揭开西门子数字化工厂的奥秘!

2020/6/2 11:02:22 69 0
数字化工厂的概念


说到数字化工厂,我们就不得不提到另外几个老生常谈的概念,德国的工业4.0,美国的工业互联网,中国的智能制造。


各种专家关于这几个概念的各种解释能装一火车皮,咱们要是详细辨析这几个概念,今晚就不用吃饭了,所以我们还是简单点,几句话把它说个大概。


 ● 市场1.0 ——自然经济:农业社会是自给自足的经济,我生产我消费,偶尔拿两个玉米棒子出去交换一下;


 ● 市场2.0 ——区域经济:大航海和蒸汽革命之后,人类建立起区域经济,区域内大规模贸易,区域外小规模贸易,欧洲、亚洲、美洲等七大洲的概念都是在这个阶段逐渐确立起来的:


 ● 市场3.0 ——全球经济:电力和信息革命大大降低了人们跨地协作的成本,全球经济建立起来,整个工业生产分散到全球的每一个角落,地球村的概念出现;


 ● 市场4.0 ——碎片经济:互联网带来的社群化,使不同社群间的价值观差异越来越明显,人们越来越难以相互理解,几百年被整合起来的市场再次被打碎,形成众多个性化需求。


为了适应这个碎片化的新经济趋势,传统规模驱动的大工业生产,必须要变成数据驱动的小工业生产,这就是所谓第四次工业革命的源头。



对于如何让数据在工业中发挥作用的方法,世界各国吵吵嚷嚷,意见不一。


● 德国是最好的制造基地,它的“工业4.0”,更关注生产车间里的数字化,也就是生产过程的Smart。


● 美国是最大的消费基地,它的“工业互联网”,更关注最终产品的智能化,也就是产品本身的Intelligence。


● 而中国制造2025,有咱最大最牛政府的特点,更偏重政府产业政策的指导方向,也就是产业升级的Guideline。


把大象关冰箱需要三步,把工业4.0实现还要多一步,分四步走:


一是精益工厂,先要调理生产方法,提高整个工厂里人的管理水平和生产效率,这是工业工程师干的事。


二是透明工厂,用各种IT系统把调理好的生产管理方法固化在软件里,这是IT工程师干的事。


三是自动化工厂,在经济条件约束下,用各种机器设备自动化取代人力,这是自动化工程师干的事。


四就是数字化工厂,基于同一个底层的数据库,把所有的人、IT系统、自动化系统连通在一起,为现实工厂在虚拟世界里建立一个“数字化双胞胎”,这就是西门子、施耐德这些跨国巨头在干的事。



下面的问题就是,数字化工厂怎么上呢?


这就跟我问你“互联网转型怎么转”一样,你讨论20年也不会有结果,因为缺了一个行业的维度。


这世上没有什么病都能治的仙丹,数字化工厂最重要的是辨证施治,行业不同,方案自然也就不同。


工业分为39个大类,191个中类,525个小类,中国所有类目都有,是产业链最全的国家,没有之一。


所以要是挨个行业说,笔者可以录一部《晓松奇谈》,一年也说不完,所以咱们只按照大块来归类。


工业其实就分为两个大块,一个是离散行业,另一个是流程行业。


汽车、飞机、机床,这种先做出一个个零部件,然后组装到一起的生产过程,就是离散行业。


石油、化工、钢铁,这类把原材料混合、分离、粉碎、加热,批量或连续的方式进行生产的,就是流程行业。


再简单点说,离散行业大多是物理组装,流程行业大多是化学加工。


所以我们也就分这两个大行业,来说说数字化工厂。


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离散工业


笔者参观的成都数字化工厂,是生产PLC(可编程逻辑控制器)的,不懂是啥也没关系,你就理解为一种电子产品,属于一个典型的离散行业。


西门子成都数字化工厂




好,下面考考你,三个人分开画一个鸡蛋,各画三分之一,如何保证三张图能完美的拼在一起呢?


有点难吧,那如果是三万个人呢?三百万个人呢?


离散行业最大的特点就是,它真的很离散……


一个像飞机、汽车这样复杂的产品,需要有几十万、甚至上百万个零部件,不但整机要经过产品设计、生产规划、制造工程、生产执行和售后服务这几个阶段,每一个零部件也要经历这个过程。


任何一个阶段出了问题,最后的产品可能都组装不起来,所以这个研发周期很长,而且一旦生产线运行起来了,想换型号是很难的。


我们说做一家工业企业远比做一家互联网企业难得多,就是因为工业的协作体系太大,产业链太长,即使企业内部有一些管理系统,也就像是这一地鸡蛋碎片,想把这个图拼好实在是不容易。


数字化工厂的解决方案其实很简单,你们仨,甚至你们三百万人,都在同一张图上,一起画。


说的神乎其神,其实数字化工厂就是提供了一张底板纸,一个底层数据库,然后把原来的一个个系统,研发、生产、制造、服务什么的都插进去,构成一幅拼图,也就是所谓的“数字化双胞胎工厂”。


具体怎么做呢?


我们可以想象一个企业,从研发开始,到生产规划、制造工程、生产执行,这是一整个生命周期过程。


在这个过程我们从产品设计开始,研发部门把设计产品的元器件清单、组装图、测试条件这些信息放进一个数据库里,第一步就完成了,一个1.0版的产品数据模型就做好了。


接下来到了第二步,生产规划部门,如果我们还用刚才那个数据模型,内容就不够了,因为那里只有设计参数,而没有生产参数。所以我要继续输入如何把产品生产出来的数据,比如工艺流程、质量标准这些东西,这个数据库就自然扩大了,变成了数据模型2.0。


到了第三个部门,制造工程部门,要对生产机床进行编程,各种自动化组态、程序调试,把制造环节的数据进一步的扩大,形成数据模型3.0。这个过程中我可能还需要从ERP来调用生产订单的信息,从PLM得到产品设计信息,然后还要从物流系统得到物料信息,把这些综合在一起和生产线进行互动形成生产,这个环节就是运营管理。


就这样,一步一步,从1.0到N.0,这个数据模型会越来越大,它从头到尾都是在一个数据库中不断扩展起来。以前是各画各的纸,然后根据一个标准拼起来,现在是大家都在同一张纸上画,一笔一笔添上去,由“接下来……接下来……”变成“一边……一边”,这个数据模型就是虚拟工厂,当虚拟工厂和真实工厂实现了互动和同步,一个数字化工厂就形成了。



具体到一个数字化工厂的形态,其实没有什么黑科技,就是生产控制的自动化系统、制造执行的MES系统、财务管理的ERP系统、产品生命周期管理的PLM系统,基于同一个底层的数据模型,根据需要缺哪个补哪个,仅此而已。


(离散工业数字化工厂)


那它的好处在哪里呢?


举个例子来说,我们要造一部锤子手机(抱歉我是罗粉,我要义务做个广告挺那个胖子一下),这就是一个典型的离散制造。


在传统的手机制造业里,我们怎么做手机外壳呢?


第一步对外壳进行设计,设计完之后我们要做一个模具,模具设计完了以后要做出一个真实的模具来,然后再对模具注塑,注塑完了以后才能生产出塑料外壳。


那么数字化工厂要怎么做?


外壳设计完了以后直接生成CNC数控机床程序,CNC程序直接灌注到加工机床,加工机床直接会做出来外壳,节省了步骤,提高了灵活性,缩短了产品上市时间,保证了产品质量,这就是数字化生产方式的好处。