件系統(tǒng)”在該裝配環(huán)節(jié)需要的物料是什么，員工按動按鈕，物料就會從物料庫自動輸送出，并通過流水線上傳感器的“指揮”，送到指定位置，這一過程是“全透明”且不需要人工干預的。這其中發(fā)揮作用的是ERP、西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT以及西門子倉庫管理軟件。

　　物料中間庫是車間內物料的中轉站，其中的物料是依據精益生產的“以需定產”的原則，每天從物料倉庫中提取出備用的。更大批的物料存儲在布局緊湊的高貨架立體倉庫中。采購的物料經過質量檢驗之后都會儲存在這里，并通過兩座升降梯與車間相連。倉庫共有近3萬個物料存放盒，物料的存取并不用叉車搬運，而是通過堆取料機用數字定位的模式進行抓取，不必考慮叉車通過的距離，物料庫的設計更緊湊，節(jié)約了倉庫的空間?？沼嗟目臻g，則為西門子成都工廠的擴產留出了充足的準備。”

　　據悉，成都工廠產品的一次通過率(FPY)可達到99%以上。利用西門子PLM和MES的信息互聯(lián)，西門子還可以根據物料儲備、交貨時間等信息，在全球的工廠之間實時調配生產計劃，以達到資源利用和物料配送的最佳組合。應用了西門子數字化企業(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，產品的交貨時間縮短了50%。

　　評論：全生命周期的數字化戰(zhàn)略

　　全球制造業(yè)的競爭從20世紀初期的規(guī)模化及降低產品成本、20世紀中后期的提高企業(yè)整體效率及產品質量，至20世紀后期的交貨期、質量、價格和服務等方面的競爭，進入21世紀以來，已經發(fā)展至創(chuàng)新能力的競爭。這種態(tài)勢導致制造業(yè)競爭焦點集中在產品研發(fā)速度和創(chuàng)新能力上，為提高創(chuàng)新能力和效率，數字化戰(zhàn)略已成為跨國制造企業(yè)產品創(chuàng)新的首選戰(zhàn)略。

　　其次，在過去，制造業(yè)企業(yè)的傳統(tǒng)工程模式是分別集中在單一的流程，包括產品設計、生產規(guī)劃、生產工程、生產執(zhí)行和服務等。但現(xiàn)在這種觀點正在逐步改變，制造業(yè)企業(yè)已越來越多地把產品開發(fā)和生產過程視為一個整體——數字化戰(zhàn)略已經從單一的研發(fā)環(huán)節(jié)、生產環(huán)節(jié)擴展到全生命周期的一體化數字化工廠——這也無疑最終會改變并拓寬制造業(yè)企業(yè)的未來戰(zhàn)略選擇。

　　從西門子成都工廠的數字化應用，我們不難發(fā)現(xiàn)：

　　(1)數字化是貫穿產品全生命周期的，而且也只有貫穿上述的工廠運營全生命周期，才能最大化地發(fā)揮數字化帶來的企業(yè)脫胎換骨的轉變。數據顯示，通過數字化的工廠規(guī)劃，可以減少產品上市時間至少30%;通過優(yōu)化規(guī)劃質量，可以降低制造成本13%。而在新產品上市比例、設備生產效率、產品交付能力及營運利潤率等多個方面，數字化工廠的指標均遠遠高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。設想一下，如果上述應用中沒有像Teamcenter這樣的數據中心，讓研發(fā)、采購、生產、物流、質量等多部門之間的數據共享，是無法實現(xiàn)從產品設計到生產計劃再到生產執(zhí)行等過程的全數字化的，更無法避免傳統(tǒng)研發(fā)制造企業(yè)的研發(fā)和生產環(huán)節(jié)或不同部門之間由于數據平臺不同造成的信息傳輸壁壘。

　　(2)高度自動化水平是數字化尤其是數字化生產的重要基石——沒有全面的自動化技術應用，何談數據的采集、傳輸和利用?上述應用中，借助PLC控制器、視覺系統(tǒng)、PROFINET現(xiàn)場總線技術等在內的西門子全集成自動化解決方案(TIA)，才是上層MES實現(xiàn)生產與管理協(xié)同的基本依據，也是PLM產品管理在生產環(huán)節(jié)的重要保證。

　　(3)數字化制造的實現(xiàn)，在新建工廠中顯得更為容易。很顯然，對傳統(tǒng)制造模式的改造遠比不上新建數字化工廠來得容易。筆者認為，當前中國的傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)在新建項目中探討摸索數字化實踐，顯得更為可行。只有這樣，才更方便我們在工廠創(chuàng)建之初便對全生命周期的數字化之路進行通盤考慮，雖然成本相對高昂，效果同樣顯著。至于現(xiàn)有制造企業(yè)的數字化改造和升級問題，就目前中國制造企業(yè)來說，數字化的研發(fā)和數字化/信息化管理已經被廣泛認識和接受，也是實踐中應用較多的環(huán)節(jié)，而未來的重點可能更多地應集中于數字化的生產規(guī)劃、工程、執(zhí)行和服務流程中去，尤其是打通現(xiàn)有信息孤島，進行上下游的數字化整合，應該是傳統(tǒng)企業(yè)實現(xiàn)數字化工廠的重要途徑之一。

