UGITC技術(shù)總監(jiān)張磊
工業(yè)4.0是熱門的話題，現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品的變化速度越來越快，從大家熟悉的汽車到日常用到的手機(jī)，更換的頻率比以往快了很多。半年甚至更短的時間內(nèi)就會有新的產(chǎn)品推出。這就導(dǎo)致了制造行業(yè)的競爭越來越激烈，企業(yè)需不斷的壓縮產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期。
作為國家經(jīng)濟(jì)運(yùn)行當(dāng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，國家越來越重視制造業(yè)。從制造業(yè)的全球大趨勢來看，制造的全球化、中國人口結(jié)構(gòu)等因素，都會對中國制造業(yè)產(chǎn)生影響。在人口年齡結(jié)構(gòu)來看，原來老的制造工人都隨著年齡的增長會逐步慢慢退休，獨(dú)生子女的政策導(dǎo)致的人口的變化，也都會給制造業(yè)帶來挑戰(zhàn)。
各國對于制造業(yè)發(fā)展都推出了不同的計(jì)劃，比如德國推出工業(yè)4.0；中國推出了兩化融合，高端制造業(yè)和高端裝備；美國推出的高級制造合作伙伴等。
在這里面可以看到西門子是一個什么角色呢，首先它是企業(yè)用戶的戰(zhàn)略級合作伙伴，因?yàn)樗峁┝酥圃炱髽I(yè)里面經(jīng)常會用到的，像CAD、PLM這一系列企業(yè)經(jīng)常會用到的軟件產(chǎn)品。西門子軟件是企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴，同時是鏈接虛擬端和現(xiàn)實(shí)端的重要供應(yīng)商。
圖1 西門子在工業(yè)4.0路線圖中的角色
工業(yè)4.0是西門子一起參與的，西門子是4.0的一個引領(lǐng)者。這里面就要看一下，作為工業(yè)4.0來講實(shí)際上有很多的解釋版本和說法。其中最重要的元素是數(shù)字化模型，或者叫做智能化產(chǎn)品。所謂數(shù)字化的三維模型是包括了生產(chǎn)步驟所有的信息，比如現(xiàn)在很多企業(yè)正在推行的MBD技術(shù)，三維模型上增加了許多工藝的信息。后端制造，后端分析，都能從三維模型中獲取必要的信息。自主生產(chǎn)的設(shè)備和設(shè)施，企業(yè)里面的數(shù)控設(shè)備是最基本的智能設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)在發(fā)展的機(jī)器人和制造系統(tǒng)等等，就可以形成一個完整的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)設(shè)施的體系，它能夠?qū)ιa(chǎn)布局進(jìn)行靈活的調(diào)整，這樣就構(gòu)成了最基本的工業(yè)4.0。
西門子認(rèn)為企業(yè)要實(shí)現(xiàn)4.0，必須要有數(shù)字化平臺，必須先有數(shù)字化的模型,才能將數(shù)字信息傳遞到制造設(shè)備上去進(jìn)行智能制造。早些年企業(yè)上的CAD和PLM，這都是作為進(jìn)一步向制造端延伸的一個基礎(chǔ)平臺。再結(jié)合信息融合系統(tǒng)，就能夠在企業(yè)里面滿足實(shí)施工業(yè)4.0的要求。
西門子是一個全球的供應(yīng)商，同時也是工業(yè)4.0的引領(lǐng)者和倡導(dǎo)者，我們可以看到它提供的產(chǎn)品包含了大家所熟悉的NX軟件，還有其他終端解決方案。最重要一點(diǎn)是提供了實(shí)施工業(yè)4.0的完整解決方案。所有的家族產(chǎn)品都采用單一的數(shù)據(jù)源，在這些產(chǎn)品當(dāng)中不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，給用戶一個很好的體驗(yàn)。
