探营西门子安贝格工厂:这家最接近工业4.0的工厂有多牛?

写在前面:10月29日,德国总理默克尔抵达北京,开启了其上任十年以来对中国的第八次访问。据此前德国驻华使馆介绍


写在前面:

10月29日,德国总理默克尔抵达北京,开启了其上任十年以来对中国的第八次访问。

据此前德国驻华使馆介绍,在北京期间,默克尔将与中国领导人进行会晤,分析商讨去年10月两国在柏林第三轮政府磋商期间发布的《中德合作行动纲要》落实情况。其中,工业4.0有望成为这次商讨的重中之重。

中德在国家层面上的工业4.0合作始于2014年。当年10月,李克强总理在柏林与默克尔经过深入协商后,共同发表了《中德合作行动纲要》,宣布两国将开展工业4.0合作。业内人士认为,中德工业4.0战略合作框架,显示出高层对制造业4.0升级改造的强力支持,工业4.0已上升到国家战略高度。

工业4.0作为一个概念,代表着未来先进制造业的发展方向。该概念由德国业界最早提出,源于2011年汉诺威工业博览会,最初的想法只是通过物联网等媒介来提高德国制造业水平。两年后的汉诺威工业博览会上,由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为《德国工业4.0战略计划实施建议》,称物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命到来。

实施建议是这么描述工业4.0的:在未来智能工厂中,人类、机器和资源能够互相通信,就像社交网络中一样自然。智能产品“知道”它们如何被制造出来的细节,也知道它们的用途。它们将主动地对制造流程,回答诸如“我什么时候被制造的”、“对我进行处理应该使用哪种参数”、“我应该被传送到何处”等问题。

被誉为德国制造优等生的西门子,是工业4.0的先行者。西门子旗下的安贝格电子制造工厂,是欧洲乃至全球最先进的数字化工厂,被认为最接近工业4.0概念雏形的工厂。值得注意的是,此次默克尔访华,西门子股份公司总裁、首席执行官凯飒也将随行。

西门子168年的发展史几乎可以被视为近现代工业进程的一个缩影。从一个小作坊发展至今,西门子所缔造的超级工业帝国已成为“德国制造”当仁不让的代名词。

从指针式电报机起家,到以信息技术为业务主动脉,西门子踩准了以电力、信息化为标志的前两次工业革命的关键节点。基于信息物理融合系统的工业4.0概念诞生之初,西门子再度嗅到了新一轮工业革命的气息。瞄准物联网、云计算、大数据、工业以太网等技术,西门子集成了目前全球最先进的生产管理系统,以及生产过程软件和硬件,如西门子制造执行系统(MES)软件Simatic IT、西门子产品生命周期管理(PLM)软件、工业工程设计软件(Comos)、全集成自动化(TIA)、全集成驱动系统(IDS),等等。

在工业4.0上,德国到底有何过人之处?为此,澎湃新闻记者探访了西门子位于德国巴伐利亚州东部的安贝格电子制造工厂。

探营西门子安贝格电子制造工厂

安贝格电子制造工厂(EWA)从外观上看并不酷炫,三座厂房方方正正,外立面贴着红砖,简单、低调中透着上世纪八九十年代的工业风格。事实上,自1989年工厂投产,此后的26年里,安贝格电子制造工厂在外观上就定格了。

不过,就在这座外观与工人数量基本维持原状、连生产面积都未增加的工厂内,一场向着工业4.0方向进行的自我进化从未停止过。如今,该工厂的产能较26年前提升了8倍,每年可生产约1200万件Simatic系列产品,按每年生产230 天计算,即平均每秒就能生产出一件产品。

产品质量更是大幅提高:相比1989年的每百万次电子产品加工过程出错500次,现在出错率只有12次,相当于质量提高了40倍。

工厂的负责人Karl-Heinz Büttner教授称,“据我所知,世界上还没有哪家同类工厂具备如此之低的缺陷率。”

