經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的變化為全球制造業(yè)帶來(lái)巨大的轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn),整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域也正在經(jīng)歷一場(chǎng)制造業(yè)的變革。通過(guò)虛擬生產(chǎn)結(jié)合現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)方式,未來(lái)制造業(yè)將實(shí)現(xiàn)更高的工程效率、更短的上市時(shí)間,以及更高的生產(chǎn)靈活性。在西門子倡導(dǎo)的“工業(yè)4.0”時(shí)代,虛擬世界將與現(xiàn)實(shí)世界相融合。
2013年9月,西門子在德國(guó)之外的首家數(shù)字化企業(yè)——西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)和研發(fā)基地(SEWC)落成并投入運(yùn)營(yíng),這家工廠以突出的數(shù)字化、自動(dòng)化、綠色化、虛擬化等特征定義了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)模式,并全面應(yīng)用了Siemens PLM Software的數(shù)字化制造解決方案。近日,筆者參觀了這座現(xiàn)代化的數(shù)字化工廠,并借機(jī)采訪了Siemens PLM Software大中華區(qū)首席執(zhí)行官兼董事總經(jīng)理梁乃明和Siemens PLM Software大中華區(qū)售前技術(shù)總監(jiān)方志剛。
Siemens PLM Software大中華區(qū)首席執(zhí)行官兼董事總經(jīng)理梁乃明
工業(yè)轉(zhuǎn)型對(duì)數(shù)字化制造的訴求
當(dāng)前,中國(guó)正處于“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期。要實(shí)現(xiàn)“中國(guó)創(chuàng)造”,除了能夠研發(fā)先進(jìn)的產(chǎn)品,更重要的是要能夠高效率地制造出高性能、高質(zhì)量、高可靠性的產(chǎn)品。目前,CAD、CAE、PDM、ERP、SCM等信息技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)部門和生產(chǎn)制造部門得到了有效應(yīng)用,裝備技術(shù)水平也在大大的提高,而連接設(shè)計(jì)與制造橋梁的工藝環(huán)節(jié)則相對(duì)比較薄弱,數(shù)字化制造技術(shù)逐漸被企業(yè)應(yīng)用。
數(shù)字化制造技術(shù)的產(chǎn)生只有十幾年,但實(shí)踐證明數(shù)字化制造技術(shù)能大大提升企業(yè)的制造能力。中國(guó)需要在保持工業(yè)增長(zhǎng)的同時(shí)完成工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),數(shù)字化制造技術(shù)的應(yīng)用將起到非常關(guān)鍵的作用。
CIMdata將“數(shù)字化制造”定義為一套支持設(shè)計(jì)和制造工程團(tuán)隊(duì)之間進(jìn)行協(xié)同工藝規(guī)劃的解決方案,它采用最切實(shí)可行的流程,允許訪問包括工具和制造流程設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整的數(shù)字化產(chǎn)品定義,它由一系列支持工具設(shè)計(jì)、制造流程設(shè)計(jì)、可視化、仿真和其它優(yōu)化制造過(guò)程所必須的分析活動(dòng)的工具集組成。更廣義的“數(shù)字化制造”概念則指將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的工藝規(guī)劃和實(shí)際的制造過(guò)程中,通過(guò)信息建模、仿真分析和信息處理來(lái)改進(jìn)制造工藝,提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低制造成本所涉及的一系列活動(dòng)的總稱。
數(shù)字化制造的內(nèi)涵可理解為DP4R,即數(shù)字化產(chǎn)品定義(Product)、數(shù)字化工藝流程規(guī)劃(Process)、數(shù)字化工廠布局規(guī)劃(Plant)、車間生產(chǎn)數(shù)字化管理(Production)和數(shù)字化制造資源(Resource),這里的資源既包括數(shù)字化設(shè)備(比如數(shù)控加工中心、機(jī)器人等),也包括工具、工裝和操作工人。
