“數(shù)字化工廠”與“自動化工廠”到底有何區(qū)別
摘要：
通過西門子成都數(shù)字化工廠的觀摩，數(shù)字化工廠與自動化工廠，到底有何區(qū)別？要追趕未來制造，人與機(jī)器之間關(guān)系如何重構(gòu)？為什么他們反復(fù)強(qiáng)調(diào)，提升質(zhì)量而非降低成本，才是工業(yè)進(jìn)化的本質(zhì)？要真正邁向工業(yè)4.0，SEWC將繼續(xù)往哪些方向進(jìn)行摸索？
在追趕“工業(yè)4.0”的路上，西門子以成都數(shù)字化工廠，即西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡稱“SEWC”）作為樣板工程，意在展示數(shù)字化制造如何改寫工業(yè)。但如同西門子所強(qiáng)調(diào)的，數(shù)字化工廠只是邁向工業(yè)4.0的階段性目標(biāo)。從數(shù)字化工廠到工業(yè)4.0，還有漫長的演進(jìn)過程。
在走進(jìn)SEWC之后，結(jié)合成都工廠的一系列探索，該工廠的相關(guān)負(fù)責(zé)人與某報(bào)記者深入分享了關(guān)于數(shù)字化制造、工業(yè)進(jìn)化和工業(yè)4.0的前沿思考。在西門子成都工廠眼中，數(shù)字化工廠與自動化工廠，到底有何區(qū)別？要追趕未來制造，人與機(jī)器之間關(guān)系如何重構(gòu)？為什么他們反復(fù)強(qiáng)調(diào)，提升質(zhì)量而非降低成本，才是工業(yè)進(jìn)化的本質(zhì)？要真正邁向工業(yè)4.0，SEWC將繼續(xù)往哪些方向進(jìn)行摸索？
如果說，對工廠架構(gòu)和組成的實(shí)地走讀，給我們帶來的是實(shí)踐層面的沖擊。那么，對工廠運(yùn)轉(zhuǎn)理念和管理模式的前沿解讀，相信將可以給我們帶來思維層面的更多啟示，乃至啟蒙。
“數(shù)字化工廠”不等于“自動化工廠”
數(shù)字化制造中，盡管自動化制造是重要的基礎(chǔ)，但數(shù)字化制造并不等同于自動化。一般情況下，很多人會以為工廠要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造，必須先實(shí)現(xiàn)自動化，這其實(shí)是一種誤解。
西門子成都數(shù)字化工廠獲評“全球九家最先進(jìn)的工廠”之一
西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地被世界經(jīng)濟(jì)論壇評為“全球九家最先進(jìn)的工廠”之一
實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造過程的高度數(shù)字化
過去5年產(chǎn)品質(zhì)量合格率達(dá)到99.999%
在距離SEWC2000多公里的佛山市，不足半年前正式引進(jìn)了世界工業(yè)機(jī)器人四大制造商之一的德國庫卡公司。后者宣布，將在佛山順德建立其在華的首個(gè)機(jī)器人研發(fā)基地。
伴隨國內(nèi)人口紅利逐步消失，特別是在珠三角近年頻頻受困于“招工難”等問題，一場“機(jī)器換人”的自動化革命正在“廣東制造”如火如荼地進(jìn)行。這場變革不僅帶動本地機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也引來庫卡等國際機(jī)器人企業(yè)陸續(xù)搶灘廣東。
如果說要完全實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化制造”尚需時(shí)日的話，那么在當(dāng)下，珠三角的制造業(yè)如何通過“自動化制造”，破解勞動力成本不斷上漲、勞動力結(jié)構(gòu)性短缺的問題，是最迫切的現(xiàn)實(shí)課題。而數(shù)字化制造的其中一個(gè)重要基礎(chǔ)，正是實(shí)現(xiàn)自動化制造。
在SEWC工廠二樓的自動物流系統(tǒng)部門，無需人員現(xiàn)場監(jiān)控，每天，兩部高速運(yùn)轉(zhuǎn)的取料機(jī)如同“人”一樣，依靠數(shù)字定位迅速地“抽”出對應(yīng)的原材料，并通過自動傳輸軸，馬上傳送到生產(chǎn)車間。從工廠物料需求信息傳導(dǎo)到自動物流倉庫，倉庫最長只需要30分鐘就能將物料送到了車間，中間無需任何人員操作。
