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西門子（中國）有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)自動化業(yè)務(wù)產(chǎn)品總監(jiān) 劉力康

制造業(yè)的數(shù)字化是一個全球關(guān)注的話題，因?yàn)槭澜绺鞯囟济媾R著非常相似的挑戰(zhàn)，即新產(chǎn)品必須在更短的時間內(nèi)進(jìn)入市場；產(chǎn)品的定制化和快速變化的市場需要越來越高的靈活性；對提高效率的永恒渴望，要求縮短開發(fā)周期，節(jié)省資源和能源。

西門子（中國）有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)自動化業(yè)務(wù)產(chǎn)品總監(jiān)劉力康認(rèn)為，工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該涉及兩個層面：企業(yè)必須改善自己的流程，而解決方案提供商則要根據(jù)“工業(yè)4.0”的要求定制其解決方案組合。作為后者，西門子深諳企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之道，其憑借“數(shù)字化企業(yè)”組合，可以為離散和過程工業(yè)各種規(guī)模的企業(yè)提供走向“工業(yè)4.0”的一攬子解決方案。

在西門子的概念中，“數(shù)字化企業(yè)”組合包含四個要素：工業(yè)軟件和自動化組合、工業(yè)通信、工業(yè)安全、工業(yè)服務(wù)。

在工業(yè)軟件和自動化組合當(dāng)中，針對離散工業(yè)，西門子有數(shù)字化企業(yè)軟件套件，它是針對離散工業(yè)企業(yè)的綜合性軟件系統(tǒng)，目前已推出了15年。作為基于Teamcenter的協(xié)作平臺（數(shù)據(jù)主干），該套件集成了PLM（產(chǎn)品生命周期管理）、MES/MOM（制造執(zhí)行系統(tǒng)/制造運(yùn)營管理）、TIA（全集成自動化）和“生命周期與數(shù)據(jù)分析”系統(tǒng)（MindSphere，西門子基于云的開放物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)）。劉力康透露，在今后幾年，西門子將陸續(xù)擴(kuò)展并完善該套件。針對于過程工業(yè)用戶，西門子依托集成化工程和集成化運(yùn)營，幫助客戶在通向“工業(yè)4.0”的道路上跨出關(guān)鍵一步。劉力康表示，西門子是全球第一個能夠設(shè)計(jì)跨越工廠整個生命周期的連續(xù)數(shù)據(jù)模型的供應(yīng)商，可幫助客戶縮短產(chǎn)品上市時間并提高靈活性和效率。

作為一站式供應(yīng)商，西門子可以為客戶提供一攬子工業(yè)通信解決方案和服務(wù)，包含立足于工業(yè)以太網(wǎng)和相應(yīng)SCALANCE網(wǎng)絡(luò)組件、面向未來的開放式PROFINET和OPC UA的工業(yè)通信系統(tǒng)，以及基于全面RFID和光學(xué)識別系統(tǒng)的工業(yè)識別系統(tǒng)等。

與此同時，西門子為客戶提供廣泛的產(chǎn)品和服務(wù)以保護(hù)工廠免受網(wǎng)絡(luò)攻擊。這些產(chǎn)品和服務(wù)包括工廠和網(wǎng)絡(luò)安全以及系統(tǒng)完整性套件。

工業(yè)服務(wù)是近幾年工業(yè)自動化市場新興起的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，為此，西門子推出了基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)——MindSphere。這是一個強(qiáng)大的操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)分析和連通功能、開發(fā)工具、應(yīng)用程序和服務(wù)。它幫助用戶評估和利用數(shù)據(jù)，獲得突破性的洞察力。此外，它還能讓用戶立即開發(fā)、部署和運(yùn)行數(shù)字化服務(wù)、創(chuàng)建自己的應(yīng)用甚至新的業(yè)務(wù)模型。

劉力康告訴記者：“我們的客戶可以從上述要素中的任何一個著手建設(shè)數(shù)字化企業(yè)。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到服務(wù)，客戶可以根據(jù)當(dāng)前需求，從價值鏈的任何一個環(huán)節(jié)開始。借助我們可靈活擴(kuò)展的解決方案，各種規(guī)模的企業(yè)現(xiàn)在即可踏上通向‘工業(yè)4.0’的道路。”