作為工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)來講，德國目前已經(jīng)準(zhǔn)備進(jìn)入工業(yè)4.0，中國更多的是從工業(yè)2.5向工業(yè)3.0邁進(jìn)的過程中�？梢钥吹�，目前很多中國制造企業(yè)三維的設(shè)計(jì)都已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)了。但是延展到制造可能很多企業(yè)才剛剛起步。有的企業(yè)買了一些智能數(shù)控設(shè)備，但是還是有相當(dāng)一部分企業(yè)采用傳統(tǒng)的手工加工制造的設(shè)備。當(dāng)企業(yè)使用智能設(shè)備一段時間以后，便發(fā)現(xiàn)要把這些設(shè)備用好需要很多的知識累積。因?yàn)橐郧案嗟氖强抗と藥煾档氖炙嚕F(xiàn)在卻需要很多知識庫的支持。比如說切削工藝參數(shù)，刀具特性，切削方法等。這樣的知識都是一點(diǎn)點(diǎn)建立起來的。目前在很多企業(yè)里面，這些知識經(jīng)驗(yàn)庫大多處于零散的狀態(tài)。
制造業(yè)最主要的核心是加工，影響加工有五大要素，分別為：刀具、機(jī)床、控制系統(tǒng)、編程軟件和人員經(jīng)驗(yàn)。我們來舉個例子：加工的過程當(dāng)中，如果是各自獨(dú)立系統(tǒng)的時候，如果企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)告訴要求把零件加工質(zhì)量做的好，需要達(dá)到比較好的精度和外觀時，一般情況下會在編程的時候把刀軌的密集點(diǎn)，精度調(diào)高點(diǎn)。但實(shí)際加工過程當(dāng)中，這樣調(diào)整并不一定就能達(dá)到很好的效果，而且還會導(dǎo)致某些區(qū)域的加工質(zhì)量下降。
在軟件編程的時候會發(fā)現(xiàn)需要很多知識去把控，結(jié)果會發(fā)現(xiàn)加工不好的因素可能源于設(shè)計(jì)的精度要求。例如在葉片加工的時候，如果設(shè)計(jì)精度是只有S級，當(dāng)加工編程時把編程精度調(diào)到μ級的時候，反而質(zhì)量會下降。因?yàn)槟阍赟級精度下去設(shè)計(jì)時候的一些細(xì)微皺褶，在S級的檢查要求下是完美的，當(dāng)你用μ級精度在進(jìn)行加工的時候，你就會發(fā)現(xiàn)這些皺褶就被無形放大了，產(chǎn)生了很多點(diǎn)位，造成了加工質(zhì)量下降。
所以對于一個問題的解決實(shí)際上有很多的方法，一個是人員的經(jīng)驗(yàn)，另一個是機(jī)床設(shè)備，包括跟設(shè)計(jì)達(dá)成一個同步，都能達(dá)到很好的解決，也就是說必須站到一個高度看問題。
如果單純的想要把制造水平提升上去，數(shù)據(jù)之間還要通過轉(zhuǎn)換和讀取來實(shí)現(xiàn)的話，這樣工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)是很困難的，因?yàn)闆]法進(jìn)行協(xié)同無縫集成。只有從設(shè)計(jì)端一直到制造端進(jìn)行有效的傳遞，在整個生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中，可以把加工、驗(yàn)證等相關(guān)信息經(jīng)過一個平臺來進(jìn)行有效的串聯(lián)。集成了信息源以后，就可以把生產(chǎn)中經(jīng)常會用到的加工制造信息，以及經(jīng)驗(yàn)方法都集成在平臺上面。這樣當(dāng)加工時，編程人員在進(jìn)行程序編制的時候，就可以知道有什么樣的設(shè)備和平臺。同時還可以把制造仿真系統(tǒng)也集成到PDM平臺當(dāng)中來。
利用TCM的系統(tǒng)，我們可以把車間智能設(shè)備跟編程完全的集成在一起，不僅僅是把這些程序傳輸?shù)皆O(shè)備上，還可以很快的確保加工數(shù)據(jù)實(shí)時地被管控。質(zhì)量檢測和管理系統(tǒng)集成上面都會有一些檢測的設(shè)備，可以通過軟件直接進(jìn)行一個檢測質(zhì)量的管理，同時這些數(shù)據(jù)也可以傳遞到設(shè)計(jì)軟件中，和原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一個比對。如果這個時候設(shè)計(jì)模型包含了MBD的制造信息，就可以知道模型之間的誤差有多大。
基于TCM的結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)，典型零部件的加工工藝就可以在平臺上實(shí)現(xiàn)追蹤，從毛坯到粗加工、精加工。到底用了什么樣的設(shè)備，用了什么樣的刀具，這中間使用了哪些夾具，這些信息都可以被保存和管理，這個模板可以反復(fù)使用，確保一個成熟的工藝。同時在加工的過程當(dāng)中，如果將來加工的零部件和制造的對象產(chǎn)生制造問題的時候，我們可以進(jìn)行快速的追溯，直觀地知道哪個工序有問題。
