過(guò)去，中國(guó)制造的發(fā)展模式主要是依靠人口紅利以及資本等要素驅(qū)動(dòng)，近年隨著內(nèi)部人力成本、運(yùn)營(yíng)成本的上漲以及外部經(jīng)濟(jì)的疲軟，中國(guó)制造業(yè)面臨著雙重壓力。成本優(yōu)勢(shì)逐步被削弱，低端制造面臨著東南亞發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的沖擊，而在向高端制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的價(jià)值鏈攀升過(guò)程中，也會(huì)受到發(fā)達(dá)國(guó)家的擠壓。此外，消費(fèi)者的需求不斷趨于多元化與個(gè)性化，對(duì)高質(zhì)量產(chǎn)品的需求日益加劇。

在這樣的背景之下，中國(guó)制造業(yè)亟須向中國(guó)“智”造轉(zhuǎn)型，通過(guò)智能制造帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化水平和智能化水平提高的國(guó)家工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略——中國(guó)制造2025戰(zhàn)略由此提出。

在中國(guó)制造2025的“召喚”之下，與智能制造關(guān)聯(lián)密切的概念頻頻出現(xiàn)，如由自動(dòng)控制技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合的信息物理系統(tǒng)（CPS）的構(gòu)建，即以實(shí)現(xiàn)智能制造與智能工廠為愿景。

縱觀全球，由德國(guó)首先提出的工業(yè)4.0與中國(guó)制造2025的愿景頗為契合。工業(yè)4.0指的是通過(guò)實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)完成大生產(chǎn)，最大程度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全自動(dòng)化、個(gè)性化、彈性化、自我優(yōu)化和提高生產(chǎn)資源效率、降低生產(chǎn)成本的全新生產(chǎn)方式。

數(shù)字化打造透明工廠

工業(yè)4.0這一嶄新的工業(yè)制造邏輯和方式意味著網(wǎng)絡(luò)滲透工廠大生產(chǎn)的過(guò)程之中。與過(guò)去是以中心控制指揮系統(tǒng)，每一分鐘對(duì)機(jī)器發(fā)出指令的方式不同，在工業(yè)4.0時(shí)代由商品所附帶的信息告訴機(jī)器需要怎樣的生產(chǎn)過(guò)程，以制造出符合客戶要求的產(chǎn)品成為大勢(shì)所趨。

在生產(chǎn)之前，這些產(chǎn)品的使用目的就已預(yù)先被確定，部件生產(chǎn)所需的全部信息都已存在于虛擬現(xiàn)實(shí)中，每一個(gè)部件有自己的“名稱”和“地址”，具備身份信息的部件“知道”什么時(shí)候經(jīng)過(guò)哪條生產(chǎn)線或哪個(gè)工藝過(guò)程。通過(guò)這種方式，部件可以確定各自在數(shù)字化工廠中的運(yùn)行路徑。在未來(lái)的工廠里，甚至可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備和工件之間的直接交流，進(jìn)而自主決定后續(xù)的生產(chǎn)步驟，組成一個(gè)分布式、高效和靈活的系統(tǒng)。

因此，生產(chǎn)自動(dòng)化、物流自動(dòng)化、信息流自動(dòng)化三個(gè)方面成為數(shù)字化生產(chǎn)的全過(guò)程中不可或缺的組成因素。

通過(guò)生產(chǎn)自動(dòng)化，企業(yè)能夠高效率地收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且能夠規(guī)避由人為錯(cuò)誤帶來(lái)的損失。物流自動(dòng)化可以保證物料的過(guò)程數(shù)據(jù)的透明化和可追溯，任何一點(diǎn)細(xì)微的偏差都能做到有跡可循，幫助管理層進(jìn)行更加科學(xué)高效的決策，縮短設(shè)備調(diào)試的時(shí)間，在有效避免進(jìn)一步損失的同時(shí)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

信息流的自動(dòng)化是數(shù)字化的關(guān)鍵所在，從前期的計(jì)劃、采購(gòu)、加工到交付的完整供應(yīng)鏈中，需要各個(gè)部門的協(xié)同配合，如果部門間不能實(shí)現(xiàn)信息共享，消耗在共同環(huán)節(jié)的時(shí)間成本將會(huì)成倍疊加，效率自然很低。在信息自動(dòng)化的過(guò)程中，通過(guò)設(shè)備自動(dòng)完成信息的流動(dòng)過(guò)程，上述痛點(diǎn)可以得到最優(yōu)解，尤其是當(dāng)企業(yè)的規(guī)模足夠大、加工的規(guī)模足夠復(fù)雜的時(shí)候，設(shè)備之間進(jìn)行自主的信息交流變得十分必要。

