不是買幾個機械臂就行了:西門子揭秘真·工業數字化

馬小軍 深響 2019-06-04 18:25:51

5600種原材料,每天使用1000萬個元器件,生產超過38000片產品。

這就是西門子工業自動化產品成都生產研發基地(下稱SEWC)的日常。

這個啟用于2013年9月的工廠,是當時西門子全球第二個數字化工廠,也是西門子在德國以外的海外地區建立的第一個數字化工廠,目前為西門子的兩個物流中心進行全球供貨。

每天都有幾千箱的原材料進入這個工廠,同時也有幾千箱的產品從這里出貨,每年生產可編程邏輯控制器400萬臺,和人機界面50萬臺。

去年,SEWC被世界經濟論壇評為“全球九家最先進的工廠”之一。在過去的幾年中,這家工廠的數字化程度一直在不斷提高,在配料、傳輸、檢測等環節上,已經實現了高度自動化。因而,與去年相比,SEWC的工人占比下降了近1/3,相比同類型的工廠人員最多可節省50%,而研發人員的占比則在過去幾年中持續上升。

這樣的一座數字化工廠,是西門子在全球的示范田,也是西門子在中國工業互聯網、工業數字化領域的前哨站。從SEWC的日常,我們得以窺見西門子在IoT領域的思考,西門子在工業數字化領域實戰經驗,以及西門子對現下如何做好工業數字化給出的答案。

「做好自動化并不僅僅是買幾個機械臂就夠了的」

西門子的成都數字化工廠恐怕與許多人想象中到處“黑科技”、滿場機械臂飛舞的畫面,并不完全一致。

對這座工廠更好的一個描述,應該是一個人與機器,基于最經濟的選擇,進行配合的混合體。

“一個工廠的自動化程度的高低,是由加工對象決定的。”西門子工業自動化產品成都生產研發基地總經理李永利對「深響」介紹道。加工對象對于工藝的要求,才是決定工廠自動化程度高低的關鍵,將兩個生產不同產品的工廠強行放到一起進行自動化程度比較,實際上是沒有意義的。

而同時,對于一個工廠而言,自動化也并非等同于先進。在工業制造的場景下,更重要的是看最終生產結果實現的過程中,如何實現效率以及經濟效益的最大化——如果自動化的研發成本太高,或是現階段無法實現與人工同等的效率,那么短期內強行自動化,意義并不大。

目前,得益于數字化手段對流程效率的不斷提升,SEWC總產量增加了4倍,但白領員工數量零增長;藍領工人生產效率年均提升25%;研發人員持續投入,相比2年前增長1倍多,這就是自動化釋放了人力之后,所能帶來的企業人力結構的變化。

在西門子成都數字化工廠,每一個原料在入廠時都會被賦予一個身份標簽,接下來,自動噴碼機會將代表產品序列號的條碼噴印在產品上 ,物料使用時SIMATIC IT系統會關聯物料、工位以及產品的信息,確保生產可追溯性 。

PLM、MES、ERP等數字化系統和平臺無縫集成,為工廠快速、靈活、高質量、高效的生產提供了保障。

在這個過程中,進貨的過程仍舊需要人工的操作,但在原材料進入SEWC高達18米的立體倉庫之后,物流管理的過程就已經是完全自動化的了。

“原材料倉的自動化水平不是其最大的亮點,”李永利表示。“真正的亮點是物流系統與MES和ERP無縫集成的數字化水平。”

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在SEWC,物流系統能夠實現準時、準點、準量、準料的供應原材料。生產線通過電子看板實現虛擬工廠與現實工廠的交互,在生產物料需要補給時,通過系統向自動化倉庫發出領料需求,倉庫的自動化揀貨機會及時啟動,從立體化貨架中準確撿取物料。它還會及時查詢原料的入庫時間,確保先進先出。在原材料運至生產車間前,整個過程不需要人的參與。