　　柯馬的數字化革新

　　全球汽車車身焊接、動力總成裝配和加工設備領先供應商柯馬引入西門子Tecnomatix用于項目中生產線和作業(yè)單元的模擬測試，而事實證明，這成為了柯馬此后走上技術革新之路的重要引擎。

　　首先，Office軟件中生硬的二維線條變成了屏幕上生動形象的3D場景，設計與規(guī)劃實現(xiàn)了真正的“所見即所得”。而Tecnomatix更為強大的還是它的模擬功能。

　　對于生產線的模擬仿真有助于發(fā)現(xiàn)設計中存在的缺陷及問題，以便在投產前就加以校正。Tecnomatix具有補償調校功能，可以保證生產線模擬的精準度達到98%，有助于減少車間中的返工次數。

　　2011年，柯馬(上海)完成了當年最大的項目——為菲亞特(中國)制造一條完整的白車身生產線，這其中包括250個柯馬機器人。20名工程師使用Tecnomatix工具僅花了近半年的時間就完成了一系列頂尖的模擬測試，無論是項目交付周期還是技術的復雜程度都在業(yè)界居領先地位。

　　當大多數的汽車制造商還習慣于用Tecnomatix中的Robcad解決方案進行模擬測試時，柯馬已經應中國客戶的需求使用新版本Tecnomatix中的Process Designer和Process Simulate解決方案了。前者是針對于單一工作站點的仿真模擬，而后者自身擁有數據庫，可以對整個一條生產線進行仿真模擬，更易于實現(xiàn)整個項目的協(xié)同。

　　此外，Process Designer和Process Simulate解決方案使工程速度和規(guī)劃模擬的可視化程度都能得到提升，柯馬可以通過應用這一解決方案實現(xiàn)整條生產線的可視化。而Process Designer和Process Simulate解決方案還支持工程及財務平臺，為工程師制作報價和標書也奠定了基礎。

　　未來，不單單進行機械工藝的模擬仿真，也將電控制信號引入到仿真過程之中，使之更趨向于真實的場景。這會幫助其進一步縮短工程交付時間，同時節(jié)省成本。柯馬還將引入西門子PLM的Teamcenter軟件用于產品數字制造環(huán)節(jié)。包括Tecnomatix和Teamcenter在內的數字工具都將在柯馬的企業(yè)成長過程中發(fā)揮重要作用。

　　評論：數字化的效率和效益

　　基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬制造技術其實早在上個世紀90年代便被提出，是數字化制造趨勢的典型代表。而柯馬的數字化革新案例，更加側重于強調汽車行業(yè)生產線和作業(yè)單元的規(guī)劃模擬——即生產線仿真。

　　以仿真技術為基礎，生產線仿真基于生產實踐對生產線生產過程進行仿真找出生產線瓶頸，制定、優(yōu)化生產節(jié)拍，實現(xiàn)產能的優(yōu)化，同時能夠為后續(xù)提升產能提供指導。其過程和結果的可視化使得用戶可以方便地通過仿真模型、圖表、報告等信息得到對生產線直觀、形象的理解。這一優(yōu)勢，很大程度上可以驗證數字化將給企業(yè)帶來的效率和效益。

　　(1)生產線和作業(yè)單元的仿真，其實質是將實際生產過程的虛擬化前移，即移到設計研發(fā)階段進行提前驗證，Tecnomatix工具不僅能幫助柯馬向客戶交付同類最佳的生產線，而且還能節(jié)省工程時間，降低對資源的消耗。其好處確實不言而喻。從這一角度來看，也驗證了數字化的全生命周期特性和一體化特征。

　　(2)對包括電氣控制在內的整條生產線乃至全廠的模擬仿真，而不是機械工藝的單一站點的仿真，代表了未來數字化在虛擬制造領域的重要趨勢。在上述應用中，西門子Process Designer和Process Simulate等全線仿真解決方案使工程速度和規(guī)劃模擬的可視化程度都能得到提升，幫助客戶進一步縮短工程交付時間，同時節(jié)省成本。

　　(3)除了汽車制造業(yè)這一典型代表，生產線仿真技術對于通信與電子、煙草、重大裝備制造等最終離散制造業(yè)用戶同樣具備重要的推廣意義。事實上，在上述現(xiàn)代制造工廠中，建設一條柔性、敏捷、高效、精密和自動化的示范生產線是一種投資大、風險高的復雜技術，因此其設計和規(guī)劃需要嚴謹和精細，以確保生產線設計最終能夠實現(xiàn)高效、精益和柔性的目標，滿足產能要求。為避免企業(yè)面臨的各種技術和投資風險，必須在生產線的設計規(guī)劃階段進行系統(tǒng)的建模與仿真，以驗證生產線設計方案的可行性和有效性。

　　數字化企業(yè)的真正實現(xiàn)，在中國無疑還有很長的路要走。但無可否認的是，數字化，已然在我們身邊開啟了通向未來制造業(yè)的大門。數字化戰(zhàn)略，讓中國制造業(yè)的宏偉藍圖開始逐一描繪。

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