UGITC技术总监张磊
工业4.0是热门的话题，现在工业产品的变化速度越来越快，从大家熟悉的汽车到日常用到的手机，更换的频率比以往快了很多。半年甚至更短的时间内就会有新的产品推出。这就导致了制造行业的竞争越来越激烈，企业需不断的压缩产品设计制造周期。
作为国家经济运行当中非常重要的一个环节，国家越来越重视制造业。从制造业的全球大趋势来看，制造的全球化、中国人口结构等因素，都会对中国制造业产生影响。在人口年龄结构来看，原来老的制造工人都随着年龄的增长会逐步慢慢退休，独生子女的政策导致的人口的变化，也都会给制造业带来挑战。
各国对于制造业发展都推出了不同的计划，比如德国推出工业4.0；中国推出了两化融合，高端制造业和高端装备；美国推出的高级制造合作伙伴等。
在这里面可以看到西门子是一个什么角色呢，首先它是企业用户的战略级合作伙伴，因为它提供了制造企业里面经常会用到的，像CAD、PLM这一系列企业经常会用到的软件产品。西门子软件是企业的战略合作伙伴，同时是链接虚拟端和现实端的重要供应商。
图1 西门子在工业4.0路线图中的角色
工业4.0是西门子一起参与的，西门子是4.0的一个引领者。这里面就要看一下，作为工业4.0来讲实际上有很多的解释版本和说法。其中最重要的元素是数字化模型，或者叫做智能化产品。所谓数字化的三维模型是包括了生产步骤所有的信息，比如现在很多企业正在推行的MBD技术，三维模型上增加了许多工艺的信息。后端制造，后端分析，都能从三维模型中获取必要的信息。自主生产的设备和设施，企业里面的数控设备是最基本的智能设备，结合现在发展的机器人和制造系统等等，就可以形成一个完整的网络化生产设施的体系，它能够对生产布局进行灵活的调整，这样就构成了最基本的工业4.0。
西门子认为企业要实现4.0，必须要有数字化平台，必须先有数字化的模型,才能将数字信息传递到制造设备上去进行智能制造。早些年企业上的CAD和PLM，这都是作为进一步向制造端延伸的一个基础平台。再结合信息融合系统，就能够在企业里面满足实施工业4.0的要求。
西门子是一个全球的供应商，同时也是工业4.0的引领者和倡导者，我们可以看到它提供的产品包含了大家所熟悉的NX软件，还有其他终端解决方案。最重要一点是提供了实施工业4.0的完整解决方案。所有的家族产品都采用单一的数据源，在这些产品当中不需要进行数据转换，给用户一个很好的体验。
作为工业4.0标准来讲，德国目前已经准备进入工业4.0，中国更多的是从工业2.5向工业3.0迈进的过程中。可以看到，目前很多中国制造企业三维的设计都已经得以实现了。但是延展到制造可能很多企业才刚刚起步。有的企业买了一些智能数控设备，但是还是有相当一部分企业采用传统的手工加工制造的设备。当企业使用智能设备一段时间以后，便发现要把这些设备用好需要很多的知识累积。因为以前更多的是靠工人师傅的手艺，现在却需要很多知识库的支持。比如说切削工艺参数，刀具特性，切削方法等。这样的知识都是一点点建立起来的。目前在很多企业里面，这些知识经验库大多处于零散的状态。
制造业最主要的核心是加工，影响加工有五大要素，分别为：刀具、机床、控制系统、编程软件和人员经验。我们来举个例子：加工的过程当中，如果是各自独立系统的时候，如果企业的领导告诉要求把零件加工质量做的好，需要达到比较好的精度和外观时，一般情况下会在编程的时候把刀轨的密集点，精度调高点。但实际加工过程当中，这样调整并不一定就能达到很好的效果，而且还会导致某些区域的加工质量下降。
在软件编程的时候会发现需要很多知识去把控，结果会发现加工不好的因素可能源于设计的精度要求。例如在叶片加工的时候，如果设计精度是只有S级，当加工编程时把编程精度调到μ级的时候，反而质量会下降。因为你在S级精度下去设计时候的一些细微皱褶，在S级的检查要求下是完美的，当你用μ级精度在进行加工的时候，你就会发现这些皱褶就被无形放大了，产生了很多点位，造成了加工质量下降。
所以对于一个问题的解决实际上有很多的方法，一个是人员的经验，另一个是机床设备，包括跟设计达成一个同步，都能达到很好的解决，也就是说必须站到一个高度看问题。