在這座實(shí)現(xiàn)了全集成自動化的工廠內(nèi)，相比同類型的工廠人員最多可節(jié)省50%。
那么，伴隨生產(chǎn)車間內(nèi)不斷增加自動化設(shè)備，以及逐步減少勞動力，在數(shù)字化制造的不斷進(jìn)化中，是否就等同于全自動化？
“要明確的是，數(shù)字化制造并不等于全自動化制造?！蔽鏖T子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地副總經(jīng)理李永利強(qiáng)調(diào)，一般情況下，很多人會以為工廠要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造，必須先實(shí)現(xiàn)全自動化，這其實(shí)是一種誤解。
以手機(jī)行業(yè)為例，如果開發(fā)一條全自動化的產(chǎn)線，至少需要半年以上，但按照目前手機(jī)行業(yè)的創(chuàng)新周期，一般情況下，一款手機(jī)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)普遍只在一個(gè)月內(nèi)?！斑@時(shí)候，生產(chǎn)線上大部分的工作只有依靠人來完成，速度才會更快。”
李永利表示，當(dāng)行業(yè)的生產(chǎn)線更新周期太快，投入了很高的自動化成本，但生產(chǎn)效率并沒有得到明顯的提升?！八?，全球所有的手機(jī)制造方案幾乎都不會用自動化生產(chǎn)線來完成，而組裝環(huán)節(jié)也很少采用機(jī)械臂?！崩钣览f道。
人的生產(chǎn)靈活性不可能被自動化取代
人所具有的生產(chǎn)靈活性在很長的時(shí)間內(nèi)，是無法被機(jī)器所取代的?！叭伺c機(jī)器的關(guān)系是互助的關(guān)系?！钡?dāng)企業(yè)的生產(chǎn)制造過程中，出現(xiàn)需要對復(fù)雜信息的尋找和判斷時(shí)，可以用機(jī)器來替代人?！?
李永利的解讀，引出的是對一個(gè)深刻問題的思考：在“未來制造”的生產(chǎn)線上，“人”與“機(jī)器”究竟是怎樣的關(guān)系？兩者關(guān)系如何重構(gòu)？
以手機(jī)生產(chǎn)線為例，他認(rèn)為，人所具有的生產(chǎn)靈活性在很長的時(shí)間內(nèi)，是無法被機(jī)器所取代的?！耙簿褪钦f，人是不可能被替代，人與機(jī)器的關(guān)系是互助的關(guān)系?！崩钣览f，在未來至少10年到20年，全球范圍內(nèi)絕大部分的制造環(huán)節(jié)依然需要人去完成。
既然如此，在數(shù)字化制造中，哪些環(huán)節(jié)才需要機(jī)器去代替人？
一般情況下，當(dāng)需要更新產(chǎn)品或者材料時(shí)，工廠需要通過分析后，才能確定停止生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品。在這個(gè)過程中，整個(gè)工廠內(nèi)部需要溝通設(shè)計(jì)生產(chǎn)部門、研發(fā)部門、采購部門等部門。
但這些環(huán)節(jié)在成都工廠內(nèi)，只需要在Teamcenter中更改數(shù)據(jù)就能完成。數(shù)據(jù)一旦調(diào)整，工廠互聯(lián)互通的系統(tǒng)和軟件就會實(shí)現(xiàn)自動的更新，并調(diào)整出新的生產(chǎn)解決方案。
“可以理解為，當(dāng)我們涉及到對復(fù)雜信息的尋找、判斷的時(shí)候，是可以用機(jī)器來替代人的?！崩钣览f道。在這樣的愿景下，引入自動化機(jī)器的工廠就像配備了電腦的超市，工人就像收銀員，在傳統(tǒng)的小賣部里，工人要記住商品價(jià)格，自行計(jì)算商品總價(jià)。但實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的工廠，就如同同時(shí)配備了電腦和掃描器的超市，收銀員只需要按照計(jì)算結(jié)果收款，而配備的機(jī)器就像一個(gè)“糾錯(cuò)員”，幫助人避免出現(xiàn)計(jì)算和記憶錯(cuò)誤。