在Siemens PLM Software的定義中,數(shù)字化制造是利用仿真工具、三維(3D)可視化工具、分析工具以及各種協(xié)同工具組成的集成化計(jì)算機(jī)系統(tǒng),同時(shí)創(chuàng)建產(chǎn)品定義和制造流程定義的過(guò)程。數(shù)字化制造是由各種制造方案演化而來(lái)的,比如面向制造的設(shè)計(jì)(DFM)、計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)、柔性制造、精益制造、以及對(duì)產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì)協(xié)同要求更高的其它制造方案。
在Siemens PLM Software大中華區(qū)首席執(zhí)行官兼董事總經(jīng)理梁乃明看來(lái),數(shù)字化制造正改變著商品的生產(chǎn)方式,并即將成為制造業(yè)發(fā)展新的動(dòng)力。正是因?yàn)閿?shù)字化制造技術(shù)對(duì)工業(yè)轉(zhuǎn)型有著至關(guān)重要的意義,制造業(yè)將通過(guò)充分利用信息物理融合系統(tǒng)等手段,不斷向“數(shù)字制造”轉(zhuǎn)型。這一趨勢(shì)和Siemens PLM Software的愿景是吻合的,Siemens PLM Software的解決方案將現(xiàn)實(shí)和虛擬的生產(chǎn)世界相結(jié)合,著力推動(dòng)制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展。其持續(xù)的創(chuàng)新能力、完整的產(chǎn)品線和豐富的行業(yè)知識(shí),為“工業(yè) 4.0”的到來(lái)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
圖1 西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地自動(dòng)化生產(chǎn)線
梁乃明介紹,西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)和研發(fā)基地(SEWC)是西門子在德國(guó)之外建立的首家數(shù)字化企業(yè),這家工廠以突出的數(shù)字化、自動(dòng)化、綠色化、虛擬化等特征定義了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,是“數(shù)字化企業(yè)”中的典范。作為西門子工業(yè)自動(dòng)化全球生產(chǎn)及研發(fā)體系中最新建成的一座‘數(shù)字化企業(yè)’,SEWC將最先進(jìn)的數(shù)字制造技術(shù)帶到中國(guó)。
Siemens PLM Software在工業(yè)4.0愿景中扮演重要角色
所謂“工業(yè)4.0”,即第四次工業(yè)革命。如果說(shuō)第一次工業(yè)革命是以蒸汽驅(qū)動(dòng)的機(jī)械化為代表、第二次工業(yè)革命是大規(guī)模生產(chǎn)及電氣化為代表、第三次工業(yè)革命是以自動(dòng)化/電子/IT軟件為代表,那么第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵詞則是Cyber-Physical System。Cyber-Physical System的提出源自德國(guó)政府的一個(gè)戰(zhàn)略項(xiàng)目,其目標(biāo)是保持德國(guó)制造業(yè)的戰(zhàn)略地位,并助力德國(guó)的教育與研發(fā),為此德國(guó)政府組織了20多家德國(guó)企業(yè)、機(jī)構(gòu)、大學(xué)共同參與,西門子是兩家牽頭單位之一。
Cyber-Physical System被普遍認(rèn)為是下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì),它不僅保留現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備和系統(tǒng),還將極大地拓展各種計(jì)算的應(yīng)用范疇,徹底整合物理世界與信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)真正的互聯(lián)互通與信息共享。對(duì)于德國(guó)政府而言,這一戰(zhàn)略旨在解決城市化、網(wǎng)絡(luò)化、工業(yè)市場(chǎng)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)。
