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當(dāng)前位置:首頁 > 文章資訊 > 機(jī)電專業(yè) > 10分鐘看懂西門子數(shù)字化工廠!
10分鐘看懂西門子數(shù)字化工廠!
揭開西門子數(shù)字化工廠的奧秘!
說到數(shù)字化工廠,我們就不得不提到另外幾個(gè)老生常談的概念,德國的工業(yè)4.0,美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),中國的智能制造。
各種專家關(guān)于這幾個(gè)概念的各種解釋能裝一火車皮,咱們要是詳細(xì)辨析這幾個(gè)概念,今晚就不用吃飯了,所以我們還是簡單點(diǎn),幾句話把它說個(gè)大概。
● 市場1.0 ——自然經(jīng)濟(jì):農(nóng)業(yè)社會是自給自足的經(jīng)濟(jì),我生產(chǎn)我消費(fèi),偶爾拿兩個(gè)玉米棒子出去交換一下;
● 市場2.0 ——區(qū)域經(jīng)濟(jì):大航海和蒸汽革命之后,人類建立起區(qū)域經(jīng)濟(jì),區(qū)域內(nèi)大規(guī)模貿(mào)易,區(qū)域外小規(guī)模貿(mào)易,歐洲、亞洲、美洲等七大洲的概念都是在這個(gè)階段逐漸確立起來的:
● 市場3.0 ——全球經(jīng)濟(jì):電力和信息革命大大降低了人們跨地協(xié)作的成本,全球經(jīng)濟(jì)建立起來,整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)分散到全球的每一個(gè)角落,地球村的概念出現(xiàn);
● 市場4.0 ——碎片經(jīng)濟(jì):互聯(lián)網(wǎng)帶來的社群化,使不同社群間的價(jià)值觀差異越來越明顯,人們越來越難以相互理解,幾百年被整合起來的市場再次被打碎,形成眾多個(gè)性化需求。
為了適應(yīng)這個(gè)碎片化的新經(jīng)濟(jì)趨勢,傳統(tǒng)規(guī)模驅(qū)動的大工業(yè)生產(chǎn),必須要變成數(shù)據(jù)驅(qū)動的小工業(yè)生產(chǎn),這就是所謂第四次工業(yè)革命的源頭。
對于如何讓數(shù)據(jù)在工業(yè)中發(fā)揮作用的方法,世界各國吵吵嚷嚷,意見不一。
● 德國是最好的制造基地,它的“工業(yè)4.0”,更關(guān)注生產(chǎn)車間里的數(shù)字化,也就是生產(chǎn)過程的Smart。
● 美國是最大的消費(fèi)基地,它的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,更關(guān)注最終產(chǎn)品的智能化,也就是產(chǎn)品本身的Intelligence。
● 而中國制造2025,有咱最大最牛政府的特點(diǎn),更偏重政府產(chǎn)業(yè)政策的指導(dǎo)方向,也就是產(chǎn)業(yè)升級的Guideline。
把大象關(guān)冰箱需要三步,把工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)還要多一步,分四步走:
一是精益工廠,先要調(diào)理生產(chǎn)方法,提高整個(gè)工廠里人的管理水平和生產(chǎn)效率,這是工業(yè)工程師干的事。
二是透明工廠,用各種IT系統(tǒng)把調(diào)理好的生產(chǎn)管理方法固化在軟件里,這是IT工程師干的事。
三是自動化工廠,在經(jīng)濟(jì)條件約束下,用各種機(jī)器設(shè)備自動化取代人力,這是自動化工程師干的事。
四就是數(shù)字化工廠,基于同一個(gè)底層的數(shù)據(jù)庫,把所有的人、IT系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)連通在一起,為現(xiàn)實(shí)工廠在虛擬世界里建立一個(gè)“數(shù)字化雙胞胎”,這就是西門子、施耐德這些跨國巨頭在干的事。
下面的問題就是,數(shù)字化工廠怎么上呢?
