經濟和技術的變化為全球制造業帶來巨大的轉型挑戰，整個工業領域也正在經歷一場制造業的變革。通過虛擬生產結合現實的生產方式，未來制造業將實現更高的工程效率、更短的上市時間，以及更高的生產靈活性。在西門子倡導的“工業4.0”時代，虛擬世界將與現實世界相融合。
2013年9月，西門子在德國之外的首家數字化企業——西門子工業自動化產品成都生產和研發基地(SEWC)落成并投入運營，這家工廠以突出的數字化、自動化、綠色化、虛擬化等特征定義了現代工業生產模式，并全面應用了Siemens PLM Software的數字化制造解決方案。近日，筆者參觀了這座現代化的數字化工廠，并借機采訪了Siemens PLM Software大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明和Siemens PLM Software大中華區售前技術總監方志剛。
Siemens PLM Software大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明
工業轉型對數字化制造的訴求
當前，中國正處于“中國制造”向“中國創造”發展轉型的關鍵時期。要實現“中國創造”，除了能夠研發先進的產品，更重要的是要能夠高效率地制造出高性能、高質量、高可靠性的產品。目前，CAD、CAE、PDM、ERP、SCM等信息技術在產品研發部門和生產制造部門得到了有效應用，裝備技術水平也在大大的提高，而連接設計與制造橋梁的工藝環節則相對比較薄弱，數字化制造技術逐漸被企業應用。
數字化制造技術的產生只有十幾年，但實踐證明數字化制造技術能大大提升企業的制造能力。中國需要在保持工業增長的同時完成工業轉型升級，數字化制造技術的應用將起到非常關鍵的作用。
CIMdata將“數字化制造”定義為一套支持設計和制造工程團隊之間進行協同工藝規劃的解決方案，它采用最切實可行的流程，允許訪問包括工具和制造流程設計在內的完整的數字化產品定義，它由一系列支持工具設計、制造流程設計、可視化、仿真和其它優化制造過程所必須的分析活動的工具集組成。更廣義的“數字化制造”概念則指將數字技術應用于產品的工藝規劃和實際的制造過程中，通過信息建模、仿真分析和信息處理來改進制造工藝，提高制造效率和產品質量，降低制造成本所涉及的一系列活動的總稱。
數字化制造的內涵可理解為DP4R，即數字化產品定義(Product)、數字化工藝流程規劃(Process)、數字化工廠布局規劃(Plant)、車間生產數字化管理(Production)和數字化制造資源(Resource)，這里的資源既包括數字化設備(比如數控加工中心、機器人等)，也包括工具、工裝和操作工人。
在Siemens PLM Software的定義中，數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同工具組成的集成化計算機系統，同時創建產品定義和制造流程定義的過程。數字化制造是由各種制造方案演化而來的，比如面向制造的設計（DFM）、計算機集成制造（CIM）、柔性制造、精益制造、以及對產品和流程設計協同要求更高的其它制造方案。
在Siemens PLM Software大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明看來，數字化制造正改變著商品的生產方式，并即將成為制造業發展新的動力。正是因為數字化制造技術對工業轉型有著至關重要的意義，制造業將通過充分利用信息物理融合系統等手段，不斷向“數字制造”轉型。這一趨勢和Siemens PLM Software的愿景是吻合的，Siemens PLM Software的解決方案將現實和虛擬的生產世界相結合，著力推動制造業未來的發展。其持續的創新能力、完整的產品線和豐富的行業知識，為“工業 4.0”的到來奠定了堅實基礎。
圖1 西門子工業自動化產品成都生產研發基地自動化生產線
梁乃明介紹，西門子工業自動化產品成都生產和研發基地(SEWC)是西門子在德國之外建立的首家數字化企業，這家工廠以突出的數字化、自動化、綠色化、虛擬化等特征定義了現代工業生產的可持續發展，是“數字化企業”中的典范。作為西門子工業自動化全球生產及研發體系中最新建成的一座‘數字化企業’，SEWC將最先進的數字制造技術帶到中國。
Siemens PLM Software在工業4.0愿景中扮演重要角色