“對(duì)于‘工業(yè)4.0’這樣一個(gè)愿景,還需要長(zhǎng)時(shí)間的探索,而Siemens PLM Software在這一愿景下的定位,無(wú)疑是明確的。”Siemens PLM Software大中華區(qū)售前技術(shù)總監(jiān)方志剛說(shuō),“通往工業(yè)4.0的必由之路是全面整合優(yōu)化產(chǎn)品生命周期和生產(chǎn)生命周期,而Siemens PLM Software扮演著世界級(jí)實(shí)踐者和全球領(lǐng)先的供應(yīng)商兩個(gè)重要的角色。”
方志剛介紹:作為“工業(yè)4.0”的實(shí)踐者,Siemens PLM Software的解決方案包括NX、Teamcenter、Tecnomatix、Simatic、全集成智能化系統(tǒng)等在西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地(SEWC )進(jìn)行了全面的應(yīng)用。這些解決方案同樣在德國(guó)的安貝格電子工廠進(jìn)行了應(yīng)用,安貝格還被冠以歐洲最佳工廠的殊榮。西門子工業(yè)集團(tuán)IEC項(xiàng)目是Siemens PLM Software實(shí)踐的另一代表作,2007年成立時(shí),IEC項(xiàng)目是全球規(guī)模最大的數(shù)字化研發(fā)工廠項(xiàng)目,經(jīng)過(guò)5年的分步實(shí)施,Siemens PLM Software的解決方案如今可以支撐100多個(gè)國(guó)家、超過(guò)1500個(gè)國(guó)外供應(yīng)商、1200多名用戶以及250多萬(wàn)零件的應(yīng)用。“We use what we sell and we sell what we use”——是西門子差別于其他供應(yīng)商的獨(dú)特之處,也使得Siemens PLM Software解決方案有著更豐富的工業(yè)實(shí)踐。
“作為工業(yè)軟件產(chǎn)品供應(yīng)商,Siemens PLM Software則積極投資于新產(chǎn)品開發(fā)和戰(zhàn)略性并購(gòu),以提供無(wú)與倫比的西門子工業(yè)軟件和PLM的產(chǎn)品組合。”方志剛說(shuō)。
圖2 Siemens PLM Software提供的工業(yè)軟件和PLM的產(chǎn)品組合
方志剛指出:“經(jīng)過(guò)持續(xù)的研發(fā)和一系列的并購(gòu),Siemens PLM Software目前的產(chǎn)品線非常完整,包括設(shè)計(jì)、制造、仿真和管理一體化的解決方案。面向數(shù)字化制造領(lǐng)域,則主要提供Tecnomatix、Teamcenter、NX CAM和CAM Express產(chǎn)品。Tecnomatix是一個(gè)綜合性數(shù)字化制造解決方案產(chǎn)品組合,它將所有的制造學(xué)科與產(chǎn)品工程學(xué)聯(lián)系在一起――從工藝布局和設(shè)計(jì)、流程仿真和確認(rèn),一直到制造執(zhí)行;Teamcenter是世界上應(yīng)用最廣的PLM軟件之一,Teamcenter將全球產(chǎn)品開發(fā)與制造組織中的人員與他們?nèi)〉贸晒λ璧漠a(chǎn)品和流程知識(shí)聯(lián)系起來(lái),不僅推動(dòng)了創(chuàng)新,而且使生產(chǎn)更加高效;而NX CAM提供的一整套功能可以處理高速表面切削加工、多功能銑床車削加工以及5軸切削加工;CAM Express完整加工包則是一個(gè)全面的產(chǎn)品,用于5軸車床編程,包括多功能5軸車銑機(jī)床。它能夠快速而精確地加工一系列車削件和銑削件,包括基于特性的定制零件。”
在采訪最后,方志剛還介紹了Siemens PLM Software參與“兩化融合”項(xiàng)目的成果。他說(shuō):“我們?cè)趨⑴c清華大學(xué)牽頭的兩化融合國(guó)家戰(zhàn)略研究時(shí),與工信部、國(guó)資委信息中心等部門達(dá)成了一個(gè)共識(shí):下一場(chǎng)信息技術(shù)革命將發(fā)生在工業(yè)領(lǐng)域,兩化深度融合的推手則是工業(yè)軟件。為此,Siemens PLM Software正積極推動(dòng)工業(yè)行業(yè)的信息化及其標(biāo)準(zhǔn),為數(shù)字化制造技術(shù)的推廣奠定基礎(chǔ),并助力更為廣泛的數(shù)字化企業(yè)的建設(shè)和普及。
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本文標(biāo)題:數(shù)字化制造,助力“工業(yè)4.0”時(shí)代
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