這就跟我問你“互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型怎么轉(zhuǎn)”一樣,你討論20年也不會有結(jié)果,因?yàn)槿绷艘粋€(gè)行業(yè)的維度。
這世上沒有什么病都能治的仙丹,數(shù)字化工廠最重要的是辨證施治,行業(yè)不同,方案自然也就不同。
工業(yè)分為39個(gè)大類,191個(gè)中類,525個(gè)小類,中國所有類目都有,是產(chǎn)業(yè)鏈最全的國家,沒有之一。
所以要是挨個(gè)行業(yè)說,筆者可以錄一部《曉松奇談》,一年也說不完,所以咱們只按照大塊來歸類。
工業(yè)其實(shí)就分為兩個(gè)大塊,一個(gè)是離散行業(yè),另一個(gè)是流程行業(yè)。
汽車、飛機(jī)、機(jī)床,這種先做出一個(gè)個(gè)零部件,然后組裝到一起的生產(chǎn)過程,就是離散行業(yè)。
石油、化工、鋼鐵,這類把原材料混合、分離、粉碎、加熱,批量或連續(xù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)的,就是流程行業(yè)。
再簡單點(diǎn)說,離散行業(yè)大多是物理組裝,流程行業(yè)大多是化學(xué)加工。
所以我們也就分這兩個(gè)大行業(yè),來說說數(shù)字化工廠。
筆者參觀的成都數(shù)字化工廠,是生產(chǎn)PLC(可編程邏輯控制器)的,不懂是啥也沒關(guān)系,你就理解為一種電子產(chǎn)品,屬于一個(gè)典型的離散行業(yè)。
西門子成都數(shù)字化工廠
這里有一段精彩的介紹視頻
小編為您準(zhǔn)備好了
↓
好,下面考考你,三個(gè)人分開畫一個(gè)雞蛋,各畫三分之一,如何保證三張圖能完美的拼在一起呢?
有點(diǎn)難吧,那如果是三萬個(gè)人呢?三百萬個(gè)人呢?
離散行業(yè)最大的特點(diǎn)就是,它真的很離散……
一個(gè)像飛機(jī)、汽車這樣復(fù)雜的產(chǎn)品,需要有幾十萬、甚至上百萬個(gè)零部件,不但整機(jī)要經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、制造工程、生產(chǎn)執(zhí)行和售后服務(wù)這幾個(gè)階段,每一個(gè)零部件也要經(jīng)歷這個(gè)過程。
任何一個(gè)階段出了問題,最后的產(chǎn)品可能都組裝不起來,所以這個(gè)研發(fā)周期很長,而且一旦生產(chǎn)線運(yùn)行起來了,想換型號是很難的。
我們說做一家工業(yè)企業(yè)遠(yuǎn)比做一家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)難得多,就是因?yàn)楣I(yè)的協(xié)作體系太大,產(chǎn)業(yè)鏈太長,即使企業(yè)內(nèi)部有一些管理系統(tǒng),也就像是這一地雞蛋碎片,想把這個(gè)圖拼好實(shí)在是不容易。
數(shù)字化工廠的解決方案其實(shí)很簡單,你們仨,甚至你們?nèi)偃f人,都在同一張圖上,一起畫。
說的神乎其神,其實(shí)數(shù)字化工廠就是提供了一張底板紙,一個(gè)底層數(shù)據(jù)庫,然后把原來的一個(gè)個(gè)系統(tǒng),研發(fā)、生產(chǎn)、制造、服務(wù)什么的都插進(jìn)去,構(gòu)成一幅拼圖,也就是所謂的“數(shù)字化雙胞胎工廠”。
具體怎么做呢?
我們可以想象一個(gè)企業(yè),從研發(fā)開始,到生產(chǎn)規(guī)劃、制造工程、生產(chǎn)執(zhí)行,這是一整個(gè)生命周期過程。
在這個(gè)過程我們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始,研發(fā)部門把設(shè)計(jì)產(chǎn)品的元器件清單、組裝圖、測試條件這些信息放進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫里,第一步就完成了,一個(gè)1.0版的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型就做好了。
接下來到了第二步,生產(chǎn)規(guī)劃部門,如果我們還用剛才那個(gè)數(shù)據(jù)模型,內(nèi)容就不夠了,因?yàn)槟抢镏挥性O(shè)計(jì)參數(shù),而沒有生產(chǎn)參數(shù)。所以我要繼續(xù)輸入如何把產(chǎn)品生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù),比如工藝流程、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)這些東西,這個(gè)數(shù)據(jù)庫就自然擴(kuò)大了,變成了數(shù)據(jù)模型2.0。
到了第三個(gè)部門,制造工程部門,要對生產(chǎn)機(jī)床進(jìn)行編程,各種自動化組態(tài)、程序調(diào)試,把制造環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)一步的擴(kuò)大,形成數(shù)據(jù)模型3.0。這個(gè)過程中我可能還需要從ERP來調(diào)用生產(chǎn)訂單的信息,從PLM得到產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息,然后還要從物流系統(tǒng)得到物料信息,把這些綜合在一起和生產(chǎn)線進(jìn)行互動形成生產(chǎn),這個(gè)環(huán)節(jié)就是運(yùn)營管理。
就這樣,一步一步,從1.0到N.0,這個(gè)數(shù)據(jù)模型會越來越大,它從頭到尾都是在一個(gè)數(shù)據(jù)庫中不斷擴(kuò)展起來。以前是各畫各的紙,然后根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)拼起來,現(xiàn)在是大家都在同一張紙上畫,一筆一筆添上去,由“接下來……接下來……”變成“一邊……一邊”,這個(gè)數(shù)據(jù)模型就是虛擬工廠,當(dāng)虛擬工廠和真實(shí)工廠實(shí)現(xiàn)了互動和同步,一個(gè)數(shù)字化工廠就形成了。
具體到一個(gè)數(shù)字化工廠的形態(tài),其實(shí)沒有什么黑科技,就是生產(chǎn)控制的自動化系統(tǒng)、制造執(zhí)行的MES系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理的ERP系統(tǒng)、產(chǎn)品生命周期管理的PLM系統(tǒng),基于同一個(gè)底層的數(shù)據(jù)模型,根據(jù)需要缺哪個(gè)補(bǔ)哪個(gè),僅此而已。
▲(離散工業(yè)數(shù)字化工廠)
那它的好處在哪里呢?
