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西门子:工业4.0的实现之路

2018-05-12

  一项创新技术从引入市场、挖掘价值、到实现应用,往往要经过三年的周期。这一趋势似乎对工业4.0的实现也不例外。2015年西门子在德国汉诺威工业博览会上正式提出了"迈向工业4.0 - 引领数字化企业进程"的主题,时隔三年,西门子在2018年汉诺威揭开了全面实施数字化企业的序幕。

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  实现数字化企业正当时

  在今年汉诺威工业博览会西门子3500平米的展台上,布满了"实现数字化企业--正当时!"的醒目标语,时刻提醒着人们工业4.0已进入了应用阶段。选择在这个时候提出"正当时",西门子股份公司管理委员会成员何睿祺(Klaus Helmrich)认为,"数字化企业理念已经成熟,并且我们有足够的应用和客户实例来佐证,这也是我们广大用户共同的发展趋势。"

  更高的灵活性、更短的上市时间、更高的效率以及质量,是工业4.0对制造企业提出的要求。据羿戓制造所了解,今天,工业化的趋势不再是大批量生产,而是小批量、个性化定制生产,但同时生产成本要求与大批量生产无异。来自西门子的数据显示,为生产人们所需要的产品,50%的费用以及时间被用于生产设备的规划中。

  通过产品、生产、和性能这三大数字化双胞胎,重新定义端到端的过程,西门子能够帮助制造企业实现产品生命周期闭环,加快产品上市的周期,降低生产设计和维护的成本。同时,实现相应生产过程中的灵活安排、柔性制造,包括可以通过新产品导入或者是通过不同批次的生产来实现更大的灵活性,确保生产质量可被持续追溯和改进,最终保证了整个企业的生产效率在不断地提高。

  在本届汉诺威工业博览会上,西门子以新能源汽车行业为例,展示了数字化解决方案是如何提升设计的灵活性和汽车制造效率的。通过NX、TIA、Tecnomatix等软件平台,"我们可以帮助客户缩短50%的上市时间,98%的自动化设备包括机器人可以在办公桌上进行编程,这样可以节省宝贵的时间,最重要的我们可以预测99%潜在的出错点。" 何睿祺说,所有的这一切都可以通过对现场数据的分析来解决。

  为了进一步优化生产工程阶段的效率,西门子研发出了创新的Automation Designer,通过它可以自动生成PLC代码,而在过去需要软件工程师非常繁冗地编写。"在虚拟世界,我们现在就可以完成所谓的虚拟调试。" 西门子股份公司数字化工厂集团CEO Jan Mrosik说,从原来只是仿真过程,到通过仿真过程形成了实际运营中的操作代码,这是一个相当大的进展。将设计方案无缝接入自动化设备,能够提升整个工作流程30%的工程效率。

  实现数据驱动的新商业模式

  基于大数据分析的工业4.0将为传统制造企业带来全新的商业模式,例如日渐兴起的工业物联网平台。如果在五年前,工程师想在手机App Store 上下载一个应用实时监控工厂里电机的运行状态,你一定觉得他是天方夜谭。而现在,只需下载一个 Sidrive IQ应用,一切将变得轻而易举。

  SIDRIVE IQ是一个西门子在本次汉诺威展出的最新的驱动系统的数字化平台,是Mindsphere上的一个App,可通过MindSphere评估驱动数据。它能够为工厂和设备用户提供针对已安装驱动系统的数据透明度,简化机队管理并优化维修服务。除了SIDRIVE IQ之外,在全新的MindSphere 3.0平台中,你还可以找到几十个功能各异的MindsApps。

  西门子在本次汉诺威工业博览会上设立了700平米的展厅,重点展示了基于云的开放式物联网操作系统MindSphere 3.0版本,以及MindSphere World合作伙伴的最新应用。此外,作为MindSphere Open Space Challenge(MindSphere开放空间挑战)的一部分,外部开发者与初创公司将携手进行开放式合作,共同创造基于MindSphere的新型客户解决方案和商业模式。

  与2.0版本相比,MindSphere 3.0版本选用了亚马逊AWS云服务替代之前SAP提供的基础设施服务,并在开放性和分析性能方面做了更多扩展。"MindSphere的一大目标是确保我们能支持不同的基础架构。"Mrosik说。接下来会发布Mindsphere在微软Azure云平台上的应用,并与中国市场的本地云平台积极展开合作。

  "与MindSphere的互联,是实现数据驱动的新商业模式的基础之一。"何睿祺表示。Mindsphere3.0具有广泛的连接选项,可连接我们的机器设备甚至整个工厂到数字化世界来使用他们的数据。"通过开放的编程接口,西门子可以同我们的合作伙伴以及来自于不同领域的用户一起进行Mindsphere云的应用程序的开发。这不仅仅是一种数字化服务的新的业务模式,而且是我们和我们合作伙伴直接在Mindsphere上共同营造一个全新的生态环境。"

