葉時針：西門子離散制造數字化理念|V課堂第63期
西門子憑借在電氣化、自動化和數字化領域的豐厚經驗，針對離散行業和過程行業的數字化企業設計了大規模定制化數字化企業示范線，且它的數字化實戰理念貫穿了企業整個價值鏈的整合及數字化轉型。第63期【智造+V課堂】，西門子(中國)有限公司數字化業務總監葉時針和大家一起分享西門子離散制造數字化理念，體驗數字化制造成果以及數字化建設的一些落地思路。
分享嘉賓
葉時針
西門子(中國)有限公司華東大區數字化業務總監
葉時針先生秉承“嚴謹、耐心、專業、精益求精”的匠人精神，用18年的時間只專注做一件事。他是西門子數字化轉型發展的奠基人，是奮戰在企業信息化前線的大前鋒，是既東業務又熟知專業的擁有豐富實戰經驗的實戰專家。
分享主題
西門子離散制造業數字化理念
演講大綱
1.西門子數字化制造體系介紹
2.西門子數字化雙胞胎
3.以產品研發制造為場景，體驗數字化制造
4.國內企業數字化建設的落地思路
原文實錄
原文實錄context：
今天主要是想跟大家分享一下西門子公司對于建設數字化企業的一些思路和做法。工業 4.0 到現在為止還只是愿景，需要一個相對較長的時間才能實現，而數字化是走向工業 4.0 的必經之路。我做了幾頁膠片，并做一些解讀。
上圖列舉了一些數字化工廠和智能工廠(工業 4.0)最基本的特征。
對于智能工廠，一個最典型的特征就是能滿足個性化需求的大規模定制(customized Unrestricted mass production)，既滿足個性化需求，又能低成本快速交付。要實現這樣的愿景，需要看相關技術的發展水平。而就目前的軟硬件技術來說，實現數字化是可望而且可及的。當然，建設數字化工廠同樣不是一蹴而就的。數字化工廠他能帶來什么呢?我們總結了四個字：“快活好省”。這也是市場對制造業的要求。
***個是快，也就是說新產品的設計、開發和市場導入會大大加速。
第二個是活，直觀的說大家很熟悉的一句話是柔性生產，比如說現在車廠一條生產線上可能會生產不同型號的車，幾乎是在同時，可能前一輛是這種車型，那種顏色，后一輛是另外一種車型。
第三個是好，也就是說能夠實現完整的質量控制和服務。
第四個是省，也就是提高資源的利用效率，比如能源，比如設備的利用率等。
這張圖片是想強調我們的一個觀點。就是實現數據化，是要實現全價值鏈的數字化，也只有這樣才能保持企業的持久的競爭力。
在工業 4.0 的白皮書中，有三個描述，叫橫向集成，縱向集成和端到端的集成。所謂橫向集成，就是整個供應鏈的集成;縱向集成，是指從產品概念設計一直到制造出來的整個過程，也就是說從你的設計辦公室一直到車間現場的管理系統是無縫集成的。***一個端到端的集成是指產品的研發到服務全生命周期或者叫整增值鏈的集成。
西門子對數字化企業的一個核心觀點是要實現從產品研發、制造規劃、制造工程、實際的生產一直到售后服務，全價值鏈的數字化，并做到無縫集成。即形成完整的企業數字化模型，或者比較流行的概念，叫做數字化雙胞胎。
企業的數字化模型(數字雙胞胎)通常認為有三個主要的部分組成，一是產品的數字雙胞胎，也就是要說建立企業模型的話首先要有產品的數字化模型。二是工藝的數字雙胞胎，現在大部分的企業都已經實現了數字化設計或者是三維設計，但是往往只是外形尺寸上的，但數字化雙胞胎實際上還應該包括這個產品的材料，生產工藝，工裝，質量信息等等，使產品模型成為活的細胞，而不僅僅是圖形。三是裝備(產線)的數字雙胞胎，也就是說工廠的所有設備、生產線，也是數字化的，也是活的模型，只是實現閉環制造的前提。
