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西门子:我们像设计产品一样设计建造了一座工厂

作者:石林才2022.06.21阅读 1759

  6月17日,对于西门子来说,发生了一件具有里程碑意义的大事,那就是西门子的全球首座原生数字化工厂,西门子数控(南京)有限公司(SNC)新工厂在这一天正式投运了!
  原生数字化工厂,这是一个什么样的工厂?何为“原生”?这样的原生工厂会带来什么样的好处?为何这是具有里程碑意义的一件大事?CONTROL ENGINEERING China 受邀参加了当日举行的媒体发布会,我们来一起看看西门子的领导们都怎么说。

西门子数控(南京)有限公司(SNC)新工厂。图片来源:西门子

  这是一座同时生产电子和电机的工厂 
  SNC成立于1996年,是西门子在运动控制领域在德国以外最大的研发和制造中心,其主要产品线覆盖数控系统、通用变频器、伺服电机和齿轮马达等产品,广泛应用于汽车、航空、电子、制药、物流和新能源等高端制造行业,并有大量产品出口海外市场。
  此次投产的SNC新工厂是为了满足SNC急需大幅扩大产能的需要,完全新建的一个工厂,厂址位于南京市溧水经济开发区。

西门子数控(南京)有限公司(SNC)新工厂

  从生产的产品看,这座工厂可以同时生产电子和电机制造两大类从原材料、生产设备到工艺流程均截然不同的产品。西门子数控(南京)有限公司总经理周郁荣表示,将这两大类产品放在同一个屋檐下生产,这对任何企业来说都是一项前所未有的挑战。
  建设原生数字化工厂如同设计产品一样
  说到西门子的数字化工厂,我们通常都会提到最接近工业4.0的西门子安贝格工厂,以及她的姊妹工厂西门子成都工厂(SEWC)。尽管本质上都是面向工业4.0的数字化工厂,但相比这两座工厂,SNC新工厂最大的特色在于她是一座原生的数字化工厂。
  如何理解原生数字化工厂?西门子全球执行副总裁,西门子中国董事长、总裁兼首席执行官肖松博士给出了最直接的回答:“原生指的是从设计、规划、建造和生产运营的全生命周期,从零开始,开创性的完全使用西门子自身的数字化理念和技术,让工厂从无到有,由虚到实,这就是原生的含义。”

SNC原生数字化工厂

  肖松博士介绍说,在SNC新工厂破土动工之前,西门子就已经在虚拟世界里用西门子自己的软件,完成了从工厂需求、分析到建成、运营全过程模拟仿真和验证,而在实际建设过程中,通过大数据的分析,进一步优化生产流程,为实际生产提供实时可靠的数据支撑,实现数字化制造和管理。
  “这座原生数字化工厂的建成,证明了我们可以像设计产品一样,设计我们的厂房和产线,西门子数字孪生技术,覆盖了我们的产品以及工厂的全生命周期,也就是实现了一种持续优化的闭环,可以说是西门子推进数字化转型实践的一个关键里程碑。” 肖松博士总结道。
  原生的核心是数字孪生 价值在于虚拟调试 
  作为西门子全球首座原生数字化工厂,SNC新工厂全面展示了西门子先进数字化企业理念与数字孪生技术的切实价值。在工厂虚拟建设阶段,西门子凭借覆盖工厂需求分析、布局设计、生产流程仿真以及虚拟调试等环节的数字孪生技术,完成了工厂在软件系统中的虚拟建设。
  在实体建设及运营阶段,基于西门子工业云的大数据分析及其与工业物联网系统的有机结合,打通从研发到生产运营各环节数据流,为实际生产提供实时可靠的数据支撑,进一步优化生产流程。
  “SNC新工厂诠释了西门子以数字孪生技术为核心的数字化企业解决方案所蕴含的巨大潜力。” 西门子(中国)有限公司执行副总裁、西门子大中华区数字化工业集团总经理王海滨说道,SNC新工厂的关键之处在于,在工厂的设计环节,已经对整个工厂、产线、设备、工艺等进行了虚拟仿真、虚拟调试、虚拟生产和验证,从而改进工厂的设计。