工業(yè)進(jìn)化本質(zhì)在提升質(zhì)量，而非降低成本
人力成本被認(rèn)為是導(dǎo)致近年制造業(yè)競爭力下降的原因，但李永利認(rèn)為，制造業(yè)不能僅僅盯著制造環(huán)節(jié)的成本，應(yīng)該更加注重供應(yīng)鏈成本。而數(shù)字化制造從一開始就不僅僅是為了降低成本，最大的目的在于提升質(zhì)量，而高質(zhì)量并不意味高成本。
近年，國內(nèi)制造業(yè)遭遇的發(fā)展瓶頸中，人力成本的上漲，被認(rèn)為是導(dǎo)致制造業(yè)競爭力下降的重要原因之一。
“很多制造業(yè)的企業(yè)主都喜歡談控制成本，但在西門子看來，質(zhì)量才是企業(yè)的第一競爭力?！崩钣览磸?fù)強(qiáng)調(diào)，“質(zhì)量第一”一直是西門子成都工廠戰(zhàn)略目標(biāo)首位，而這也是客戶眼中最重要的價(jià)值。
事實(shí)上，在他看來，很多時(shí)候企業(yè)面臨的并不僅僅是制造環(huán)節(jié)的成本，而應(yīng)該更加注重供應(yīng)鏈的成本。因?yàn)?，即使在勞動密集型企業(yè)中，人力成本畢竟只是占據(jù)一定的比例，而不是成本的全部。
以一個(gè)簡單的例子來看，當(dāng)一款產(chǎn)品出廠時(shí)，它同時(shí)擁有了兩個(gè)價(jià)值，一個(gè)是出廠價(jià)值，一個(gè)是到客戶手中時(shí)的價(jià)值。“中國很多工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，出廠價(jià)值不高，但到客戶手中的價(jià)值就很高，這就是供應(yīng)鏈的問題?！崩钣览f道。
盡管他并不認(rèn)可僅僅盯著成本來談?wù)摗肮I(yè)進(jìn)化”，但李永利強(qiáng)調(diào)，數(shù)字化制造本身所帶來的高質(zhì)量并不代表是高成本。
高質(zhì)量在工業(yè)制造領(lǐng)域的重要性不言而喻。作為耐用品的工業(yè)產(chǎn)品，比如一款海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的產(chǎn)品，一旦出現(xiàn)問題，不僅造成的損失不可估量，而且需要動用到直升機(jī)維修，維修的后期成本也非常高。
為此，在實(shí)現(xiàn)質(zhì)量提升上，數(shù)字化制造首先是借助自動化產(chǎn)線上的機(jī)器充當(dāng)“糾錯(cuò)官”的角色，比如當(dāng)工人少擰了一顆螺絲，機(jī)器會自動發(fā)出警示，阻止產(chǎn)品進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)，通過機(jī)器的協(xié)助，減少人的出錯(cuò)。
但在西門子看來，通過機(jī)器的“檢查”杜絕人在制造過程的差錯(cuò)，這只是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)一步，由制造質(zhì)量、研發(fā)質(zhì)量以及原材料質(zhì)量組成的產(chǎn)品質(zhì)量中，更需要的是借助數(shù)字化制造去保障研發(fā)質(zhì)量和原材料質(zhì)量。
尤其是如何保證原材料質(zhì)量，一直被認(rèn)為是制造業(yè)界最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)課題。
在SEWC的數(shù)字化制造中，一個(gè)很重要的方式是對原材料進(jìn)行可溯源式的管理。也就說，在這座工廠內(nèi)，當(dāng)來自各地的原材料被運(yùn)送到車間后，所有的原材料都擁有了自己的“身份證”。這個(gè)身份證可伴隨原材料進(jìn)入生產(chǎn)線，在每一個(gè)流程中，都會被相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和跟蹤，并最終儲存在后臺的數(shù)據(jù)管理中。