如果单纯的想要把制造水平提升上去，数据之间还要通过转换和读取来实现的话，这样工业4.0实现是很困难的，因为没法进行协同无缝集成。只有从设计端一直到制造端进行有效的传递，在整个生产环境当中，可以把加工、验证等相关信息经过一个平台来进行有效的串联。集成了信息源以后，就可以把生产中经常会用到的加工制造信息，以及经验方法都集成在平台上面。这样当加工时，编程人员在进行程序编制的时候，就可以知道有什么样的设备和平台。同时还可以把制造仿真系统也集成到PDM平台当中来。
利用TCM的系统，我们可以把车间智能设备跟编程完全的集成在一起，不仅仅是把这些程序传输到设备上，还可以很快的确保加工数据实时地被管控。质量检测和管理系统集成上面都会有一些检测的设备，可以通过软件直接进行一个检测质量的管理，同时这些数据也可以传递到设计软件中，和原始设计数据模型进行一个比对。如果这个时候设计模型包含了MBD的制造信息，就可以知道模型之间的误差有多大。
基于TCM的结构化工艺数据，典型零部件的加工工艺就可以在平台上实现追踪，从毛坯到粗加工、精加工。到底用了什么样的设备，用了什么样的刀具，这中间使用了哪些夹具，这些信息都可以被保存和管理，这个模板可以反复使用，确保一个成熟的工艺。同时在加工的过程当中，如果将来加工的零部件和制造的对象产生制造问题的时候，我们可以进行快速的追溯，直观地知道哪个工序有问题。
图2 西门子打造工艺规划与生产环境体系
TCM体系建立以后，可以对企业现有的一些服务体系给予了很好的支持，我们可以把工时和定单号传给MES。如果有制造系统，可以传递信息到MES来检测效果等。对于成熟的制造企业来讲，随着工业4.0的来临，西门子会提供更多的内容给客户，除了前面所看到的内容，还会对虚拟模型在制造过程中模拟仿真可能存在的问题进行解决。
包括有人员参与的过程，也可以通过电脑来虚拟人工环节，快速评估工时，工作量，效率，可操作性等，然后形成整个产品的完成过程，一样可以编制成一个工艺流程。工业4.0不是全部的无人化生产，可能还会涉及到一些人工的部分。同时，支持复杂的工业机器人。西门子最新的版本支持这些规划场景，也就是有多少工艺设备，包括工艺模型，都可以进行有效规划。
以前可能是对单个节点的编程，或者对单个节点的规划，随着提供了新的能力以后，在这条生产线上面有多少台设备，每个设备的布局，包括设备的节拍和设备的复杂性，都可以进行优化。
图3 数控程序传输及管理系统
图4 质量检测和管理系统
西门子可以模拟很多加工过程，包括搬运、焊接、打磨、协同等等，可以和实际的效果是完全一样的，实际上这些技术已经在很多汽车制造企业使用了。汽车整车生产线可以比较完整的展示未来期望的工业4.0的状态。关于工业4.0的讨论，从整个潮流和趋势来看，发展得非常快。在很多情况下是在推进企业的转型。富士康以前在河南建工厂的原因就是人员成本因素，刚开始机器人是75万一台，现在是20万一台，20万一台也就是2-3个工人年工资的水平，而且国家还在每年提高工资的最低水平，将来越来越多的机器人会进入到企业制造当中去。
现在从高端制造业来讲，像美国、德国已经把制造业回流了，低端的制造业往东南亚转移，高端的制造业可以使用机器人，一旦有了人工智能和人工机器人，企业的制造能力会成倍的提升。
西门子PLM在全球客户的装机量和使用量是最大的，国外有很多客户都在使用西门子产品。在过去的一年当中，在PLM整个市场当中，西门子PLM在八个领域都获得了第一的排名，包括总收入、净销额等指标，也足以显示西门子在这个领域处于一个领导者的地位。
图5 2013 年中国主流PLM市场的TOP10厂商的总收入
联宏公司是西门子在中国最大的合作伙伴，公司成立于2004年1月份，在上海、杭州、深圳等地都建立了办事机构。目前公司技术团队拥有西门子绿带级专家5人，同时也是西门子的重要技术培训中心之一，提供西门子在PLM方面的培训和其他增值服务。
图6 联宏公司-发展历程
本文根据UGITC技术总监张磊在“第十届中国制造业产品创新数字化国际峰会”上的发言整理而成，已经本人确认。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：西门子引领制造业迈向工业4.0
相关文章