虚拟世界中的SNC新工厂

  王海滨表示,尽管现在每个工厂设计都会有图纸,但这些图纸并不能在计算机里按照实际的生产运行起来,所以无法进行仿真和验证,一旦在工厂或者产线建成后再发现设计有问题,试错成本将是巨大的。而有了虚拟调试,就可以避免这种试错,这就是原生数字化工厂的核心内涵和真正的价值所在。
  据介绍,新工厂投产之后,产能将提高近2倍,生产效率提升20%,柔性生产能力提升30%,产品上市时间缩短近20%,空间利用率提升40%,物料流转效率提升50%。
  原生数字化工厂,西门子“我喝自己酿的酒” 
  西门子一直是工业数字化转型的全球布道者,其积极推动的数字孪生技术也是当前数字化转型的重要支撑。西门子数字孪生包括产品的数字孪生、工艺和产线的数字孪生、性能的数字孪生。而这一次,西门子将一个工厂看作一个产品来设计、制造和使用,在不同的产品生命周期创建了这三个数字孪生,从一个布道者变成了一个实践者。 
  从零开始在一块绿地上创建一个现代化工厂,给了西门子一个全面实践数字孪生工厂的机会,但更重要的是,充分证明了西门子在今天具有建造一个原生数字化工厂的能力。
  西门子是当今全球为数不多的能在产品研发、制造过程以及工厂管理的完整价值链上,提供三个数字孪生创建并互联互通的企业。
  在设计研发阶段,西门子有NX三维设计及仿真软件,可以设计工厂的厂房、产线、产品的三维模型,直观呈现产线布局;各个部门、各个环节产生的机械数据、电气数据以及其它工程组态数据都集成于Teamcenter这个贯穿三个数字孪生的产品生命周期管理平台,方便各职能部门成员之间的共享和协作。

在虚拟世界完成了工厂的建设

  在虚拟生产和虚拟调试阶段,西门子具有覆盖从机器部件、机器、生产单元、生产线到工厂物流的虚拟仿真调试软件。比如Tecnomatix Process Simulate,可以对数字化制造工艺过程,包括零部件制造、装配规划、资源管理、工厂设计与优化、人力绩效、产品质量规划与分析、生产管理等进行仿真测试。而Plant Simulation可以对工厂、生产线及物流进行集成建模仿真优化,能够对车间布局、生产物流设计、产能等生产系统进行定量的验证并根据仿真结果找到优化的方向。

产线的数字孪生

  而到了生产控制阶段,西门子具有业界强大的TIA博途全集成自动化平台和Simatic IT 生产管理软件,以及Mendix低代码平台、MindSphere云平台等,另外,西门子还有工厂现场设备层级的各类仪表、控制器、电机、网络等硬件产品。
  可以说,西门子凭借近乎完美的数字化产品组合,将数字孪生应用到贯穿产品研发到车间生产的工业场景和流程中,实现虚拟与现实世界的融合。
  “我们现在用自己的数字化技术和产品打造一个原生的数字化工厂,就像是‘我喝我自己酿的酒’,等我们觉得这个酒是美酒的时候,我们再去推广给客户,这样就会是经过验证的数字化解决方案。” 周郁荣表示,SNC新工厂也会成为西门子数字化转型的体验中心和赋能中心,让客户身临其境地了解全球领先的数字化技术和理念。
  效率、质量和低碳化的行业新标杆 
  效率、质量和绿色低碳是每一个现代化工厂必须要具备的品质,SNC新工厂通过原生的数字化技术保障了工厂的效率和产品的质量,而在绿色低碳化方面,西门子在规划之初就做了重点考虑。
  据介绍,该工厂采用多项国际先进的低碳环保技术:利用屋顶光伏系统为工厂运营提供部分清洁能源;利用地源热泵技术提高冬季供暖和夏季制冷能效;应用高效率水泵和风机、热回收装置、雨水回收系统、风能和光伏LED路灯、智能照明控制系统和太阳能热水系统,最大限度地节能减排。各项节能减排措施将共同助力SNC新工厂成为一座绿色高效的低碳示范工厂,预计每年可节省约506万千瓦时的电力,6,286立方米的水,减少3,325吨的碳排放。
  肖松博士表示,数字化和低碳化将会是未来西门子在中国发展的两大支点,西门子已经承诺到2030年实现全球运营碳中和,而SNC新工厂也将成为低碳化的标杆工厂。“西门子的制造工厂,都在努力在成为绿色低碳工厂。比如2021年底,上海西门子开关有限公司(SSLS)建设获得了国家级‘绿色工厂’,其他工厂也在制定目标,力求达成这个目标。” 
  结语
  诞生于1847年西门子公司,在成立25年之后,就进入了中国,为中国经济社会发展作出重要贡献。如今,恰逢西门子进入中国150周年之际,全球第一座原生数字化工厂率先落地中国,可以看出西门子在中国的本土化战略正在加速升级。相信有了SNC新工厂的加持,西门子将为中国制造业创新发展带来新的活力。