舉個(gè)例子來說,我們要造一部錘子手機(jī)(抱歉我是羅粉,我要義務(wù)做個(gè)廣告挺那個(gè)胖子一下),這就是一個(gè)典型的離散制造。
在傳統(tǒng)的手機(jī)制造業(yè)里,我們怎么做手機(jī)外殼呢?
第一步對外殼進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)完之后我們要做一個(gè)模具,模具設(shè)計(jì)完了以后要做出一個(gè)真實(shí)的模具來,然后再對模具注塑,注塑完了以后才能生產(chǎn)出塑料外殼。
那么數(shù)字化工廠要怎么做?
外殼設(shè)計(jì)完了以后直接生成CNC數(shù)控機(jī)床程序,CNC程序直接灌注到加工機(jī)床,加工機(jī)床直接會做出來外殼,節(jié)省了步驟,提高了靈活性,縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間,保證了產(chǎn)品質(zhì)量,這就是數(shù)字化生產(chǎn)方式的好處。
對于數(shù)字化工廠這個(gè)領(lǐng)域,離散行業(yè)要更成熟一些,流程行業(yè)基本還在探索當(dāng)中。
離散工業(yè)主要以組裝和物理加工為主,它的生產(chǎn)過程需要控制的更多是時(shí)間、位置這些參數(shù)。而流程工業(yè)通常是一個(gè)連續(xù)的化學(xué)變化,需要控制的主要是溫度、壓力、流量、液位這些,它的數(shù)字化底層邏輯和離散行業(yè)其實(shí)大同小異,只是說籌建對象不一樣,用的工具當(dāng)然也有一點(diǎn)區(qū)別。
西門子在流程工業(yè)的數(shù)字化方案主要是兩點(diǎn),一體化工程和一體化運(yùn)維。
流程行業(yè)是連續(xù)制造,每個(gè)環(huán)節(jié)之間都相互影響,嚙合在一起,所以一旦建廠完成之后,通常不會改變生產(chǎn)的主產(chǎn)品,最多就是換換配方。所以在流程工業(yè)里,數(shù)字化工廠的實(shí)施對象主要還是新建工廠,老廠的改造相對要困難一些,經(jīng)濟(jì)效益也不明顯。
流程工業(yè)的建廠過程中,往往需要更多的一些配合,尤其是企業(yè)和企業(yè)之間的配合,比如新建一個(gè)煤化工廠,有一個(gè)業(yè)主,一個(gè)設(shè)計(jì)院,一個(gè)EPC(總包商),這三個(gè)公司需要在一起協(xié)同工作,以前通常是各自用各自的系統(tǒng),相互之間通過簽技術(shù)協(xié)議來保證數(shù)據(jù)的一致。
但是一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)的改動,就要反復(fù)的重新簽技術(shù)協(xié)議,筆者在負(fù)責(zé)鋼鐵行業(yè)時(shí),最頭疼的就是業(yè)主修改了某一個(gè)設(shè)備參數(shù),這樣我們其他人就是談判好幾輪,簽一厚達(dá)技術(shù)協(xié)議,這個(gè)工作量是巨大的。
西門子所謂的“一體化工程”,就是提供一個(gè)軟件的平臺,叫做“COMOS”,讓這三方都可以在同一個(gè)平臺上來設(shè)計(jì)、調(diào)試、和隨時(shí)調(diào)整,這樣就大大減少了各種文檔管理帶來的錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)。
跟離散工業(yè)更注重工廠內(nèi)部的縱向集成和圍繞一個(gè)產(chǎn)品生命周期端到端的集成相比,流程工業(yè)的一體化工程更關(guān)注企業(yè)間的橫向集成。它就不僅僅是一個(gè)工廠車間的數(shù)字化雙胞胎了,而是一個(gè)協(xié)作體系的數(shù)字化雙胞胎。
接下來就是一體化運(yùn)維。
剛剛那個(gè)COMOS軟件,還可以把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到未來運(yùn)行的大腦DCS中間去,來減少DCS中的編程工作量。在DCS安裝完成之后,這個(gè)數(shù)據(jù)又可以直接交給運(yùn)營管理方,在運(yùn)營過程中間如果出現(xiàn)任何問題,你就可以很快地返回到設(shè)計(jì)部門,找到問題的原因,提高運(yùn)行維護(hù)的效率。
