推动数字化企业发展——西门子的工业4.0之路

本刊记者/宋慧欣

推动数字化企业发展
——西门子的工业4.0之路

本刊记者/宋慧欣

自2010年开始，中国制造业产业变革的呼声日益高涨，无论从产业自身的升级，还是中国整体经济进一步发展的角度来说，中国制造业的变革已经成为中国乃至全球关注的焦点。与此同时，“工业4.0”也迅速成为了热点话题。虽然这一概念最早源于德国，但它对于工业发展4个阶段的定义，获得了业界的广泛认可， “工业4.0”也因此成为了一个清晰可见的共同发展方向——工业发展至第4阶段，将是数字化、互联化、物联化、智能化的集大成之作，无论是德国，还是中国，亦或是美国，均将向这一目标迈进，所不同的将是具体的技术路径与执行体系。在这一背景下，中国政府于2015年5月8日正式发布《中国制造2025》战略，而“工业4.0”的核心目标则成为它的一个重要基础。

虽然基于“工业4.0”所描绘的远景日渐清晰，但对于当前自动化基础参差不齐的中国制造业来说，显然实现这样的目标不是能一蹴而就的事情，如何探索出一条适合自身的转型升级之路成为关键所在。作为推动工业生产过程电气化、自动化和数字化发展的全球领先专业厂商，西门子为中国工业企业指明了实现“工业4.0”的切实之路。西门子（中国）有限公司执行副总裁、数字化工厂集团总经理王海滨表示，对于中国制造业来说，当前所面临的重要挑战是提升生产效率、增加制造的灵活性、以及缩短产品上市时间，而实现这一目标的必由之路便是工业数字化。

四大支柱支撑数字化企业理念

所谓“数字化”，其实不难理解。在数字化企业中，数字化工具嵌入到产品设计、研发、生产规划、生产工程、生产实施以及服务的整个价值链，给制造业带来了巨大的变化。这里的每件产品都有自己的数据信息，贯穿研发、生产、物流的各个环节，实时保存在数据平台中。而工厂的运行，正是基于这些数据和贯穿产业链各环节的控制、 管理系统，实现了无缝的信息互联，打造出了所谓的“透明工厂”。

西门子成都工厂内景

西门子一直致力于帮助中国客户打造数字化企业，为中国工业的数字化之路保驾护航。结合中国制造业企业不同发展层次并存的现状，西门子的数字化企业理念提供了相互支撑的四大支柱：建设数字化企业的起点及基础是数据的统一存储与管理系统。要使整个价值链数字化，则需要应用全面的工业软件套件。西门子针对离散行业的数字化企业软件套件以集成化合作平台Teamcenter为基础，融合了产品生命周期管理软件（PLM）、制造执行系统（MES）与全集成自动化（TIA）。在工业通讯方面，需要部署通讯网络以保证数据的收集和传输能够在企业之间、生产设施以及车间设备之间实现端到端的通讯。西门子能够提供全系列的工业通讯网络产品。生产型企业应该采取措施以保证在工业环境下工厂和网络的安全以及系统的完整性，而西门子的“纵深防御”理念涵盖了工厂安全、网络安全以及系统完整性。以特定行业的专业知识为基础提供基于数据的、数字化的增值服务，西门子提供了一系列基于数据的工业服务。

在刚刚结束的2015德国纽伦堡国际电气自动化系统及元器件展会（SPS IPC Drives）上，西门子以“迈向工业4.0—引领数字化企业进程”为主题，聚焦涉及整个工业价值链各环节的硬件、软件与服务的交互，全面展示实现工业生产过程数字化改造所需的四大支柱：软件、通讯解决方案、安全概念和解决方案以及数字化服务。

此次展会的展台经理Heinz Eisenbeiss在展前新闻发布会上指出：“我们的目标是加强客户的竞争地位，帮助他们更快速、更灵活、更智能地开展生产。我们当前所处阶段的特点是，传统的自动化技术在数字化日益强大的影响之下快速发展，而数字化是‘工业4.0’愿景的核心。”Eisenbeiss认为，支持客户投资面向未来的解决方案以确保逐步实现“工业4.0”所需的所有核心要素，均已被西门子产品系列所囊括。

