利用工业4.0打造新一代智能工厂

制造业的变化比以往来得更加迅速，大家可以看到全球制造业全球化的竞争在不断加剧,同时客户对于产品的需求速度越来越快，也就是说产品投放到市场的时间越来越短，这些变化都让制造行业面临前所未有的挑战。

1 通往“工业4.0”之路

图1 国家经济与制造业面临的大趋势

　　 图1是由于国家经济形势变化和制造业发展的转型，制造业正在面临全球化的竞争，同时中国的人口红利在慢慢消失，城市化进程越来越明显，包括环境和气侯的变化，都引起了制造业的一些挑战，所以中国政府、美国政府、德国政府都针对制造业提出了不同的目标和要求。

图2 工业4.0之路

　　 在通往工业4.0的发展之路上，最初人们将电子技术引入到自动化，同时将模块化技术、IT支持的自动化技术引用到生产，发展到今天，也就是现在工业3.0的时代，西门子推动的软系统，实现了整个生产过程的集成和优化，可见西门子既是工业4.0的倡导者也是引领者，现在可以看到，西门子在德国已经处于3.0的末期，迈入4.0的状态。未来，制造业会和互联网融合，进行智能优化。

2 工业4.0——基于信息物理融合系统的生产

　　 什么是工业4.0？就是基于信息的物理融合系统。这里面有两个要素，第一要素是产品，产品必须是智能化的产品，即包含和生产技术相关的要素。第二要素是企业必须有自主的生产设备，如数控设备，可以联入互联网的设备，对于之前的生产状态进行智能调整，把这个要素整合在一起就是企业实现工业4.0的过程。

　　 最好的例子是汽车行业，汽车业是工业4.0最前端的行业，汽车制造从产品的最初设计就全部采用数字化理念，实现每一个产品记录制造过程中所有的信息；之后产品进入生产规划和产线调整，这中间会运用软件进行虚拟制造和虚拟仿真，将信息传递到产线上，进而驱动生产工程，同时产线还可以根据汽车的升级换代进行不断的调整，这个过程实际上就是工业4.0的具体实施步骤。

在工业4.0实施过程中，西门子正致力于提供一个让所有的人在正确的时间作出正确决策的环境，从西门子战略来讲，它提供的是智能化的产品和生产生命周期，包括三方面的内容：第一，合并虚拟世界和现实世界；第二，为产品的生命周期建立数字化平台；第三，在产品的生命周期之间共享知识。可以理解为运用西门子的工业软件进行产品的设计、模拟制造以及分析；同时也可以将模拟的结果，包括数控设备的程序传输到互联网的上进行真实加工。这样的做法提高了产品面向市场的速度，同时提高产品的质量。

    从西门子工业自动化来讲，涵盖的领域非常广泛，从日常消费品到航空航天，无论是最前端的产品设计和开发，还是后端的制造，西门子都可以提供完善的支持。西门子有很多工业软件以及自动化的工业系统，还有很多传感器和通讯设备。特别是在工业软件方面，西门子家族软件众多，在产品上有Tecnomatix等，给用户提供全新的体验。

3 中国制造业现状主体：各自独立体系

图4 中国制造业现状

　　 目前中国的制造业现状是什么？我们主要的制造业还没有真正实现工业3.0，很多企业虽然已经模块化了，但各自还是独立的体系，并没有很好的承载平台，将数据共享，达到智能化加工的过程。例如，企业从事加工或者制作会涉及五大因素：加工软件、控制系统、机床设备、刀具以及人员的编程经验。

图5 零件的加工

　　 图5是一个类似叶片零件的加工，加工时希望按照非常好的加工轨迹。透过软件进行虚拟观察时发现，会生产出不良品，那需要分析判断问题产生的原因。当然解决这个问题的方法有很多，如可以通过软件调整，把占位点进行优化处理，还可以从设计端解决，但是想用最经济高效的方法解决，就需要把企业的数据融合在一个平台当中。

4 联宏公司携手西门子，一起迈向工业4.0

　　 在迈向工业4.0的道路上，西门子不仅打造了工艺规划和生产环境体系，还和上海联宏创能公司联手：第一可帮助企业搭建制造资源平台库，让所有的环节都可集中在此平台上展现；第二还可以建立仿真体系，小到对于一个零件加工的模拟仿真，大到机器人融合的模拟仿真；第三对于数控程序传输及管理系统，后端的质量检测和管理系统，可以进行制造产品进行实时的监控和管控；第四针对结构化工艺可以实现制造数据精细化管理；第五可以对制造服务系统有一个很好的支持，可以从西门子的数据平台中提取大量的数据，支持其他的服务制造体系。

　　工业4.0可能会用到很多智能设备，当然还会有一些人员参与操作，这方面西门子提供了场景的模拟仿真。同时我们也支持各种复杂设备和工业机器人的应用，若企业购买高智能的设备，如高级机器人，这些关键技术可直接在车间里进行智能化布局，同时分析折价设备的可制造性，并进行优化和验证。如图6就是利用软件实施的一个智能生产线的规划和仿真的实例，包括两台机器人、三个CNC机床和一台CMM检测，制造前可以进行快速模拟和仿真，并且生成设备的驱动程序，然后输送到设备上。同时可以看到，对于一些关键的工序规划和仿真，如工艺机器人可以做比较复杂的打磨，先进行实时模拟，传输到现场就可确保一次性成功。另外有多台数控设备也可进行优化仿真。

图6 生产制造线规划和仿真实例