圖2 西門子打造工藝規(guī)劃與生產(chǎn)環(huán)境體系
TCM體系建立以后，可以對企業(yè)現(xiàn)有的一些服務(wù)體系給予了很好的支持，我們可以把工時和定單號傳給MES。如果有制造系統(tǒng)，可以傳遞信息到MES來檢測效果等。對于成熟的制造企業(yè)來講，隨著工業(yè)4.0的來臨，西門子會提供更多的內(nèi)容給客戶，除了前面所看到的內(nèi)容，還會對虛擬模型在制造過程中模擬仿真可能存在的問題進(jìn)行解決。
包括有人員參與的過程，也可以通過電腦來虛擬人工環(huán)節(jié)，快速評估工時，工作量，效率，可操作性等，然后形成整個產(chǎn)品的完成過程，一樣可以編制成一個工藝流程。工業(yè)4.0不是全部的無人化生產(chǎn)，可能還會涉及到一些人工的部分。同時，支持復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人。西門子最新的版本支持這些規(guī)劃場景，也就是有多少工藝設(shè)備，包括工藝模型，都可以進(jìn)行有效規(guī)劃。
以前可能是對單個節(jié)點(diǎn)的編程，或者對單個節(jié)點(diǎn)的規(guī)劃，隨著提供了新的能力以后，在這條生產(chǎn)線上面有多少臺設(shè)備，每個設(shè)備的布局，包括設(shè)備的節(jié)拍和設(shè)備的復(fù)雜性，都可以進(jìn)行優(yōu)化。
圖3 數(shù)控程序傳輸及管理系統(tǒng)
圖4 質(zhì)量檢測和管理系統(tǒng)
西門子可以模擬很多加工過程，包括搬運(yùn)、焊接、打磨、協(xié)同等等，可以和實(shí)際的效果是完全一樣的，實(shí)際上這些技術(shù)已經(jīng)在很多汽車制造企業(yè)使用了。汽車整車生產(chǎn)線可以比較完整的展示未來期望的工業(yè)4.0的狀態(tài)。關(guān)于工業(yè)4.0的討論，從整個潮流和趨勢來看，發(fā)展得非常快。在很多情況下是在推進(jìn)企業(yè)的轉(zhuǎn)型。富士康以前在河南建工廠的原因就是人員成本因素，剛開始機(jī)器人是75萬一臺，現(xiàn)在是20萬一臺，20萬一臺也就是2-3個工人年工資的水平，而且國家還在每年提高工資的最低水平，將來越來越多的機(jī)器人會進(jìn)入到企業(yè)制造當(dāng)中去。
現(xiàn)在從高端制造業(yè)來講，像美國、德國已經(jīng)把制造業(yè)回流了，低端的制造業(yè)往東南亞轉(zhuǎn)移，高端的制造業(yè)可以使用機(jī)器人，一旦有了人工智能和人工機(jī)器人，企業(yè)的制造能力會成倍的提升。
西門子PLM在全球客戶的裝機(jī)量和使用量是最大的，國外有很多客戶都在使用西門子產(chǎn)品。在過去的一年當(dāng)中，在PLM整個市場當(dāng)中，西門子PLM在八個領(lǐng)域都獲得了第一的排名，包括總收入、凈銷額等指標(biāo)，也足以顯示西門子在這個領(lǐng)域處于一個領(lǐng)導(dǎo)者的地位。
圖5 2013 年中國主流PLM市場的TOP10廠商的總收入
聯(lián)宏公司是西門子在中國最大的合作伙伴，公司成立于2004年1月份，在上海、杭州、深圳等地都建立了辦事機(jī)構(gòu)。目前公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)擁有西門子綠帶級專家5人，同時也是西門子的重要技術(shù)培訓(xùn)中心之一，提供西門子在PLM方面的培訓(xùn)和其他增值服務(wù)。
圖6 聯(lián)宏公司-發(fā)展歷程
本文根據(jù)UGITC技術(shù)總監(jiān)張磊在“第十屆中國制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國際峰會”上的發(fā)言整理而成，已經(jīng)本人確認(rèn)。
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本文標(biāo)題：西門子引領(lǐng)制造業(yè)邁向工業(yè)4.0
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