***這三個模型集成在一起就變成了整個企業的數字雙胞胎。但是要實現這三個模型的集成，其實并不那么容易，這里需要特別強調的是形成一個非常非常強大的企業的主數據平臺。也就是說你所有的產品的工藝的裝備等等這些數據信息應在在同一個平臺上產生，這樣才有利于數據的互相之間的流動和利用。所以我們特別強調要建設一個數字化企業，需要建立一個主數據平臺。
剛才主持人說西門子積累了十幾年的經驗或者說經過了十幾年的布局和投入，西門子自從收購 UGS 以后逐步逐步發展了一個企業級的協同平臺，叫 teamcenter，這個平臺他可以連接所有的相關方，也就是說他是一個非常強大的協同平臺，有任何設計產品工藝等等方面的改變，都可以通過平臺去通知去相關方做相應的改變，包括供應商等等相關方在內。比如說汽車廠，我們這個平臺在汽車廠的應用是特別廣泛的，我們的市場占有率是***的，現在一個車廠，比如說奔馳要設計一輛新車型的時候，他的配套廠商比如說設計一個汽車的線束，他會要求配套廠商在同樣的平臺上工作至少要能傳送相同數據格式，或者是被 teamcenter 能接收格式的文件，能夠任何的改變都會被同步。也就是說實現高效率，并且幾乎沒有差錯的設計。
接下來我想用一個案例來說明，我們這個所謂數字化企業大概是怎么回事?剛才已經強調了我們是要把數字化貫穿到全生命周期的整個增值鏈當中，我們把增值鏈分成五個部分：
***部分就是設計。我們以西門子工控機為案例。我們使用 NX 3D 設計軟件。通過使用 NX 做三維的設計，NX 還有很多仿真和驗證的軟件。所謂的 CAE或者 CAM 軟件，這個圖的右邊就表示我們在工控機設計完成以后，做機箱發熱的仿真驗證。這就是產品數字化雙胞胎的***步。數字化的好處是能夠減少研發的時間和成本。怎么減少?以前往往是把設計完成后先制作做成幾個樣機進行測試。當測試完成以后，進行設計修改和調整，再做樣機，再測試…,但數字化以后，我們是在電腦里面完成前幾步，利用軟件來進行仿真，來校驗來迭代你的設計。也就是說你不需要真正的實物投入，并大大節約了驗證的時間。
第二步是產品生產規劃和流程。產品的數字化模型應該包括制作工藝。當工藝確定后，同樣可以用我們的仿真軟件做驗證，包括人體工程學的仿真，裝備單元、生產線仿真和虛擬調試，及全廠物流的仿真。這同樣可以降低設備的試制成本和周期。
西門子的這個仿真軟件叫 Technomatics 和 MCD, 西門子 PLC 和 DCS 同樣有仿真和虛擬調試功能，并且可以和西門子的數據軟件交互集成。舉個例子說，你設計了一個機器人的機臺，設計完以后，軟件就能直接轉換成 PLC 的程序。開個玩笑說，以后也許 PLC 的編程工程師都不需要了。同樣反過來，當 PLC 的程序已經編完以后，不需要采購 PLC 就能用 PLC的仿真軟件直接去運行測試。上圖是 MCD 設計的機臺，PLC 的程序在指揮機器的動作，以便及時發現這個機器設計和工作程序上可能存在的問題，及時解決。***在投入生產制造。
當物理的車間建立起來了以后，我們現在要做的一件事情就是生產管理和生產線之間的集成，為什么要集成呢?也就是數字化的一個最基本的要求，要有實時數據，實現閉環制造MOM 大家很熟悉，以前叫 MES，現在增加一些比如說 APS 的這些功能，變成一個制造管理系統，而不是簡單的生產執行系統。我們認為這是一個中樞環節，也就是說能夠把你的設計圖紙工藝清單變成生產線上的一個個的制作過程。
西門子比較強調把生產線所有的動態過程和你要求的生產工藝完完整整的結合起來，所謂全集成。通過 MES 把這個主數據的要求和生產線，以及生產線的現實狀況的反饋，比如說質量數據等等這些信息的反饋，形成了一個閉環制造的過程。從整個生產過程來說我們就基本上已經完成了數字化的制造，回過來在稍微總結一下，也就是說從一個產品的設計它的工藝設計，生產線的設計***到生產線運行，以及運行過程中產生的數據反饋回設計工藝端，這就形成閉環制造。數字化制造也可以理解成，制造過程是可以在電腦里進行的，真正的生產只是電腦里的是完全復制的過程，也就是數字化雙胞胎。
在數字化制造的***一步— —制造云，西門子的這個產品名字叫做Mindsphere, 是一個 plant data service 平臺。西門子的制造云是為大家提供一個大數據平臺，大家一起來開發 APP，類似 iOS, 大家開發各種各樣有用的 APP放在這個平臺上去使用。