實(shí)際上，如何實(shí)現(xiàn)研發(fā)、生產(chǎn)到物流的無(wú)縫銜接是所有企業(yè)的共同課題。數(shù)字化工廠用技術(shù)手段打通了從研發(fā)到生產(chǎn)、物流的全價(jià)值鏈，所有的圖紙、產(chǎn)品流、數(shù)據(jù)庫(kù)、物料流等都可以用數(shù)字手段模擬實(shí)現(xiàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享避免了信息傳輸壁壘，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和研發(fā)的互動(dòng)，打造出業(yè)務(wù)透明的數(shù)字化工廠。

德國(guó)工業(yè)4.0的“雛形工廠”

創(chuàng)建于1989年的西門子安貝格工廠被認(rèn)為是全球最先進(jìn)的數(shù)字化工廠，一直以來(lái)被業(yè)界認(rèn)為是德國(guó)工業(yè)4.0的雛形。如今，安貝格工廠每年可生產(chǎn)約1500萬(wàn)件產(chǎn)品，按每年生產(chǎn)230天計(jì)算，即平均每秒就能生產(chǎn)出一臺(tái)控制設(shè)備，產(chǎn)品合格率高達(dá)99.9988%。

而2011年立項(xiàng)、2013年投產(chǎn)的西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的成都生產(chǎn)研發(fā)基地SEWC（下稱“西門子成都工廠”）也頗具實(shí)力，作為安貝格工廠的姊妹工廠，西門子成都工廠是西門子在德國(guó)之外建立的首家“數(shù)字化企業(yè)”。在某種程度上，西門子成都工廠成為德國(guó)工業(yè)4.0助力中國(guó)制造2025的實(shí)例之一。

據(jù)了解，與安貝格工廠相同，西門子成都工廠目前主要生產(chǎn)西門子旗下品牌Simatic的多款自動(dòng)化產(chǎn)品，包括PLC可編程邏輯控制器、IPC工業(yè)電腦以及HMI人機(jī)界面。

“目前年產(chǎn)零部件數(shù)約100萬(wàn)件，平均生產(chǎn)速度約30秒/件，百分之缺陷率小于15，產(chǎn)品首檢通過(guò)率為99.5％，準(zhǔn)時(shí)交付率達(dá)到98.8%。”西門子成都工廠廠長(zhǎng)李永利向第一財(cái)經(jīng)記者介紹，并表示，“由于中國(guó)工業(yè)化的進(jìn)程以及西門子在工業(yè)自動(dòng)化中的重要性，西門子決定把工廠建到中國(guó)這一最重要的市場(chǎng)之中，因此需要運(yùn)用最新的技術(shù)來(lái)保證成都工廠在未來(lái)20至30年中穩(wěn)步前進(jìn)。”

安貝格歷經(jīng)27年的時(shí)間，將缺陷率由建立之初的500至600之間（每百萬(wàn)個(gè)），降低到目前的9.5，而300至500的缺陷率是制造業(yè)熟練工人的正常標(biāo)準(zhǔn)，盡管西門子成都工廠目前擁有高素質(zhì)的員工隊(duì)伍，但依靠傳統(tǒng)的管理方式是不可能將缺陷率降到更低標(biāo)準(zhǔn)。因此，數(shù)字化生產(chǎn)成為決定產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。

“我們的目標(biāo)在于更好地提高質(zhì)量。當(dāng)客戶衡量產(chǎn)品時(shí)，不僅僅會(huì)思考這個(gè)產(chǎn)品本身的價(jià)格，更重要的是產(chǎn)品質(zhì)量，因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)品出故障時(shí)，給顧客帶來(lái)的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比產(chǎn)品自身的成本更高，數(shù)字化形成的強(qiáng)大數(shù)據(jù)流可以幫助整個(gè)工廠的管理運(yùn)營(yíng)并且保證所有信息全程可追溯，在縮短產(chǎn)品交付期的同時(shí)也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。”李永利說(shuō)道。

據(jù)觀察，在西門子成都工廠里的同一條生產(chǎn)線上最多能夠同時(shí)生產(chǎn)4種不同產(chǎn)品，借助MES制造執(zhí)行系統(tǒng)為產(chǎn)能調(diào)整做出合理的規(guī)劃，工廠在提高生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)還可以控制生產(chǎn)成本。

在大批量生產(chǎn)方式中，柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。柔性生產(chǎn)最早在1965年由英國(guó)的Molins公司首次提出，是指在柔性制造的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)市場(chǎng)需求多變和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈而產(chǎn)生的市場(chǎng)導(dǎo)向型的、按需生產(chǎn)的先進(jìn)生產(chǎn)方式。柔性生產(chǎn)可以增強(qiáng)制造企業(yè)的靈活性和應(yīng)變能力，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率和員工勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，是一種具有旺盛需求和強(qiáng)大生命力的生產(chǎn)模式。