  为了进一步促进平台提供者、平台用户以及终端客户三者之间相互尊重的紧密合作,西门子在今年早些时候成立了MindSphere World全球用户组织,截至目前已有包括西门子在内的18家企业加入,其中不乏KUKA、INDEX、Festo、Eisenmann等知名企业。谈到MindSphere从2016年推出以来的变化,西门子(中国)有限公司执行副总裁、过程工业与驱动集团总经理林斌表示,最明显的变化就是今年展出的MindSphere应用比去年增加了很多,客户对如何应用也更加关注。可预见的是,接入AWS和Azure云服务的Mindsphere平台,未来或将迎来App开发的快速增长期。

  实现工业4.0的未来技术

  "产业集成--连接与协作"是2018年汉诺威工业博览会的主题,自动化与能源技术、IT 平台以及人工智能之间的相互协同正在推动着工业领域的数字化转型,如何携手合作、不断挖掘数字化和创新技术的巨大潜力?何睿祺表示,未来西门子将在三个领域重点发展,其一是边缘计算,其二是增材制造,其三是新的通讯技术。

  在边缘计算方面,本次展会西门子推出了面向未来的数据驱动应用Siemens Industrial Edge,这一边缘计算解决方案可以使用户更好的控制和分析数据,并从其扩展功能和出色的现场性能中获益。Industrial Edge包括Edge Management、 Edge Devices 和 Edge Apps三部分。用户可以从西门子以及第三方供应商处获得Edge App,也可以根据个人需求开发自己的Edge App。Industrial Edge支持MindSphere的云传输协议。未来,它还将支持消息队列遥测传输(MQTT),使数据传输更安全和有效。

  借助Industrial Edge,西门子为用户提供了缩小传统本地数据处理与基于云计算数据处理之间差距的机会,以满足个性化需求。"现在我们让客户来决定设备或者边缘设备运行的内容,以及云端里的内容,客户可以根据自己的行业专长来决定将哪些数据上传到云端,哪些数据上传到边缘设备中。" 何睿祺说。目前,西门子的Sinumerik和Simatic系列产品已可以实现边缘计算的功能。

  随着人们对个性化定制产品的需求增加,增材制造也成为了制造业未来发展的重点。在汉诺威展期间,西门子CEO凯飒(Joe Kaeser)亲手将一双使用了3D打印技术的阿迪达斯跑鞋送给德国总理默克尔。这款跑鞋是由阿迪达斯位于巴伐利亚全新的速度工厂生产的。借助西门子的"数字化双胞胎",该企业实现了由过去大批量生产到现在的小批量定制生产的快速转变。

  展会同期,西门子还宣布推出了增材制造网络(Additive Manufacturing Network),这是一种全新的在线协作平台和开放的生态系统,旨在为全球制造业提供工业3D打印的按需设计、工程专业知识、数字工具和生产能力。据悉,西门子是全球唯一一家涵盖增材制造价值链各个环节的集成式软件和硬件解决方案的供应商,在新的增材制造网络平台上,还将引入像知名3D打印企业Stratasys这样的战略合作伙伴,共同实现增材制造的工业化愿景。

  工业4.0的应用对数据传输的频率和实时性提出了更高的要求,工业通讯技术也需要不断进行数字化升级,因此具有高度确定性和可靠性的时间敏感型网络TSN也越来越受到工业用户的关注。TSN的可靠性为汽车、机械工程和食品饮料等行业的自动化应用提供了显着的优势。即使在极端的网络负载下,TSN也可以实现自动化设备之间更强大、可靠和标准化的以太网通信。  目前,TSN的技术标准已经逐渐成熟,西门子和其他制造商都在积极扩展他们现有的工业网络以包含新的标准。Profinet网络基础设施未来将会逐步升级,集成基本的TSN技术。作为实现这一目标的第一步,西门子在汉诺威工博会上展示了基于TSN的OPC UA PubSub在控制层级的应用。据Mrosik介绍,西门子在今年年底前也会发布第一款支持TSN标准的产品。

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  西门子大中华区首席执行官赫尔曼

  未来10年,数字化变革将会如何发展?其实,没有人能给出准确答案。"但是我相信预测未来的最好方式就是亲手去创造未来。而转型升级的速度和规模是在数字化时代引领和成功的关键所在。" 西门子大中华区首席执行官赫尔曼在第十个"中国工业日"开幕式上说,"我知道许多中国企业已经将数字化放在了他们战略的核心位置。实现数字化不会一蹴而就。但是请相信我:你们将不会独自前行。"