這意味著，一旦有原材料的質(zhì)量出現(xiàn)問題，工廠可以馬上查找到這一批次的原材料在什么時(shí)間點(diǎn)，已經(jīng)走過哪些生產(chǎn)流程。李永利表示，無論客戶在今后什么時(shí)間反饋質(zhì)量問題，工廠依舊能夠拿出完整的數(shù)據(jù)，對這些原材料進(jìn)行追溯，從而保證原材料的質(zhì)量。
走向工業(yè)4.0，管理自動化才是關(guān)鍵
在數(shù)字化制造的階段，通過數(shù)據(jù)交互，已經(jīng)能夠有效地提升管理效率。但要衡量是否真正走向工業(yè)4.0，不是看生產(chǎn)線自動化水平的高低，而是看管理水平的高低。實(shí)現(xiàn)管理的自動化，需要實(shí)現(xiàn)管理上人完全聽命于“電腦”，這才是智能制造的未來。
事實(shí)上，這樣一座代表著數(shù)字化技術(shù)如何改造工業(yè)制造的前沿工廠，距離工業(yè)4.0愿景下的智能工廠仍有距離。在工業(yè)4.0的研究中，智能制造和智能工廠一直被認(rèn)定為兩大研究主題。其中，關(guān)于智能工廠，被描繪成是一個(gè)分散的、具備一定智能化的生產(chǎn)設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交互之后，形成了高度智能化的有機(jī)體，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和物理世界的融合。
在SEWC中，關(guān)于推進(jìn)數(shù)據(jù)交互的工作一直未曾停止過。但對于數(shù)字化工廠與智能化工廠之間的差距，李永利認(rèn)為，最關(guān)鍵的一點(diǎn)在于是否真正實(shí)現(xiàn)管理的自動化。
西門子安貝格工廠
德國安貝格電子工廠作為西門子全球首個(gè)數(shù)字工廠，是SEWC的姐妹工廠。該工廠從1989年投產(chǎn)至今，占地面積與員工數(shù)量幾乎都保持不變的情況下，產(chǎn)能卻比25年前翻了8番。
無論是德國的安貝格電子工廠，還是SEWC，這兩家工廠每年要生產(chǎn)幾百萬件產(chǎn)品，更考驗(yàn)管理的是，產(chǎn)品類別也達(dá)到了上千種。當(dāng)涉及的產(chǎn)品類別眾多，而且客戶訂單數(shù)量和周期不同，如何去做好訂單管理，以及如何連通訂單管理背后的生產(chǎn)制造、物流配送等多個(gè)環(huán)節(jié)，考驗(yàn)的正是管理的智能化水平。
相比普通工廠單憑人力做訂單的跟蹤管理以及后續(xù)生產(chǎn)的調(diào)度安排，SEWC的數(shù)字制造中，當(dāng)ERP系統(tǒng)收到訂單，MES系統(tǒng)將自動進(jìn)行生產(chǎn)安排，包括通知采購部門、財(cái)務(wù)部門等，整個(gè)生產(chǎn)包括后期的發(fā)貨全部由工具充當(dāng)“指揮”，自動完成。
如果從勞動力的角度看，李永利認(rèn)為，盡管在生產(chǎn)線上并不認(rèn)可一味地以機(jī)器代替人，減少藍(lán)領(lǐng)工人，但在管理“白領(lǐng)”群體時(shí)，在管理層面，他認(rèn)為可以更多地借助機(jī)器，積極使用更多的軟件。
“因?yàn)槲磥碇圃鞓I(yè)的衡量標(biāo)準(zhǔn)不是生產(chǎn)線自動化水平的高低，而是管理水平的高低?！彼J(rèn)為，在中國制造實(shí)現(xiàn)智能化提升的路上，相比硬件設(shè)備，管理水平的高低才是影響中國企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的關(guān)鍵。他強(qiáng)調(diào)，要真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0，一大標(biāo)準(zhǔn)是管理水平達(dá)到了一定的高度，甚至實(shí)現(xiàn)了自動化。
“如果管理實(shí)現(xiàn)自動化，也可以理解為，工廠的所有決策和指令都聽命于電腦，連人也是聽命于電腦?！崩钣览f道，但實(shí)現(xiàn)這一步顯然并不容易，至少從理念上，如何讓人完全聽命于電腦，則需要一場思維變革。
但至少，數(shù)字工廠作為實(shí)現(xiàn)智能工廠的必經(jīng)之路，已走出了第一步——讓機(jī)器代替人去做更多的決策。而等到工廠內(nèi)，真正能用自動化替代人進(jìn)行管理，人聽命于“電腦”的話，那么，電腦背后所代表的制造的未來，也將來到眼前。