據(jù)介紹，MES系統(tǒng)通過(guò)對(duì)特定生產(chǎn)線的配件發(fā)出指令，規(guī)劃其接下來(lái)的生產(chǎn)流程與路線。通過(guò)電子作業(yè)指導(dǎo)書“教”工作人員按照正確的步驟對(duì)不同的產(chǎn)品進(jìn)行包裝。這套系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)助手，通過(guò)人工的方式完成混線產(chǎn)品包裝，可以有效規(guī)避人為錯(cuò)誤，同時(shí)也較為經(jīng)濟(jì)，不致成本過(guò)高。由此看來(lái)，柔性生產(chǎn)勢(shì)必是推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必經(jīng)之路。

德國(guó)工業(yè)4.0助力中國(guó)制造2025

最早提出工業(yè)4.0概念的德國(guó)，目前已經(jīng)跨越了工業(yè)2.0與3.0階段，主要聚焦在高端的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)的高端環(huán)節(jié)，需要提高資源的利用率。但中國(guó)的制造業(yè)普遍認(rèn)為仍處于工業(yè)2.0與3.0并行發(fā)展階段。

2014年10月，中德共同發(fā)表《中德合作行動(dòng)綱要》，宣布兩國(guó)將開展工業(yè)4.0合作。2015年10月，德國(guó)總理默克爾訪華時(shí)，兩國(guó)宣布，將推進(jìn)中國(guó)制造2025和德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略對(duì)接，共同推動(dòng)新工業(yè)革命和業(yè)態(tài)，達(dá)成雙贏。德國(guó)企業(yè)在加大中國(guó)市場(chǎng)的開拓，并針對(duì)中國(guó)客戶需求研發(fā)智能生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品和解決方案，以數(shù)字化提升工業(yè)生產(chǎn)力的增長(zhǎng)。以工業(yè)4.0助力中國(guó)制造2025的實(shí)例也在逐步增加。

以西門子為例，借助西門子全集成自動(dòng)化解決方案（TIA），蒙牛成功打造了從實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)到全自動(dòng)化的生產(chǎn)線，智能、高效的數(shù)字化工廠，進(jìn)入“乳業(yè)4.0”的新浪潮。

2013年，通過(guò)西門子SimaticITUnilab平臺(tái)開始實(shí)施實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（LIMS）。至2015年，系統(tǒng)已全面上線，覆蓋蒙牛全國(guó)的34個(gè)生產(chǎn)工廠實(shí)驗(yàn)室和兩個(gè)研發(fā)型中心實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)LIMS，蒙牛制定了科學(xué)的檢驗(yàn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯。對(duì)于每一個(gè)批次的產(chǎn)品，如有任何質(zhì)量問題，都能追溯到原奶接收、入倉(cāng)、前處理、灌裝、包裝、入庫(kù)等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，蒙牛通過(guò)LIMS實(shí)現(xiàn)了約1400種質(zhì)檢方法的電子記錄和計(jì)算，90%以上的檢測(cè)數(shù)據(jù)能自動(dòng)采集并上傳至LIMS，各類檢驗(yàn)所需的時(shí)間節(jié)省了10%~25%。由于LIMS的使用，質(zhì)檢流程中的冗余步驟被簡(jiǎn)化，效率提升15%以上。此外，在儀器設(shè)備管理、質(zhì)檢成本管理和人員優(yōu)化等方面，LIMS也發(fā)揮了舉足輕重的作用。

2016年3月，西門子與中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司（下稱“中石化潤(rùn)滑油”）簽署了戰(zhàn)略合作伙伴協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，西門子將為中石化潤(rùn)滑油提供一體化工程設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)平臺(tái)包括SimaticPCS7過(guò)程控制系統(tǒng)等，并提供技術(shù)和開發(fā)支持。依靠西門子強(qiáng)大的功能部件和數(shù)據(jù)平臺(tái)，中石化潤(rùn)滑油將根據(jù)相關(guān)投資管理流程積極推進(jìn)在3D實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)工廠、生產(chǎn)調(diào)度及優(yōu)化系統(tǒng)、節(jié)能系統(tǒng)、工廠運(yùn)維系統(tǒng)、管理決策系統(tǒng)以及操作員培訓(xùn)、安全培訓(xùn)等系統(tǒng)上，開發(fā)適合中國(guó)石化潤(rùn)滑油企業(yè)行業(yè)特點(diǎn)的行業(yè)功能組件。

不難看出，西門子正把先進(jìn)的技術(shù)與理念引入中國(guó)，在自我應(yīng)用的同時(shí)也惠及眾多亟須轉(zhuǎn)型升級(jí)的中國(guó)制造企業(yè)，對(duì)于幫助實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025，無(wú)疑是“多贏”之舉。