西门子数字化工厂成功案例分享

西门子（中国）有限公司位于成都高新区的西门子工业自动化产品成都生产研发基地（SEWC）是全球最先进的电子工厂之一，于2013年9月投产，是西门子在中国建立的首家，也是西门子全球第三大“数字化企业”（见图12.18）。

图12.18　位于成都高新区的西门子工业自动化产品生产基地

该工厂把高度的数据集成成功运用到生产全过程中，实现了数字化精益生产管理，以及透明、精确的生产、监控与物流。通过NX及Teamcenter等西门子PLM软件平台进行产品研发设计及模拟仿真，通过PROFINET实现MES与控制层互联，通过全集成自动化（TIA）解决方案实现生产线全线监控，通过一体化的信息流实现订单管理、生产规划和物流输送全面贯通。这正是ERP、PLM、MES、TIA 和西门子生产系统构成的强大的数字化企业平台，实现了从产品开发到生产运营的无缝数据集成，不但加速了成都工厂的产品上市时间，更使产品一次性通过率达到99%以上，为企业带来了前所未有的灵活性。下面介绍几个该工厂的典型应用。

1.协同快速的数字化研发

成都工厂承担着西门子全球工业自动化产品研发的角色。之所以能胜任，与NX及Teamcenter等西门子PLM数字化解决方案的全面应用不无关系。它支持产品开发中从设计到工程和制造的各个方面，并集成了多学科仿真，还能够提供全系列先进零部件制造应用的解决方案，这是其他计算机辅助设计软件所无法实现的。研发部门的工程师们可以通过NX软件进行模拟设计，还可以在设计过程中进行模拟组装，真正实现“可见即可得”。由于NX软件的应用而实现的数字化设计，可以大大缩短产品从设计到分析的迭代周期，也减少了多达90%的编程时间，产品的上市时间也缩短50%。

在NX软件中完成设计的产品，都会带着专属于自己的数据信息继续“生产旅程”，由研发环节产生的数据将在工厂的各个系统间实时传递。这些数据一方面通过CAM（计算机辅助制造系统）向生产线上传递，为完成接下来的制造过程做准备，另一方面也被同时“写”进数字化工厂的数据中心——Teamcenter软件中，供质量、采购和物流等部门共享。采购部门会依据产品的数据信息进行零部件的采购，质量部门会依据产品的数据信息进行验收，物流部门则是依据数据信息进行零部件的确认。共享的数据库是Teamcenter的最大特点。当质量、采购、物流等不同部门调用数据时，他们使用的是共享的文档库，并且通过主干快速地连接到各责任方。即使数据发生更新，不同的部门也都能第一时间得到最新的数据，这就使得西门子成都工厂研发团队的工作变得简单、高效了许多，避免了传统研发制造企业的研发和生产环节或不同部门之间由于数据平台不同造成的信息传输壁垒。

2.轻松高效的数字化生产

西门子全集成自动化解决方案（TIA）用可编程控制器（PLC）来引导生产流程，用视觉系统来识别质量，用自动引导小车来传递产品。PROFINET现场总线连接并传送数据，在很大程度上替代了人类的大脑、视觉和手臂，不仅使人的工作变轻松了，更能确保生产各环节的可靠、灵活与高效。图12.19为西门子成都工厂生产现场。

图12.19　西门子成都工厂生产现场

在生产层部署西门子数字化企业平台，用于生产现场与制造过程管理，将枯燥的制造生产变得轻松。每天由西门子MES系统生成的电子任务单都会显示在生产员工工作台前方的电脑显示屏上，实时的数据交换间隔小于1秒，实现电子任务单实时更新显示。西门子MES系统SIMATIC IT完成传统制造企业生产计划调度的职能，实现任务单无纸化并省去了不同生产线交流的复杂环节。生产订单由MES统一下达，在与ERP系统高度的集成之下，可以实现生产计划、物料管理等数据的实时传送。此外，SIMATIC IT还集成了工厂信息管理、生产维护管理、物料追溯和管理、设备管理、品质管理、制造KPI分析等多种功能，可以保证工厂管理与生产的高度协同。(www.xing528.com)

装配作业工作台的零件盒上都配有指示灯。当自动引导小车送来一款待装配的产品时，电脑显示屏上会出现它的信息，传感器扫描了产品的条码信息，并将数据实时传输到MES系统，MES系统再通过与西门子TIA（全集成自动化系统）的互联操纵零件盒指示灯，相应所需零件盒上的指示灯亮起，操作工就知道该安装什么零件了。这种设计可以满足自动化产品“柔性”生产的需求（即在一条生产线上同时生产多种产品）。有了指示灯的帮助，即使换另外一种产品操作员也不会装错零件。装配完成后，员工确认其装配好的产品，按下工作台上的一个按钮，自动化流水线上的传感器就会扫描产品的条码信息，记录当前工位的数据。MES系统SIMATIC IT将以该数据作为判断基础，向控制系统下达指令，指挥小车将它送去下一个目的地。

在到达下一个工序前，产品要通过严格的检验程序。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法。以可编程控制器（PLC）产品为例，在整个生产过程中针对该类产品的质量检测节点就超过20个，相机会拍下产品的图像，与Teamcenter数据平台中的正确图像作比对，以分辨产品制造瑕疵。与传统制造企业的人工抽检相比，自动化视觉检测方法可靠又快速得多。

在经过多次装配并接受过多道质量检测后，成品将被送到包装工位。再经过人工包装、装箱等环节，包装好的自动化产品就会通过升降梯和传送带被自动运达物流中心或立体仓库。

3.数字化物流精准有序

西门子成都工厂采用精准有序的数字化物流系统。自动化流水线上的传感器会对引导小车上产品的条码进行扫描，扫描得到的数据就会“告诉”软件系统在该装配环节需要的物料是什么，员工按动按钮，物料就会从物料库自动输送出，并通过流水线上传感器的“指挥”，送到指定位置。这一过程是“全透明”且不需要人工干预的。该过程主要通过ERP、西门子MES系统SIMATIC IT以及西门子仓库管理软件来实现。对于装配生产线员工而言，在需要物料时甚至都不必转身，只要轻触工作台上的电脑显示屏，三四分钟后，所需的物料就会被准确地从车间的物料中间库中输出，并送到他面前。同时利用西门子PLM和MES的信息互联，西门子还可以根据物料储备、交货时间等信息，在全球的工厂之间实时调配生产计划，以达到资源利用和物料配送的最佳组合。

由于采用了数字化物流系统，彻底摒弃了传统制造企业中靠员工看任务单并亲自去物料库中选取的过程，员工频繁往返于工位和库存地点的现象不再出现，同时也杜绝了由于看错任务单而造成效率低下的问题。

车间采用拉式生产的方式，物料依据精益生产“以需定产”的原则，每天从物料仓库中提出备用。中间库只作为车间内物料的中转站，更大批的物料存储在布局紧凑的高货架立体仓库中。采购的物料经过质量检验之后都会储存在这里，并通过两座升降梯与车间相连。仓库共有近3万个物料存放盒，物料的存取并不用叉车搬运，而是通过“堆取料机”用数字定位的模式进行抓取。由于不必考虑叉车通过的距离，物料库的设计更紧凑，节约了仓库的空间（见图12.20）。在生产流程的各工序，只在需要时收到货品，零售商也只会在收到顾客实际需要数量时才会从供货商那里进货。通过上述措施保证工厂能够“适时、适量、在适当地点生产出质量完善的产品”。

图12.20　西门子成都工厂立体仓库