UGITC技術(shù)總監(jiān)張磊
工業(yè)4.0是熱門(mén)的話(huà)題，現(xiàn)在工業(yè)產(chǎn)品的變化速度越來(lái)越快，從大家熟悉的汽車(chē)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(shí)間內(nèi)就會(huì)有新的產(chǎn)品推出。這就導(dǎo)致了制造行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)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(guó)家經(jīng)濟(jì)運(yùn)行當(dāng)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，國(guó)家越來(lái)越重視制造業(yè)。從制造業(yè)的全球大趨勢(shì)來(lái)看，制造的全球化、中國(guó)人口結(jié)構(gòu)等因素，都會(huì)對(duì)中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)生影響。在人口年齡結(jié)構(gòu)來(lái)看，原來(lái)老的制造工人都隨著年齡的增長(zhǎng)會(huì)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(huì)給制造業(yè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
各國(guó)對(duì)于制造業(yè)發(fā)展都推出了不同的計(jì)劃，比如德國(guó)推出工業(yè)4.0；中國(guó)推出了兩化融合，高端制造業(yè)和高端裝備；美國(guó)推出的高級(jí)制造合作伙伴等。
在這里面可以看到西門(mén)子是一個(gè)什么角色呢，首先它是企業(yè)用戶(hù)的戰(zhàn)略級(jí)合作伙伴，因?yàn)樗峁┝酥圃炱髽I(yè)里面經(jīng)常會(huì)用到的，像CAD、PLM這一系列企業(yè)經(jīng)常會(huì)用到的軟件產(chǎn)品。西門(mén)子軟件是企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴，同時(shí)是鏈接虛擬端和現(xiàn)實(shí)端的重要供應(yīng)商。
圖1 西門(mén)子在工業(yè)4.0路線(xiàn)圖中的角色
工業(yè)4.0是西門(mén)子一起參與的，西門(mén)子是4.0的一個(gè)引領(lǐng)者。這里面就要看一下，作為工業(yè)4.0來(lái)講實(shí)際上有很多的解釋版本和說(shuō)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(gè)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(mén)子認(rèn)為企業(yè)要實(shí)現(xiàn)4.0，必須要有數(shù)字化平臺(tái)，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(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。再結(jié)合信息融合系統(tǒng)，就能夠在企業(yè)里面滿(mǎn)足實(shí)施工業(yè)4.0的要求。
西門(mén)子是一個(gè)全球的供應(yīng)商，同時(shí)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(hù)一個(gè)很好的體驗(yàn)。
作為工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)來(lái)講，德國(guó)目前已經(jīng)準(zhǔn)備進(jìn)入工業(yè)4.0，中國(guó)更多的是從工業(yè)2.5向工業(yè)3.0邁進(jìn)的過(guò)程中�？梢钥吹剑壳昂芏嘀袊�(guó)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(mǎi)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(shí)間以后，便發(fā)現(xiàn)要把這些設(shè)備用好需要很多的知識(shí)累積。因?yàn)橐郧案嗟氖强抗と藥煾档氖炙�，現(xiàn)在卻需要很多知識(shí)庫(kù)的支持。比如說(shuō)切削工藝參數(shù)，刀具特性，切削方法等。這樣的知識(shí)都是一點(diǎn)點(diǎn)建立起來(lái)的。目前在很多企業(yè)里面，這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)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(lái)舉個(gè)例子：加工的過(guò)程當(dāng)中，如果是各自獨(dú)立系統(tǒng)的時(shí)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(shí)，一般情況下會(huì)在編程的時(shí)候把刀軌的密集點(diǎn)，精度調(diào)高點(diǎn)。但實(shí)際加工過(guò)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(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域的加工質(zhì)量下降。
在軟件編程的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)需要很多知識(shí)去把控，結(jié)果會(huì)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(shí)候，如果設(shè)計(jì)精度是只有S級(jí)，當(dāng)加工編程時(shí)把編程精度調(diào)到μ級(jí)的時(shí)候，反而質(zhì)量會(huì)下降。因?yàn)槟阍赟級(jí)精度下去設(shè)計(jì)時(shí)候的一些細(xì)微皺褶，在S級(jí)的檢查要求下是完美的，當(dāng)你用μ級(jí)精度在進(jìn)行加工的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些皺褶就被無(wú)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(duì)于一個(gè)問(wèn)題的解決實(shí)際上有很多的方法，一個(gè)是人員的經(jīng)驗(yàn)，另一個(gè)是機(jī)床設(shè)備，包括跟設(shè)計(jì)達(dá)成一個(gè)同步，都能達(dá)到很好的解決，也就是說(shuō)必須站到一個(gè)高度看問(wèn)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(guò)轉(zhuǎn)換和讀取來(lái)實(shí)現(xiàn)的話(huà)，這樣工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)是很困難的，因?yàn)闆](méi)法進(jìn)行協(xié)同無(wú)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(gè)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(guò)一個(gè)平臺(tái)來(lái)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(huì)用到的加工制造信息，以及經(jīng)驗(yàn)方法都集成在平臺(tái)上面。這樣當(dāng)加工時(shí)，編程人員在進(jìn)行程序編制的時(shí)候，就可以知道有什么樣的設(shè)備和平臺(tái)。同時(shí)還可以把制造仿真系統(tǒng)也集成到PDM平臺(tái)當(dāng)中來(lái)。