除了物流管理的環節以外,測試環節也是一個高度自動化的典型環節。測試對于SEWC是一個關鍵環節,每一個產品都要上電跑一遍,確保所有功能都沒問題才能出廠。但同時,這也是一個對個人能力要求不高,且極度枯燥乏味、消耗耐心的工作環節,也因此成為了一個非常適合自動化的環節。

目前在SEWC,測試環節已經完全由機械臂自動化完成。

測試環節也體現了西門子在工業數字化上的另一個關鍵思路:通過不斷的迭代,來實現效率的最大化。

測試機械臂最初的版本,會在將產品從箱子中取出,再插上測試機的過程中,產生晃動,這就增長了插拔的時間。在第二代的機械臂上,抓手被優化了,保證產品插拔的過程中不再會出現晃動,實現了生產效率的大幅提高。

除此之外,在機械臂的擺放位置、兩臺機械臂同時操作時配合的時機等方面,西門子團隊都通過數字化雙胞胎等技術做了多次的測算和嘗試,通過不斷的優化得出相對以往效率的更優解。這個不斷優化的過程,也同樣是基于生產過程中數據的積累,和研發團隊對數據的分析及研判才能得以實現。

在SEWC的二層,有一面同步了西門子MES系統的展示墻。基于MES系統,可以實時顯示質量看板,看到在生產過程中,產品所歷經的上百個信息采集點中,所采集到的產品狀態、質量問題,以及不同唯獨的質量統計信息。這樣的數據也同時能通過工廠內的多個操作臺查閱、調取。

“創造不是有人就夠了,需要有工具,而工具使用的越久,基礎數據積累越多,就越有價值。”李永利在SEWC現場對「深響」表示,“從大到強,是需要有過程的。”

基于這樣的思路,SEWC在過去的5年內,工廠產量增加了4倍,并這個過程中,逐漸積累、構建出了自己在工業數字化領域中的方法論。

「西門子IoT布局」

實際上,從全球范圍內來看,西門子在工業數字化領域的野心也很大。

早在14年,西門子就宣布了“公司愿景2020”,給出了專注于電氣化、自動化和數字化領域的發展方向,并以30億歐元,將手上博西家電50%的股份出售給了合作伙伴博世集團,徹底退出家電行業。

而在去年8月,西門子又發布了“公司愿景2020+”,并在此戰略下進行了新的架構調整,設立了三個“運營公司”和三個“戰略公司”。

三大運營公司構成了西門子的主體業務,包括覆蓋油氣及能源業務的油氣及電力集團(GP, Gas and Power),以數字工程及樓宇科技業務為主的智慧基礎設施集團(SI,Smart Infrastructure),以及以工廠業務的數字工業集團(DI,Digital Industries)。其中,西門子在近期宣布,油氣與電力集團將被拆分獨立上市。

三大戰略公司則均由西門子持有大量股權,包括主營風機制造的西門子歌美颯,已經獨立上市的西門子醫療,以及原計劃與阿爾斯通合并的西門子交通業務(受到歐盟反壟斷調查,合并未成功)。

在這三大運營公司和三大戰略公司之外,西門子還收購了低代碼應用開發平臺mendix公司,建立了物聯網服務事業部(IoT Services),以進入物聯網集成服務市場。

但工業數字化概念之廣博,目前實際上是一個由西門子的IoT、數字工業集團在內的多個業務部門,協同作戰的業務。

西門子股份公司首席運營官博樂仁博士,就曾在西門子今年的西門子中國創新峰會上表示,當西門子為客戶推進數字化戰略的時候,會由物聯網服務部門介入,為客戶提供咨詢,基于客戶此前初步獲得的一些經驗,結合當前的能力提升需求,提出符合客戶要求的數字化戰略。在此基礎上針對生產場所開展原型設計,幫助客戶集成OT和IT,并指導在特定的制造場所中如何使用西門子的平臺。

