我们把工厂想象成人体”驱动系统是肌肉,传感系统是眼鼻,全集成自动化如人体般运转所有软件互联,所有系统互通,数据成机器间对话的“语言”。
驱动系统是肌肉 传感系统是眼鼻
在距离佛山数千公里外的成都市西北角,距离郫县县区3公里处,坐落着一座看似普通的“特殊工厂”。
这座正式投产仅一年多的工厂内,设置了一个由各种系统组合而成的全集成自动化流程展示图。展示图中,工厂的处理系统相当于大脑,连接网络如同它的神经,驱动系统就像是肌肉,传感器就相当于眼睛和鼻子。事实上,这个仿如人体系统一样的工厂内,“数据”是从研发到生产到管理和配送,每个环节机器间沟通的“语言”。
这样一座以数字化为中心,通过自动化设备和各种软件互联互通的工厂,正是西门子在中国设立的首家数字化工厂—西门子工业自动化产品成都生产研发基地(SEWC)。
如同SEWC的命名,数字化工厂是一座强调“数字化”的“机体系统”,它首先实现了全集成的自动化;自动化后的工厂被想象成人体,工厂的处理系统就相当于大脑,连接下面的网络就是它的神经,驱动系统就是肌肉,传感器就相当于眼睛和鼻子,这样形成一个像人一样自动运转的整体。
基于全集成自动化,在SEWC,仅占用工厂十分之一占地面积的生产车间内,并没有普通工厂常见的传统的物料暂存区,所有产品完成生产后直接由产线发出,进入物流中心进行配送。
从整个生产工序来看,工厂从自动取料开始,先进行印刷电路板的工段,之后进行贴片、穿孔等全部已经实现自动化的生产工序,再统一送到车间中转库,由其进行生产线分配后再组装。
在这样的产线上,只有几名工人不时看着屏幕上的数字化看板。看板上,红、黄、绿三种颜色代表着物料的数量。每当物料经过工人座位上的扫描枪,就会实现自动扫描,若物料出现短缺,就会马上传送到自动物流仓库。
这个被称为自动物流系统的部门,走到原材料的存放处,是两个高达18米的自动化高位货架,两部高速运转的取料机如同人一样。根据后台的数据提示,这两部取料机依靠数字定位迅速地抽出对应的原材料,并通过自动传输轴,马上传送到生产车间。
“当物料需求的信息传导到自动物流仓库,仓库最长只需要30分钟就能把物料送到车间。”这套自动化系统不仅替代了大量的员工,而且还可以实现小批量多批次的发货。“整套系统就像聪明的护士,它知道医生(工厂)什么时候需要它传递什么样的手术刀(物料)。”工厂管理人员表示。
而这样一个管理着2万多个箱子的物流部门,仅有12个人。按照传统工厂的“三班倒”,这意味着每一个生产班次中仅有4名员工负责管理物流仓储。
事实上,来自SEWC提供的情况显示,在该工厂内仅有350人,其中生产车间员工仅100人;以平均水平来看,数字化工厂的人员相比传统工厂节省30%到50%的人员。
近百款软件实现互联式沟通 数据成机器之间的“语言”
与普通的工厂相比,SEWC在使用ERP,PLM等软件时,最大不同是实现了所有软件的互联互通,以及虚拟和现实的交互。这是追随者要学习攻克的难点,也是迈向工业4.0的关键点。而同样借助软件,在SEWC中进行的所有研发都靠“电脑”完成,只有在最终生产时才“落地”变现。
但所谓数字化工厂,并不仅仅停留在通过全集成自动化来减少产线上的蓝领员工。数字工厂内借助大量不同的软件,以此实现对于部分“白领”群体的“替代”,即企业生产管理层面的效率提升。
SEWC工厂内正在使用的软件至少有数十到近百类,这些软件的单个或多个使用在国内其实很普遍,比如ERP、SAP等。但数字化工厂与传统工厂最大的不同是,所有软件之间的数据都实现了打通,系统之间实现了互联互通。
而要实现不同软件、系统之间的互联互通既是最大的难点,也是数字工厂迈向工业4.0的重要一点。正如在乌尔里希·森德勒主编的《工业4.0即将来袭的第四次工业革命》中提到的,“软件是工业的未来”,并强调“通过软件的交互性并不仅仅是在生产层面,还在于业务层面”,也就是说,“通过工业软件,实现了虚拟和现实的交互。”
在SEWC内部,要让数据成为机器之间沟通的“语言”,其中重要的一点是,采用拥有彷如“中枢神经”一样的“数据管家”,即Teamcenter。通过这个“管家”,工厂内不同的软件、系统和部门都可以实时摘取数据,或实时导入数据。
在SEWC三楼的工厂走廊上,一个工业显示屏上实时地显示着工厂内部不同环节的数据。“工厂原材料配送实时情况”一栏上,你会看到屏幕里显示有一块物料刚出仓。再过一会儿,它马上就被送到车间来了。
各类软件的互联后,数据实现了交互,也让整个工厂的运转变得更有效率。
比如有一款产品的元器件发生了变化,首先Teamcenter会释放这一数据给财务系统中的SAP软件,以此更改原材料。随之如果可能发生价格变化的话,采购系统也会自动更新。基于元器件的变化,到了制造环节,涉及到原材料的使用就存在两个版本。借助MES软件,产线就能自动了解到什么时候应该用哪一种元器件,生产哪一个版本。而MES软件的数据统一是来自于Teamcenter。
简而言之,在SEWC工厂内,一旦产品数据发生变化,只要研发人员和制造人员在Teamcenter中进行数据更改,之后的制作流程就会自动传到MES,MES会根据新的制造解决方案分配产线和时间,到时候一样可以计算出,工人到几点几分会生产什么产品,因为MES能精确的计算出每件产品的耗时。
当这些工作都不再通过具体的人去沟通后,工厂的生产管理效率自然大大得到提高。
而同样是借助软件,工厂的研发也实现了“数字化”。一般的工厂在进行研发时,从定义产品时涉及的市场分析,开发产品时大量的分工讨论,乃至到最后生产产品时生产线的设计和调试,往往周期长,投入大。但在SEWC内,工厂却是通过借助软件和3D打印,大大缩短了产品的研发周期。
以前改模一般都需要5到6次以上,但现在缩短到只需要1到2次。
而到了生产线设计和调试时,同样通过仿真软件,只要把各种数据输入软件,以此模拟产线,只要看着系统的运转,就能马上看出要如何做调试。
也就是说,工厂的研发几乎都在“电脑”中进行。而唯有最终确定生产线设计方案后,才真正“落地”变现。