利用TCM的系統(tǒng)，我們可以把車(chē)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(shí)地被管控。質(zhì)量檢測(cè)和管理系統(tǒng)集成上面都會(huì)有一些檢測(cè)的設(shè)備，可以通過(guò)軟件直接進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)質(zhì)量的管理，同時(shí)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(gè)比對(duì)。如果這個(gè)時(shí)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(tái)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(gè)模板可以反復(fù)使用，確保一個(gè)成熟的工藝。同時(shí)在加工的過(guò)程當(dāng)中，如果將來(lái)加工的零部件和制造的對(duì)象產(chǎn)生制造問(wèn)題的時(shí)候，我們可以進(jìn)行快速的追溯，直觀地知道哪個(gè)工序有問(wèn)題。
圖2 西門(mén)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(duì)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(shí)和定單號(hào)傳給MES。如果有制造系統(tǒng)，可以傳遞信息到MES來(lái)檢測(cè)效果等。對(duì)于成熟的制造企業(yè)來(lái)講，隨著工業(yè)4.0的來(lái)臨，西門(mén)子會(huì)提供更多的內(nèi)容給客戶(hù)，除了前面所看到的內(nèi)容，還會(huì)對(duì)虛擬模型在制造過(guò)程中模擬仿真可能存在的問(wèn)題進(jìn)行解決。
包括有人員參與的過(guò)程，也可以通過(guò)電腦來(lái)虛擬人工環(huán)節(jié)，快速評(píng)估工時(shí)，工作量，效率，可操作性等，然后形成整個(gè)產(chǎn)品的完成過(guò)程，一樣可以編制成一個(gè)工藝流程。工業(yè)4.0不是全部的無(wú)人化生產(chǎn)，可能還會(huì)涉及到一些人工的部分。同時(shí)，支持復(fù)雜的工業(yè)機(jī)器人。西門(mén)子最新的版本支持這些規(guī)劃場(chǎng)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(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的編程，或者對(duì)單個(gè)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(xiàn)上面有多少臺(tái)設(shè)備，每個(gè)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(cè)和管理系統(tǒng)
西門(mén)子可以模擬很多加工過(guò)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(chē)制造企業(yè)使用了。汽車(chē)整車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)可以比較完整的展示未來(lái)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(gè)潮流和趨勢(shì)來(lái)看，發(fā)展得非�？臁Ｔ诤芏嗲闆r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(kāi)始機(jī)器人是75萬(wàn)一臺(tái)，現(xiàn)在是20萬(wàn)一臺(tái)，20萬(wàn)一臺(tái)也就是2-3個(gè)工人年工資的水平，而且國(guó)家還在每年提高工資的最低水平，將來(lái)越來(lái)越多的機(jī)器人會(huì)進(jìn)入到企業(yè)制造當(dāng)中去。
現(xiàn)在從高端制造業(yè)來(lái)講，像美國(guó)、德國(guó)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(huì)成倍的提升。
西門(mén)子PLM在全球客戶(hù)的裝機(jī)量和使用量是最大的，國(guó)外有很多客戶(hù)都在使用西門(mén)子產(chǎn)品。在過(guò)去的一年當(dāng)中，在PLM整個(gè)市場(chǎng)當(dāng)中，西門(mén)子PLM在八個(gè)領(lǐng)域都獲得了第一的排名，包括總收入、凈銷(xiāo)額等指標(biāo)，也足以顯示西門(mén)子在這個(gè)領(lǐng)域處于一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者的地位。
圖5 2013 年中國(guó)主流PLM市場(chǎng)的TOP10廠商的總收入
聯(lián)宏公司是西門(mén)子在中國(guó)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(mén)子綠帶級(jí)專(zhuān)家5人，同時(shí)也是西門(mén)子的重要技術(shù)培訓(xùn)中心之一，提供西門(mén)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(guó)制造業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國(guó)際峰會(huì)”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(mén)子引領(lǐng)制造業(yè)邁向工業(yè)4.0
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