UGITC技術總監張磊
工業4.0是熱門的話題，現在工業產品的變化速度越來越快，從大家熟悉的汽車到日常用到的手機，更換的頻率比以往快了很多。半年甚至更短的時間內就會有新的產品推出。這就導致了制造行業的競爭越來越激烈，企業需不斷的壓縮產品設計制造周期。
作為國家經濟運行當中非常重要的一個環節，國家越來越重視制造業。從制造業的全球大趨勢來看，制造的全球化、中國人口結構等因素，都會對中國制造業產生影響。在人口年齡結構來看，原來老的制造工人都隨著年齡的增長會逐步慢慢退休，獨生子女的政策導致的人口的變化，也都會給制造業帶來挑戰。
各國對于制造業發展都推出了不同的計劃，比如德國推出工業4.0；中國推出了兩化融合，高端制造業和高端裝備；美國推出的高級制造合作伙伴等。
在這里面可以看到西門子是一個什么角色呢，首先它是企業用戶的戰略級合作伙伴，因為它提供了制造企業里面經常會用到的，像CAD、PLM這一系列企業經常會用到的軟件產品。西門子軟件是企業的戰略合作伙伴，同時是鏈接虛擬端和現實端的重要供應商。
圖1 西門子在工業4.0路線圖中的角色
工業4.0是西門子一起參與的，西門子是4.0的一個引領者。這里面就要看一下，作為工業4.0來講實際上有很多的解釋版本和說法。其中最重要的元素是數字化模型，或者叫做智能化產品。所謂數字化的三維模型是包括了生產步驟所有的信息，比如現在很多企業正在推行的MBD技術，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。自主生產的設備和設施，企業里面的數控設備是最基本的智能設備，結合現在發展的機器人和制造系統等等，就可以形成一個完整的網絡化生產設施的體系，它能夠對生產布局進行靈活的調整，這樣就構成了最基本的工業4.0。
西門子認為企業要實現4.0，必須要有數字化平臺，必須先有數字化的模型,才能將數字信息傳遞到制造設備上去進行智能制造。早些年企業上的CAD和PLM，這都是作為進一步向制造端延伸的一個基礎平臺。再結合信息融合系統，就能夠在企業里面滿足實施工業4.0的要求。
西門子是一個全球的供應商，同時也是工業4.0的引領者和倡導者，我們可以看到它提供的產品包含了大家所熟悉的NX軟件，還有其他終端解決方案。最重要一點是提供了實施工業4.0的完整解決方案。所有的家族產品都采用單一的數據源，在這些產品當中不需要進行數據轉換，給用戶一個很好的體驗。
作為工業4.0標準來講，德國目前已經準備進入工業4.0，中國更多的是從工業2.5向工業3.0邁進的過程中�？梢钥吹�，目前很多中國制造企業三維的設計都已經得以實現了。但是延展到制造可能很多企業才剛剛起步。有的企業買了一些智能數控設備，但是還是有相當一部分企業采用傳統的手工加工制造的設備。當企業使用智能設備一段時間以后，便發現要把這些設備用好需要很多的知識累積。因為以前更多的是靠工人師傅的手藝，現在卻需要很多知識庫的支持。比如說切削工藝參數，刀具特性，切削方法等。這樣的知識都是一點點建立起來的。目前在很多企業里面，這些知識經驗庫大多處于零散的狀態。
制造業最主要的核心是加工，影響加工有五大要素，分別為：刀具、機床、控制系統、編程軟件和人員經驗。我們來舉個例子：加工的過程當中，如果是各自獨立系統的時候，如果企業的領導告訴要求把零件加工質量做的好，需要達到比較好的精度和外觀時，一般情況下會在編程的時候把刀軌的密集點，精度調高點。但實際加工過程當中，這樣調整并不一定就能達到很好的效果，而且還會導致某些區域的加工質量下降。
在軟件編程的時候會發現需要很多知識去把控，結果會發現加工不好的因素可能源于設計的精度要求。例如在葉片加工的時候，如果設計精度是只有S級，當加工編程時把編程精度調到μ級的時候，反而質量會下降。因為你在S級精度下去設計時候的一些細微皺褶，在S級的檢查要求下是完美的，當你用μ級精度在進行加工的時候，你就會發現這些皺褶就被無形放大了，產生了很多點位，造成了加工質量下降。
所以對于一個問題的解決實際上有很多的方法，一個是人員的經驗，另一個是機床設備，包括跟設計達成一個同步，都能達到很好的解決，也就是說必須站到一個高度看問題。