所謂“工業4.0”，即第四次工業革命。如果說第一次工業革命是以蒸汽驅動的機械化為代表、第二次工業革命是大規模生產及電氣化為代表、第三次工業革命是以自動化/電子/IT軟件為代表，那么第四次工業革命的關鍵詞則是Cyber-Physical System。Cyber-Physical System的提出源自德國政府的一個戰略項目，其目標是保持德國制造業的戰略地位，并助力德國的教育與研發，為此德國政府組織了20多家德國企業、機構、大學共同參與，西門子是兩家牽頭單位之一。
Cyber-Physical System被普遍認為是下一代互聯網的發展趨勢，它不僅保留現有互聯網的設備和系統，還將極大地拓展各種計算的應用范疇，徹底整合物理世界與信息系統，實現真正的互聯互通與信息共享。對于德國政府而言，這一戰略旨在解決城市化、網絡化、工業市場發展所面臨的挑戰。
“對于‘工業4.0’這樣一個愿景，還需要長時間的探索，而Siemens PLM Software在這一愿景下的定位，無疑是明確的。”Siemens PLM Software大中華區售前技術總監方志剛說，“通往工業4.0的必由之路是全面整合優化產品生命周期和生產生命周期，而Siemens PLM Software扮演著世界級實踐者和全球領先的供應商兩個重要的角色。”
方志剛介紹：作為“工業4.0”的實踐者，Siemens PLM Software的解決方案包括NX、Teamcenter、Tecnomatix、Simatic、全集成智能化系統等在西門子工業自動化產品成都生產及研發基地(SEWC )進行了全面的應用。這些解決方案同樣在德國的安貝格電子工廠進行了應用，安貝格還被冠以歐洲最佳工廠的殊榮。西門子工業集團IEC項目是Siemens PLM Software實踐的另一代表作，2007年成立時，IEC項目是全球規模最大的數字化研發工廠項目，經過5年的分步實施，Siemens PLM Software的解決方案如今可以支撐100多個國家、超過1500個國外供應商、1200多名用戶以及250多萬零件的應用。“We use what we sell and we sell what we use”——是西門子差別于其他供應商的獨特之處，也使得Siemens PLM Software解決方案有著更豐富的工業實踐。
“作為工業軟件產品供應商，Siemens PLM Software則積極投資于新產品開發和戰略性并購，以提供無與倫比的西門子工業軟件和PLM的產品組合。”方志剛說。
圖2 Siemens PLM Software提供的工業軟件和PLM的產品組合
方志剛指出：“經過持續的研發和一系列的并購，Siemens PLM Software目前的產品線非常完整，包括設計、制造、仿真和管理一體化的解決方案。面向數字化制造領域，則主要提供Tecnomatix、Teamcenter、NX CAM和CAM Express產品。Tecnomatix是一個綜合性數字化制造解決方案產品組合，它將所有的制造學科與產品工程學聯系在一起――從工藝布局和設計、流程仿真和確認，一直到制造執行；Teamcenter是世界上應用最廣的PLM軟件之一，Teamcenter將全球產品開發與制造組織中的人員與他們取得成功所需的產品和流程知識聯系起來，不僅推動了創新，而且使生產更加高效；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全面的產品，用于5軸車床編程，包括多功能5軸車銑機床。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”項目的成果。他說：“我們在參與清華大學牽頭的兩化融合國家戰略研究時，與工信部、國資委信息中心等部門達成了一個共識：下一場信息技術革命將發生在工業領域，兩化深度融合的推手則是工業軟件。為此，Siemens PLM Software正積極推動工業行業的信息化及其標準，為數字化制造技術的推廣奠定基礎，并助力更為廣泛的數字化企業的建設和普及。
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本文標題：數字化制造，助力“工業4.0”時代
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