案例分享

“乳業(yè)4.0”—夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

從牧場上奶牛產(chǎn)奶到生產(chǎn)線上的罐成品，蒙牛的生產(chǎn)流程龐雜而精細(xì)。不斷增加的產(chǎn)量和嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)給質(zhì)檢人員帶來沉重的壓力。蒙牛早已意識到傳統(tǒng)依靠人工的質(zhì)檢方式已無法滿足需求，急需向數(shù)字化系統(tǒng)升級。而蒙牛與西門子的合作也由此駛?cè)肓丝燔嚨馈?/p>

數(shù)字：乳制品生產(chǎn)的新原料

2013年，蒙牛通過西門子Simatic IT Unilab平臺開始實(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，覆蓋蒙牛遍布全國的34個生產(chǎn)工廠實(shí)驗(yàn)室和兩個研發(fā)型中心實(shí)驗(yàn)室。

從原料入庫、加工，再到出廠流通，一包牛奶要經(jīng)過35個工序和105個檢測環(huán)節(jié)，才能最終放心到達(dá)消費(fèi)者手中。這整個過程中，LIMS以一雙“火眼金睛”對所有原料、半成品和成品的“身份”進(jìn)行驗(yàn)證，并將它們的“身份證”信息完整儲存。

通過LIMS，蒙牛制定了科學(xué)的檢驗(yàn)計(jì)劃，包括采樣點(diǎn)、采樣量、檢測項(xiàng)目和頻次，以及檢測儀器等，避免以前人工排期可能造成的偏差。與此同時，蒙牛也實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的質(zhì)量數(shù)據(jù)追溯。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，蒙牛通過LIMS實(shí)現(xiàn)了約1400種質(zhì)檢方法的電子記錄和計(jì)算，90%以上的檢測數(shù)據(jù)能自動采集并上傳至LIMS。各類檢驗(yàn)所需的時間因此節(jié)省了10%~25%。由于LIMS的使用，質(zhì)檢流程中的冗余步驟也大大簡化，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。

軟實(shí)力、硬道理

數(shù)字化工廠離不開軟件系統(tǒng)這樣的“金頭腦”，也需要智能硬件這樣的“鋼筋鐵骨”。在蒙牛，西門子全集成自動化解決方案（TIA）為生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。

在前處理滅菌環(huán)節(jié)中，西門子可編程邏輯控制器（PLC）通過對泵閥和乳品液體流量的控制，對液體的溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行精確調(diào)控。此外，西門子流量計(jì)也廣泛應(yīng)用在灌裝機(jī)、殺菌機(jī)、鍋爐房等設(shè)備上，用于測量純水和軟水的流量。在灌裝生產(chǎn)線上，灌裝盒的精確定位、液體的流量和灌裝容量等也都由西門子PLC控制，通過1LG0電機(jī)驅(qū)動。工作人員通過西門子HMI人機(jī)界面查看系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并下達(dá)命令。

包裝完成后的一箱箱成品通過傳送帶運(yùn)送給碼垛機(jī)器人。西門子PLC對傳送速度和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，并及時向碼垛機(jī)器人發(fā)送任務(wù)信號，保證貨物整齊快捷的碼放，并迅速轉(zhuǎn)入立體倉庫。

蒙牛的立體倉庫已真正實(shí)現(xiàn)全自動化物流。通過西門子PLC的智能控制，靈活的堆垛機(jī)能從指定位置精確地存放或抓取貨物。倉庫旁的軌道上有序運(yùn)行著一輛輛運(yùn)貨小車，它們相互之間能保證一定的安全距離，不會“追尾”或“撞車”。各設(shè)備利用Profi net et 現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊。同時，憑借強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，Simatic WinCC將倉庫的大量運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔。

軟硬件的無縫集成也給效率帶來了巨大提升。比如當(dāng)LIMS完成一批成品的檢測，質(zhì)量判定合格的結(jié)果傳遞給ERP系統(tǒng)，再通過倉庫管理系統(tǒng)通知PLC。這樣當(dāng)有需要時，PLC就能自動“指揮”碼垛機(jī)和運(yùn)貨小車，第一時間將成品出庫。

在邁向未來數(shù)字化工廠的道路上，蒙牛正攜手西門子等合作伙伴大踏步前進(jìn)。

摘自《自動化博覽》2017年1月刊