這意味著,這是一個跨咨詢、原型設計、集成的綜合性業務。它始于咨詢,但同時也會跨不同業務線,集成西門子所能提供的設備產品,以及如MindSphere這樣的工業物聯網操作系統,為客戶提供從策略制定到落地執行的全鏈服務。

同時,為了更好地把握各種工具和方法,從而使整個系統運轉起來,發揮作用,西門子目前也在中國與不少云服務商、ERP服務商結成了合作伙伴們,自己負責居中核心的IoT領域,將其他方面交給了合作伙伴。去年7月,西門子就宣布了與阿里云的合作,并于今年開始推出部署于阿里云的MindSphere平臺。

MindSphere是一個西門子2016年推出的、基于云的開放式物聯網操作系統。利用MindSphere,企業可以管理資產、收集現場設備數據、數據可視化,以及數據分析等多項能力。

基于這樣的一個底層操作系統,西門子在軟件上的布局得以再進一步。雖然現在在西門子850億歐元的收入中,軟件僅占到了45億,但軟件業務已經成為了西門子戰略中新的營收增長點。

“未來我們會加強獨立軟件業務以及與新業務模式相關的軟件業務,比如我前面提到的服務和運營的數字化。這將是一項由軟件驅動的新業務,比如我們不再賣列車,而是賣運力、運行時間和交通能力,從而創造出一種新的商業模式,只能通過合適的軟件來實現。”博樂仁博士表示。

 “因此,對西門子而言,軟件的角色第一,在于穩步增長——它是西門子目前增長最快的業務之一;第二,它是一個賦能因素,能夠為更多的硬件業務和新業務賦能,越來越多的運算能力向車間層傾斜。”

軟硬件之間是一個互動的關系,軟件的增長,又將直接推動西門子在硬件設備,以及IoT業務上的加速發展。

在西門子的“公司愿景2020+”相關公告中也曾提到,預計2025年之前,物聯網集成服務市場的年增長率將達到10%到15%,西門子則計劃到2025年在這一領域雇傭約1萬名員工。

「西門子的中國本地化戰略」

對于西門子的IoT業務目標而言,中國市場十分關鍵。

目前,中國是西門子在德國之外的第二大市場,2018財年西門子在中國的總營收達到了81億歐元。

西門子在華擁有超過3.4萬名員工,其中有有5000名研發和工程人員。同時西門子也在跟中國高校開展產學研聯動,兩年前就和清華大學合作建立了機器人聯合研究中心,未來還將在能源互聯網技術和應用方面達成合作。

在北京、上海、蘇州,西門子已經建立了三個中國研究院,同時在青島、無錫、武漢還有三個創新中心。此外,今年中國還將擁有西門子在海外市場的第一個AI Lab。

除了研發力量以外,西門子在國內智能制造方面同樣布局已久。西門子早在11年就在成都高新區啟動了工業自動化產品生產及研發基地,13年SEWC落成投產。2016年12月西門子完成了SEWC第二階段的擴建,目前已經開始了第三階段的工程。

同時,西門子還陸續啟動了同樣在成都的西門子工業軟件全球研發中心,和西門子智能制造成都創新中心的建設項目,項目總規模約10億元人民幣,目前這兩大中心都已啟動運行。

這些投入,都為西門子在中國工業互聯網浪潮中,獲得一席之地,做出了準備。

不過,工業互聯網的紅利之下,這個賽道也將越來越擁擠。除了如聯想等同在制造業有所耕耘的本土企業以外,原先在消費互聯網領域為主的BAT等企業,近年來也喊出了產業互聯網的口號,希望在這個浪潮中分得一杯羹。

去年的第五屆世界互聯網大會“工業互聯網的創新與突破”論壇上,工信部副部長陳肇雄也曾指出,目前我國有一定行業區域影響力的工業互聯網區域平臺超過50家,工業

設備連接數量超過10萬臺套。工業互聯網產業聯盟成員也已增至900余家。

隨著工業互聯網發展愈發成熟,想要在這個市場搶得先機,還需要跑得更快。

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