研發(fā)生產(chǎn)二合一 西門子全球工廠“標(biāo)配”
作為一家在中國歷史超過140年的企業(yè)，西門子在中國擁有數(shù)十家工廠，盡管每一家工廠的業(yè)務(wù)不盡相同，但無論在西門哪一家工廠內(nèi)都能看到研發(fā)團(tuán)隊(duì)。“研發(fā)與生產(chǎn)于一體，這是西門子全球工廠的標(biāo)準(zhǔn)?！蔽鏖T子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地（以下簡稱“SEWC”）副總經(jīng)理李永利說道。
但西門子這個(gè)全球工廠的“標(biāo)配”，卻與國內(nèi)目前大多制造企業(yè)的做法剛好相反。在國內(nèi)的許多制造企業(yè)，往往會把生產(chǎn)制造的工廠選址在一個(gè)勞動力成本相對低廉的城市，而研發(fā)基地則更偏愛北上廣，或者是與企業(yè)的總部捆綁在一起。
李永利表示，相比很多企業(yè)出于成本考慮將研發(fā)團(tuán)隊(duì)和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)分開，西門子的做法主要是為了提高產(chǎn)品的研發(fā)速度，縮短產(chǎn)品的創(chuàng)新周期。在西門子看來，產(chǎn)品研發(fā)速度跟不上市場需求，將直接影響整個(gè)產(chǎn)品的競爭力?！把邪l(fā)速度和研發(fā)質(zhì)量的追求，是西門子將研發(fā)團(tuán)隊(duì)駐扎于工廠之內(nèi)的最大目的?！?
一款產(chǎn)品從研發(fā)到投入市場，一般包括產(chǎn)品定義、產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)三個(gè)階段，其中在傳統(tǒng)的研發(fā)方式中，光是一條生產(chǎn)線從設(shè)計(jì)、建成到調(diào)試就需要接近一年的時(shí)間。如何縮短這一時(shí)間，對于提高研發(fā)速度非常重要。
而往往在這樣的階段，基于研發(fā)產(chǎn)品還存在多種變化的可能，相對應(yīng)的生產(chǎn)線的各類參數(shù)也變得不確定，這對于傳統(tǒng)工廠來說是一件非常棘手的問題。但李永利表示，在SEWC工廠中，企業(yè)借助仿真軟件，不僅可以模擬生產(chǎn)線上的加工制造情況，還可以推算出生產(chǎn)線的流動方向、人員配備等，再基于軟件來測試生產(chǎn)線，等到最終電腦中的調(diào)試成功后，再進(jìn)行生產(chǎn)線的最終建設(shè)。
即使研發(fā)出來的產(chǎn)品進(jìn)行了市場投放后，也不意味著一款產(chǎn)品的研發(fā)過程就到此結(jié)束。他介紹說，西門子對每一款產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中，都將不斷進(jìn)行分析和提升。也就是說，研發(fā)的工作將不斷地迭代，相對應(yīng)的生產(chǎn)部門也需要跟隨著研發(fā)部門不斷作出調(diào)整，所以這些都要求生產(chǎn)與研發(fā)必須實(shí)現(xiàn)無縫的對接。
當(dāng)然，集生產(chǎn)與研發(fā)于一體另一個(gè)顯而易見的好處是，方便研發(fā)與制造之間實(shí)現(xiàn)更多的溝通。李永利表示，在自己曾經(jīng)參與的一款工控機(jī)研發(fā)中，當(dāng)研發(fā)人員和采購人員共同選擇并配備好了散熱風(fēng)扇后，生產(chǎn)人員一看，馬上就能發(fā)現(xiàn)對于生產(chǎn)安裝中的質(zhì)量控制可能帶來的不便?！熬脱邪l(fā)中產(chǎn)品如何便于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，通過研發(fā)人員與生產(chǎn)人員緊密的交流，是可以較好地做到這點(diǎn)的?！?
來源：e-works
物聯(lián)網(wǎng)智庫 整理發(fā)布
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