此外,你還可以根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),直接通過仿真軟件做出一個(gè)虛擬工廠,在虛擬環(huán)境里進(jìn)行設(shè)備調(diào)試和試車,甚至可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔走進(jìn)工廠進(jìn)行巡檢維護(hù)。
當(dāng)虛擬調(diào)試很順利時(shí),我們就可以把整個(gè)設(shè)計(jì)方案交給業(yè)主了,現(xiàn)在我們交給業(yè)主的不再是一大摞圖紙,而是數(shù)據(jù)化的交付,用戶在上面可以直接構(gòu)建運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)。
工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營維護(hù)原來是完全不相干的兩個(gè)系統(tǒng),現(xiàn)在通過數(shù)據(jù)化交互一個(gè)橋梁把它聯(lián)系在一起,這就是一體化運(yùn)維。
從上面的過程你就能看出來,流程工業(yè)數(shù)字化工廠的關(guān)鍵,是設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)就要采用數(shù)字化軟件,這樣后面的虛擬工廠仿真、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)才能實(shí)現(xiàn)。它不同于離散行業(yè)可以像拼圖那樣修修補(bǔ)補(bǔ),必須在工程的初始就采用數(shù)字化的底層,否則后面的邏輯都無法實(shí)現(xiàn)。
也正因?yàn)檫@個(gè),其實(shí)流程工業(yè)的數(shù)字化工廠發(fā)展是比較慢的,原因很簡單,中國的設(shè)計(jì)院普遍認(rèn)為設(shè)計(jì)方案是自己的核心Know-How,怎么能隨便交給客戶呢?這就是一個(gè)文化的問題了,非一兩日能夠解決。
數(shù)字化工廠,其實(shí)不是什么黑科技,無論專家們怎么忽悠,其實(shí)它所有的技術(shù)都是現(xiàn)成的。即使像西門子這樣的巨頭,也只是把這些現(xiàn)有技術(shù)重新組合到一起而已。
我這次去成都時(shí)也注意到,西門子的成都工廠,是復(fù)制德國的西門子安貝格工廠而來的,它是一個(gè)全新的工廠,沒有歷史包袱,而且全套生產(chǎn)方法都來自于德國一百多年的積淀,每一處細(xì)節(jié)都透著工業(yè)之美,讓人嘆為觀止。
但是對于國內(nèi)大多數(shù)歷史包袱很重、生產(chǎn)方法落后、制造文化保守的制造企業(yè)來說,數(shù)字化工廠不是萬能藥,上這個(gè)項(xiàng)目一定要慎重。任何一種科技,如果不加上財(cái)務(wù)這個(gè)維度,就不能算是商業(yè),需要綜合考慮成本、投資回收期、投資回報(bào)率這些問題。
另外,數(shù)字化工廠的軟件再牛,它也只是個(gè)工具,輔助的是你原來線下的工作流,如果你的精益工廠和透明工廠還沒有完成,就算把最好的軟件全用上,也就是個(gè)擺設(shè)而已。
數(shù)字化其實(shí)沒有能不能做的問題,只有到?jīng)]到時(shí)間做,值不值得做的問題。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于西門子的知識技巧了,學(xué)習(xí)以上的10分鐘看懂西門子數(shù)字化工廠!知識,對于西門子的幫助都是非常大的,這也是新手學(xué)習(xí)機(jī)電專業(yè)所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù),我們會有專業(yè)的人士來為您解答。
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