如果單純的想要把制造水平提升上去，數據之間還要通過轉換和讀取來實現的話，這樣工業4.0實現是很困難的，因為沒法進行協同無縫集成。只有從設計端一直到制造端進行有效的傳遞，在整個生產環境當中，可以把加工、驗證等相關信息經過一個平臺來進行有效的串聯。集成了信息源以后，就可以把生產中經常會用到的加工制造信息，以及經驗方法都集成在平臺上面。這樣當加工時，編程人員在進行程序編制的時候，就可以知道有什么樣的設備和平臺。同時還可以把制造仿真系統也集成到PDM平臺當中來。
利用TCM的系統，我們可以把車間智能設備跟編程完全的集成在一起，不僅僅是把這些程序傳輸到設備上，還可以很快的確保加工數據實時地被管控。質量檢測和管理系統集成上面都會有一些檢測的設備，可以通過軟件直接進行一個檢測質量的管理，同時這些數據也可以傳遞到設計軟件中，和原始設計數據模型進行一個比對。如果這個時候設計模型包含了MBD的制造信息，就可以知道模型之間的誤差有多大。
基于TCM的結構化工藝數據，典型零部件的加工工藝就可以在平臺上實現追蹤，從毛坯到粗加工、精加工。到底用了什么樣的設備，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，這個模板可以反復使用，確保一個成熟的工藝。同時在加工的過程當中，如果將來加工的零部件和制造的對象產生制造問題的時候，我們可以進行快速的追溯，直觀地知道哪個工序有問題。
圖2 西門子打造工藝規劃與生產環境體系
TCM體系建立以后，可以對企業現有的一些服務體系給予了很好的支持，我們可以把工時和定單號傳給MES。如果有制造系統，可以傳遞信息到MES來檢測效果等。對于成熟的制造企業來講，隨著工業4.0的來臨，西門子會提供更多的內容給客戶，除了前面所看到的內容，還會對虛擬模型在制造過程中模擬仿真可能存在的問題進行解決。
包括有人員參與的過程，也可以通過電腦來虛擬人工環節，快速評估工時，工作量，效率，可操作性等，然后形成整個產品的完成過程，一樣可以編制成一個工藝流程。工業4.0不是全部的無人化生產，可能還會涉及到一些人工的部分。同時，支持復雜的工業機器人。西門子最新的版本支持這些規劃場景，也就是有多少工藝設備，包括工藝模型，都可以進行有效規劃。
以前可能是對單個節點的編程，或者對單個節點的規劃，隨著提供了新的能力以后，在這條生產線上面有多少臺設備，每個設備的布局，包括設備的節拍和設備的復雜性，都可以進行優化。
圖3 數控程序傳輸及管理系統
圖4 質量檢測和管理系統
西門子可以模擬很多加工過程，包括搬運、焊接、打磨、協同等等，可以和實際的效果是完全一樣的，實際上這些技術已經在很多汽車制造企業使用了。汽車整車生產線可以比較完整的展示未來期望的工業4.0的狀態。關于工業4.0的討論，從整個潮流和趨勢來看，發展得非�？臁Ｔ诤芏嗲闆r下是在推進企業的轉型。富士康以前在河南建工廠的原因就是人員成本因素，剛開始機器人是75萬一臺，現在是20萬一臺，20萬一臺也就是2-3個工人年工資的水平，而且國家還在每年提高工資的最低水平，將來越來越多的機器人會進入到企業制造當中去。
現在從高端制造業來講，像美國、德國已經把制造業回流了，低端的制造業往東南亞轉移，高端的制造業可以使用機器人，一旦有了人工智能和人工機器人，企業的制造能力會成倍的提升。
西門子PLM在全球客戶的裝機量和使用量是最大的，國外有很多客戶都在使用西門子產品。在過去的一年當中，在PLM整個市場當中，西門子PLM在八個領域都獲得了第一的排名，包括總收入、凈銷額等指標，也足以顯示西門子在這個領域處于一個領導者的地位。
圖5 2013 年中國主流PLM市場的TOP10廠商的總收入
聯宏公司是西門子在中國最大的合作伙伴，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構。目前公司技術團隊擁有西門子綠帶級專家5人，同時也是西門子的重要技術培訓中心之一，提供西門子在PLM方面的培訓和其他增值服務。
圖6 聯宏公司-發展歷程
本文根據UGITC技術總監張磊在“第十屆中國制造業產品創新數字化國際峰會”上的發言整理而成，已經本人確認。
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本文標題：西門子引領制造業邁向工業4.0
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