此次展会上，除了产品和解决方案的集中展示，西门子以实际解决方案形式的特别展示让参观者对于数字化企业有了更为直观的感受。西门子与费斯托公司联合开发的用于包装及灌装机的多搬运器系统。通过利用博途（TIA Portal）进行仿真和下游工程设计，能进行高度灵活的货物运输，实现最大限度的个性化。通过连接到云，该系统产生的所有生产数据均可在运行时进行无缝跟踪和实时监控。凭借这种能力，该展示成为从工程设计到实际运行全面实现机器制造数字化的典范。展示的另一个成功案例是如今配电如何集成于实际运行的数字化工业生产过程。通过利用Sivacon sicube 8MF1系列控制柜模型，参观者可以体验“数字化双胞胎”如何将虚拟控制柜设计与实际的生产自动化结合起来。这里的配电集成于数字化环境是在三个层面进行的：集成于融合大量软件和数据的自动化工程过程，通过具备通讯能力的设备和开放接口集成于工业自动化，以及集成于使用能源数据测量系统、组件和软件的综合能源效率概念。

以实践夯实数字化企业

作为全球电气及自动化领域的领头羊，西门子对于数字化企业理念的探索和践行一直“快人一步”。建于1989年的西门子德国安贝格电子制造工厂是西门子打造数字化企业的第一个成功样本，正是由这家工厂探索出其从传统制造向数字制造转型的技术线路。而2013年落成的西门子成都工厂更成为西门子在中国打造的第一座真正意义上的数字化工厂。其实现了从产品设计到制造过程的高度数字化和互联，通过在整个价值链中集成IT系统应用，实现包括设计、生产、物流、市场和销售等所有环节在内的高度复杂的全生命周期的自动化控制和管理。成都工厂以突出的数字化、自动化、绿色化、虚拟化等特征定义了现代工业生产的可持续发展，是“数字化企业”中的典范。

而随着中国制造业转型升级的深入发展，西门子的数字化企业理念日渐被中国制造业用户所接受，迎来越来越多的“用武之地”。

百威英博（ABInBev）是全球领先的啤酒生产商。在中国，百威英博拥有40多家啤酒工厂，遍布湖北、黑龙江、福建等10多个省区。武汉工厂是百威英博在中国的标杆企业。为了满足不断增长的市场需求，百威英博武汉工厂在2012年6月开始对糖化、发酵和过滤车间原有的17台上位机中的西门子BRAUMAT软件升级至更新的版本，并且发酵工段的4台S5 CPU也升级至S7。紧接着，工厂开始建设新的糖化和发酵生产线，并全部使用BRAUMAT过程控制系统。BRAUMAT是西门子专门面向食品饮料等过程行业开发的全集成控制系统。它具有强大的批次管理和配方管理功能。自1977年推向市场以来，全球已有数以百计的啤酒厂利用BRAUMAT来控制其酿酒工艺。

西门子成都工厂轻松高效的数字化生产线

品质保障，最重要的是在于工艺控制的稳定性。在糖化和发酵过程中，时间、温度、压力、浓度、电导率等众多参数都需要精确、稳定地进行控制。通过生产过程的标准化，配方参数控制方式和时间顺序优化，BRAUMAT能确保产品质量的高度稳定。此外BRAUMAT还大大提高了操作效率，在操作员人数不变的情况下，仍然能够满足新增生产线的运行需求。利用BRAUMAT完善的批次报表功能，以及趋势和报警记录、操作记录系统，各生产订单及其完整配方，以及工序等相关数据都能全部记录和归档。这样工厂可以从任何的最终产品追溯到整个生产过程，为食品安全提供了保障。另外，BRAUMAT可记录1年或多年来整个生产过程中所有设备的运行状况，例如设备启停和阀门开关次数，以及相应设备运行和阀门打开的时间。这给设备维修和更换提供了量化的依据。

国内啤酒市场规模扩大的同时，消费者的口味也在不断多样化。百威英博武汉工厂面向整个中国市场，需要具有对多个产品系列的生产进行灵活安排和实施的能力。对于不同的产品需求，BRAUMAT系统在其特有的配方/订单管理系统中通过灵活、直观的图形化配方编辑和基于批次的订单管理予以实现。工艺工程师可以方便地修改工艺参数、定制生产流程、调试和生产全新的产品。BRAUMAT为百威英博武汉工厂糖化和发酵车间提供了直观易用的配方系统，并符合国际标准ISA-S88.01。操作员在控制室即可监控整个生产过程。配方系统采用图形方式显示各单元的状态信息（如糖化锅），操作更为简单便捷。直观高效的对话框输入，极大简化了操作步骤与配方添加。此外，简单便捷的操作机制有效确保了工厂控制的高度安全。