這里我們對剛才說的案例解讀，做一個回顧，也就是說西門子的數字化理念，和能提供的產品，右下腳做了一些注釋，首先我們要有一個企業數字化的平臺，也就是主數據平臺或者叫協同平臺，來形成一個企業的數字化模型，或者數字化雙胞胎。有了這樣一個數字化的模型重要意義是能提高企業的創新能力，主要是說利用公用的數據和數據流動，能夠讓你的新產品開發加速。
第二個西門子的 CAD，CAE，CAM 和仿真軟件以及他的 MES，或者現在說的MOM 這些軟件體系，西門子軟件是基于共同的數據平臺的，這是我們的優勢所在。大家可以用不同的軟件和平臺去實現不同的功能，比如說用 A 公司的設計軟件，B 公司的 MES，C 公司的自動化產品等等，在實現集成上相對比較困難，最終可能形成信息孤島。
第三個就是剛才我們提到過的云，云是一個特別熱的話題。目前也有很多公司在做云，包括阿里，包括谷歌、亞馬遜都在做這樣的云，可是他們的多數是商業應用的偏多一點，在以設備維護，工廠運營數據作為主要對象的云，西門子的Mindsphere 主要關注這個方向。
***一條是額外的，但是也是非常重要的。因為數字化必然帶來對外的網絡連接，信息安全方面的風險也隨之而來，所以工業網絡和信息安全也是我們關注并能提供解決方案的重要內容。
剩下一點時間我給大家稍微介紹一下，怎么去體驗一下數字化制造。我們在成都有一個生產 PLC 和工控機的工廠，目前我們認為這是一個相當數字化的工廠，能看到剛才我們提到的一些主要的因素，歡迎大家去參觀的。我們還有一個選擇是我們在六月初我們會在北京西門子中心建立一個數字化企業體驗中心。這個體驗中心我們會有一條演示生產線，當然這不是一個真實生產給客戶交付的產品的生產線，是一個模擬生產的生產線，生產印章。印章分三個部分，一個是章體本身，章體身上刻字;第二個是鈕，這個紐本來是圓柱形的材料，可以按你的要求設計成不同的尺寸和形狀，當場加工。另外一個就是一個蓋子作為一個包裝的步驟來體現整個生產過程。
大家看到在上方的這張圖上，左上方是料倉，通過機器手自動取料，然后到右邊通過傳送帶送到各個工位。兩個綠色的部分是兩臺加工中心是兩臺機床，來加工和刻字。這是真實加工的，我們這條生產線曾經在去年的上海工博會上展出過，那時候功能還沒有做到非常非常完善，但是是真實運營的。
接下來我們也設置了一些自動檢測、打標、鈕和章體組裝，***包裝和交付。這些工藝環節，基本上能覆蓋一般生產制造企業所常見的一些工藝過程。在整個過程當中我們是每個工位都設置了一些顯示屏，這些人機界面上能夠看到一個訂單從頭到尾每一步，什么時刻在做什么等等，所有的過程。同樣大家看圖的下面，我們也做了一些屏，讓大家比較直觀的看到剛才說的產品生命周期的五個階段里面的每個過程。當你下單以后我們就看到三維的圖形，當你確認這個圖形是正確的，那么他是開始安排生產。后面流程幾乎全自動。體驗中心里面我們還會有別的一些具體的功能軟件等等方面的演示。到時候也歡迎大家去北京參觀。
***分享一下如何建設數字化工廠，我們通常建議先做一個完整的數字化工廠規劃。這張圖上是我們總結的關于數字化規劃的一些關鍵點或者流程，我們分成七個部分，***個部分是愿景和對標，***管理層必須得有一個方向和目標，比如產能、質量規劃等等愿景。然后按照這個愿景和一些比較先進的工廠，比如說西門子的成都的工廠進行一些對標。然后通過對生產流程的設計形成數字化的藍圖，也就是說整個信息化的架構等等能夠初步的體現出來。當然對于一個新的工廠來說，到了具體的設計的時候，就會牽涉到整個布局包括物流，西門子的Technomatics 仿真軟件能提供幫助。然后是自動化的生產線概念設計。再接下來信息化架構。我們認為實現數字化，是一個逐步實現的過程。所以在規劃做好好以后，還需要設計一個實施的路線圖。
那么我***一個張照片是給大家有一個印象，我們給客戶做的實施的計劃，包括路線圖，藍圖等等這些大概是什么樣子。總之我們想強調的是說規劃先行，設計先行，應該在這里多花點時間把所有的事情想清楚了再去做，當然不是百分之一百清楚，始終在實施過程當中會有做一些調整。