目前,安贝格电子制造工厂可以生产的产品种类达1000 种,其中包括Simatic可编程逻辑控制器(PLC)及相关产品。这些产品用于控制机械设备与工厂,以实现生产过程的自动化。Simatic 系列产品可以控制游轮的船载系统,也可以用于工业制造过程,如汽车工业,甚至可以用于控制滑雪场缆车。

该工厂最令人叹为观止的是:其不仅生产产品,还收集并处理大量的信息。厂房内,齐胸高的灰蓝色机柜排成一行,安置其间的显示器上,数据洪流仿佛瀑布一般倾泻而下。指示灯闪烁着红光和绿光,整个车间沉浸在长长的一排排卤素灯发出的明亮而又冰冷的光芒中。员工身着蓝色工服,悄然无息地走在一尘不染的蓝白相间大理石花纹的PVC地板上。

为了准确收集数据,安贝格工厂超过3亿个元器件都有自己的“身份证”。这些基础识别信息包括:哪条生产线生产的、用什么材质、当时用的扭矩是多少、用什么样的螺丝钉等等。当一个元件进入烘箱时,机器会判断该用什么温度以及时间长短,并可以判断下一个进入烘箱的元件是哪一种,适时调节生产参数。在此过程中,Simatic IT生产执行系统每天将生成并储存约5000万条生产过程信息。

通过显示器,工人可以查阅当天的生产过程信息,并挖出生产环节中的短板,比如哪个部件出现问题的概率比较高。经过一系列进一步的相关性分析,又可以让生产者对整个生产过程中的相关变量,有更深刻的理解,从而降低产品的缺陷率。

不同于普通工厂,安贝格需要的是懂得用软件控制复杂工艺的合格员工。产业工人不再穿着工装裤制造优质产品,他们现在的工具是触摸屏,乃至平板电脑。


西门子安贝格工厂
西门子安贝格工厂


在安贝格电子制造工厂中,IT系统控制和优化所有流程,确保达到99.9988%的产品合格率。

在安贝格电子制造工厂中,真实工厂与虚拟工厂同步运行,真实工厂生产时的数据参数、生产环境等都会通过虚拟工厂反映出来,而人则通过虚拟工厂对真实工厂进行把控。其中,近75%的生产作业已实现自动化。产品可与生产设备通信,IT系统控制和优化所有流程,确保达到99.9988%的产品合格率。

由人力完成的部分,只有生产过程的开头部分,即员工将初始组件(裸电路板)放置到生产线上的环节,是人工执行的。此后的一切操作都是自动进行。值得一提的是,正是Simatic单元在控制Simatic单元的生产。从开始生产一直到发运,整个生产过程总共使用了1000个这样的控制装置。

安贝格电子厂是西门子“数字企业平台”的典范。“数字企业平台”是一种生产环境,将在今后10年内成为标准。在这种生产环境中,产品自行控制其本身的生产过程。换句话说,其生产代码告诉生产机器它们有哪些要求,接下来必须执行哪道生产工序。这个系统是朝构建“工业4.0”迈出的第一步。

但这距离工业4.0所描绘的“数字和物理世界的无缝衔接”的场景,仍有很大差距。“如果说,工业4.0时代的到来还要20年,那么,西门子目前已经到达了‘工业3.X’。”这是西门子股份公司管理委员会成员、首席技术官鲁思沃鲁思沃(Siegfried Russwurm)的自我打分。

在这个第四次工业革命愿景中,现实和虚拟生产环境将融为一体。到那时候,工厂将在很大程度上进行自我控制和优化,因为其产品可以在相互之间以及与生产系统之间进行通信,以便优化生产过程。产品和机器将共同决定,为了按期交付,应当首先在哪条生产线上完成哪道工序。被称为软件代理的独立运行的计算机程序将监控每一道工序,保证符合生产规章制度。


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