通过系统升级和酿造扩建，该工厂的年产能从40万吨大幅提高至80万吨。2013年，百威英博对其全球200多家工厂进行评比，考核生产效率、质量、物流效率等指标，武汉工厂综合排名第1。

2014年10月，在世界轮胎装备制造领域占据领先地位的青岛软控股份有限公司率先开始在行业内践行“数字化工厂”的概念，西门子作为软控的战略合作伙伴，全力支持软控在轮胎行业的数字化制造业务，为其提供最新电气化、自动化及数字化产品。

西门子助力青岛软控打造数字化工厂

西门子助力百威英博武汉工厂实现数字化生产

数字化工厂的基础是要将工厂的现场数据、底层执行机构的信息采集上来，为控制层所用，继而为企业管理层提供参考——这就是工厂大数据的特点。要达到数字化工厂的目标，就需升级现有通讯网络。更稳定、更灵活、更高效、更开放的PROFINET完美地满足这一需求。

PROFINET是已经入选国家推荐标准的工业实时以太网。其具有强大的传输能力，从以往以KB/s为计算单位的传输提升到高达100MB/s，其高速数据传输的表现有利支持了工厂数字化的新要求；网络更加灵活，支持多种拓扑结构，可以允许多种技术协议同时进行，还具有实时的无线通讯能力；克服了复杂的工厂环境下普遍存在的电磁干扰问题，在工业生产中，PROFINET小于1us的抖动精度，令数据的传输更加稳定，且时钟频率极为精准，增强了生产的确定性；通过PROFINET自带的诊断功能，可以帮助用户快速找寻到设备故障点，从而在设备出现问题之后进行维护，最大限度减少停机时间，将经济损失降到最低；开放性大幅提升，从而成为可以无缝集成其他总线技术的新利器。

以PROFINET为枢纽，基于企业生产管理平台的核心控制，数据的处理能力将得到尽情释放，软控的管理者完全可以对橡胶制造工厂进行远程监控和预警；基于大数据、根据数据波动，设备具备自诊断功能，总是在将坏未坏之时发现问题，将其上报给服务方，工程技术人员可在远程完成维修；设备在生产过程中，能够进行生产的自纠正，通过自适应算法进行调整，提高生产的稳定性。

借助统一的PROFINET介质，不仅可以帮助软控提高生产水平，而且可以完成企业的精益化管理。与此同时，软控股份也在筹划建设自己的数据中心。未来，通过PROFINET串联，企业的生产管理平台将实现统一的电子数据管理和信息集成，并与PLM、MES、ERP等系统对接，实现全制造环节的互联互通，在生产与企业管理层面全面实现数字化。

近日，西门子的“数字化企业”项目捷报频传。与中国本土工业机器人领导企业沈阳新松机器人自动化股份有限公司达成协议，双方将在数字化制造领域建立战略合作伙伴关系，西门子将全力支持新松在数字化制造方面的业务发展，为其提供最新的自动化、电气化、数字化产品以及相关支持、培训和售后服务；携手国内最大的半潜式钻井平台制造基地烟台中集来福士海洋工程有限公司共同打造的“DP3闭环数字实验室”正式揭牌，并签署新一阶段战略合作协议，将为其提供海洋钻井行业最新、最高精尖的技术支持，以帮助其保持行业领先地位；全球领先的铝合金汽车零配件制造商中信戴卡股份有限公司宣布西门子中标其美国有限公司的制造执行系统等数字制造解决方案。西门子将为中信戴卡提供打造数字化企业所必需的数字化企业软件套件：以西门子集成化合作平台Teamcenter为基础，融合了产品生命周期管理软件（PLM）、全集成自动化（TIA）与制造执行系统（MES），及相关的电气及信息化工程服务和技术支持；与中国煤化工行业最大的技术服务供应商赛鼎工程有限公司签订战略合作框架协议，双方将强强联手打造煤化工领域的“工业4.0”解决方案。西门子为过程工业所提供的从一体化工程到一体化运营的解决方案将在赛鼎得到全面应用，并为赛鼎的数字化之路保驾护航。

显然，随着2015年《中国制造2025》的正式发布，中国制造业的数字化进程已然提速，而西门子将成为中国制造业数字化发展之路的强大后盾。