揭秘全球最接近工業(yè)4.0的工廠，讓你震驚

上月底，在德國下薩克森州舉行的2018年漢諾威工博會(huì)落下帷幕。五年前，德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略正是在這個(gè)全球第一大工業(yè)展上發(fā)布。每年到了這個(gè)時(shí)候，總會(huì)有一波接一波的人們，走進(jìn)距離漢諾威百余公里外的西門子安貝格工廠，一個(gè)被稱為全球最接近工業(yè)4.0的工廠。

從1989年建立至今，30年過去，西門子安貝格工廠在占地面積、員工人數(shù)不曾有過增加的情況下，產(chǎn)能足足提高了13倍。這一傲人數(shù)字的背后，得益于西門子安貝格工廠內(nèi)持續(xù)不斷的數(shù)字化改造。

“埃森哲公司的首席執(zhí)行官南佩德先生曾說過，自2000年以來，有一半的五百強(qiáng)企業(yè)已經(jīng)從市場上消失，因?yàn)樗麄儧]有及時(shí)數(shù)字化。”西門子股份公司數(shù)字化工廠集團(tuán)CEO Jan Mrosik說。

那么，在這家配置了1000臺(tái)掃描儀、日產(chǎn)5000萬條數(shù)據(jù)的工廠內(nèi)，到底藏著工業(yè)4.0怎樣的秘密？

在德國紐倫堡以東的維爾斯河畔，坐落著一家由三棟紅磚外墻廠房組成的“特殊”工廠——西門子安貝格工廠。

這家已擁有30年歷史的工廠，即使是“復(fù)制版”都引發(fā)全球眾多工業(yè)人士的向往——5年前，在距離安貝格7000多公里的中國成都，迎來了安貝格的姐妹工廠，西門子在華首家數(shù)字化工廠——西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（SEWC），該廠在面世短短一年的時(shí)間內(nèi)，創(chuàng)下日均迎客超百人的紀(jì)錄。

“相比成都SEWC工廠從一張白紙起建，西門子安貝格工廠實(shí)際上是一步步進(jìn)行數(shù)字化改造而來。”西門子（中國）有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)數(shù)字化企業(yè)業(yè)務(wù)總監(jiān)顧欣說。

作為早在起步之初僅憑簡單機(jī)械式生產(chǎn)線的德國工廠，如今西門子安貝格工廠在工業(yè)界被譽(yù)為——全球最接近工業(yè)4.0的工廠。

走進(jìn)西門子安貝格工廠內(nèi)，每年超過1500萬件的可編程邏輯控制器及相關(guān)產(chǎn)品從這座廠房的二樓誕生。車間抬頭所見，齊胸高的藍(lán)白相間設(shè)備，一臺(tái)接一臺(tái)的被快速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械手所連接。在生產(chǎn)工序的前端，幾名操作工對(duì)照著眼前的屏幕，迅速組裝產(chǎn)品。

而讓西門子安貝格工廠真正自豪的，是自動(dòng)化以外的數(shù)字化改造。

從1989年設(shè)廠至今，安貝格工廠保持占地1萬平方米以及1200多名員工不變的情況下，產(chǎn)能足足翻了13倍。

一方面，這是一個(gè)高度自動(dòng)化的工廠。目前該工廠保持了75%的自動(dòng)化水平，而這已經(jīng)是2000年時(shí)，安貝格就能達(dá)到的數(shù)據(jù)。“在生產(chǎn)中，我們已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)75%的自動(dòng)化。”西門子安貝格工廠高級(jí)工程師鄧波說。這表現(xiàn)在，對(duì)于西門子安貝格工廠的所有操作工，在上崗前僅需接受30分鐘的安全操作培訓(xùn)。而30分鐘后，他們就要操作被喻為如同電腦CPU一樣復(fù)雜的可編程邏輯控制器。

另一方面，這里還保持著每一秒就生產(chǎn)一臺(tái)控制設(shè)備的高速度，且產(chǎn)品的合格率高達(dá)99.9989%。西門子安貝格工廠負(fù)責(zé)人Karl-Heinz Büttner直言，“據(jù)我所知，世界上還沒有哪家同類工廠具備如此之低的缺陷率。”

這些背后，正是數(shù)字化的力量。

在西門子安貝格工廠二樓生產(chǎn)車間的下方，有著一條超過5公里長的物料配送傳輸帶。

“你可以理解為就像是機(jī)場的行李分揀。”鄧波比喻道。在西門子安貝格工廠的生產(chǎn)過程中，一旦產(chǎn)線上的設(shè)備還有15分鐘就需要配料時(shí)，相關(guān)的信息會(huì)迅速傳達(dá)到中央倉庫。接到指令的中央材料庫，利用自動(dòng)化堆垛機(jī)摘取需要的物料并投放到所需物料承載盤，之后通過機(jī)器人分揀，利用下層的物料中心傳送上樓。

而這樣的設(shè)計(jì)，在30年前西門子安貝格成立之初已經(jīng)采取。工廠對(duì)于所有的物料均設(shè)置了RFID（無線射頻識(shí)別技術(shù)），通過掃描RFID完成數(shù)字化工作，促使了物料配送與生產(chǎn)需求的實(shí)時(shí)匹配。

不僅僅是物料配送端，30年過去，西門子安貝格工廠內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品到制造全價(jià)值鏈的數(shù)字化。

一般產(chǎn)品的完整生命周期包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)再到交付市場的應(yīng)用環(huán)節(jié)。“在數(shù)字化時(shí)代，所有的價(jià)值鏈核心，都被數(shù)字化曲線串聯(lián)起來。”顧欣表示，西門子通過數(shù)字化打通了所有的環(huán)節(jié)，把原來邊界壁壘明顯的價(jià)值環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了集成。

這種集成使生產(chǎn)制造企業(yè)的效率大幅提升。以研發(fā)環(huán)節(jié)為例，在傳統(tǒng)制造企業(yè)，一個(gè)產(chǎn)品從產(chǎn)生想法到第一個(gè)試驗(yàn)品出現(xiàn)，中間需要可能是幾年到十幾年。但在數(shù)字化工廠中，利用仿真軟件，能夠在虛擬的環(huán)節(jié)中進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)做法，研發(fā)周期縮短了至少一半。

這展現(xiàn)的正是強(qiáng)調(diào)虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的“數(shù)字化雙胞胎”。也就是通過數(shù)字化，打造出與現(xiàn)實(shí)鏡像對(duì)應(yīng)的“虛擬工廠”。

這種現(xiàn)實(shí)與虛擬的結(jié)合不僅僅體現(xiàn)在研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等環(huán)節(jié)。在西門子安貝格工廠內(nèi)，還利用數(shù)字化的協(xié)作平臺(tái)，集結(jié)所有數(shù)據(jù)，讓所有價(jià)值環(huán)節(jié)里的數(shù)據(jù)都在這個(gè)協(xié)作平臺(tái)中進(jìn)行分類、管理。

同時(shí)，利用諸如Mindsphere等平臺(tái)，還能使遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)的方式集合起來，并回饋到所有的價(jià)值環(huán)節(jié)中。

大量不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)式的價(jià)值反饋。這意味著，這些數(shù)據(jù)都將成為優(yōu)化整個(gè)產(chǎn)品生命周期的重要依托。系統(tǒng)將利用這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)性能的數(shù)字化“雙胞胎”。

數(shù)字化改造帶來的另一個(gè)重要好處，正是改變了過去規(guī)模化生產(chǎn)的工廠模式，讓生產(chǎn)變得更加柔性。

“因?yàn)楣S生產(chǎn)產(chǎn)品的復(fù)雜性，每年，我們要做大約5000次工作計(jì)劃的變更。”顧欣表示，安貝格工廠每天需要同時(shí)生產(chǎn)制造120多款產(chǎn)品，因此整個(gè)生產(chǎn)工藝非常復(fù)雜。

西門子安貝格工廠內(nèi)的一條生產(chǎn)線，一天可進(jìn)行350次切換，以生產(chǎn)1000多種不同的產(chǎn)品。而24小時(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線，如今產(chǎn)品合格率一直保持高達(dá)99.9989%。這樣的柔性化生產(chǎn)，依托的同樣是數(shù)字化。

鄧波舉例說，當(dāng)西門子安貝格工廠要開始生產(chǎn)全新的產(chǎn)品，那么在電腦的虛擬產(chǎn)線中，就會(huì)對(duì)新產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬，并反推應(yīng)該讓哪一條生產(chǎn)線接納這個(gè)“新成員”。

依托虛擬生產(chǎn)制造，一條生產(chǎn)線上同時(shí)生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，這樣混線生產(chǎn)的場景在西門子安貝格工廠內(nèi)顯得非常普遍。

大量的數(shù)據(jù)成為了工廠內(nèi)，設(shè)備與設(shè)備之間的溝通“語言”。而西門子安貝格工廠每日也因此產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。

據(jù)了解，早在1995年時(shí)，西門子安貝格工廠每天過程數(shù)據(jù)量就達(dá)到了5000條，到了2000年時(shí)增加到5萬條。現(xiàn)階段，工廠每日產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到了5000萬條。相對(duì)應(yīng)的，在西門子安貝格工廠內(nèi)配置了1000個(gè)掃描儀，實(shí)現(xiàn)在線檢查。

“安貝格工廠確實(shí)是工業(yè)4.0的一個(gè)杰出典范。”Jan Mrosik表示，但他強(qiáng)調(diào)，數(shù)字化是一個(gè)永無止境的歷程，隨著技術(shù)的進(jìn)步，安貝格工廠還將持續(xù)地進(jìn)行更新和優(yōu)化。

13倍

從1989年建立至今，30年過去，西門子安貝格工廠在占地面積、員工人數(shù)不曾有過增加的情況下，產(chǎn)能足足提高了13倍。

99.9989%

就算是西門子安貝格工廠內(nèi)的一條生產(chǎn)線，一天可進(jìn)行350次切換，以生產(chǎn)1000多種不同的產(chǎn)品。而24小時(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線，如今產(chǎn)品合格率一直保持高達(dá)99.9989%。

5000萬條

早在1995年時(shí)，西門子安貝格工廠每天過程數(shù)據(jù)量就達(dá)到了5000條，到了2000年時(shí)增加到5萬條。現(xiàn)階段，工廠每日產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到了5000萬條。