制造業(yè)的變化比以往來(lái)得更加迅速，大家可以看到全球制造業(yè)全球化的競(jìng)爭(zhēng)在不斷加劇,同時(shí)客戶對(duì)于產(chǎn)品的需求速度越來(lái)越快，也就是說(shuō)產(chǎn)品投放到市場(chǎng)的時(shí)間越來(lái)越短，這些變化都讓制造行業(yè)面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

1 通往“工業(yè)4.0”之路

圖1 國(guó)家經(jīng)濟(jì)與制造業(yè)面臨的大趨勢(shì)

　　 圖1是由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化和制造業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型，制造業(yè)正在面臨全球化的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)中國(guó)的人口紅利在慢慢消失，城市化進(jìn)程越來(lái)越明顯，包括環(huán)境和氣侯的變化，都引起了制造業(yè)的一些挑戰(zhàn)，所以中國(guó)政府、美國(guó)政府、德國(guó)政府都針對(duì)制造業(yè)提出了不同的目標(biāo)和要求。

圖2 工業(yè)4.0之路

　　 在通往工業(yè)4.0的發(fā)展之路上，最初人們將電子技術(shù)引入到自動(dòng)化，同時(shí)將模塊化技術(shù)、IT支持的自動(dòng)化技術(shù)引用到生產(chǎn)，發(fā)展到今天，也就是現(xiàn)在工業(yè)3.0的時(shí)代，西門子推動(dòng)的軟系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的集成和優(yōu)化，可見(jiàn)西門子既是工業(yè)4.0的倡導(dǎo)者也是引領(lǐng)者，現(xiàn)在可以看到，西門子在德國(guó)已經(jīng)處于3.0的末期，邁入4.0的狀態(tài)。未來(lái)，制造業(yè)會(huì)和互聯(lián)網(wǎng)融合，進(jìn)行智能優(yōu)化。

2 工業(yè)4.0——基于信息物理融合系統(tǒng)的生產(chǎn)

　　 什么是工業(yè)4.0？就是基于信息的物理融合系統(tǒng)。這里面有兩個(gè)要素，第一要素是產(chǎn)品，產(chǎn)品必須是智能化的產(chǎn)品，即包含和生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)的要素。第二要素是企業(yè)必須有自主的生產(chǎn)設(shè)備，如數(shù)控設(shè)備，可以聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，對(duì)于之前的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行智能調(diào)整，把這個(gè)要素整合在一起就是企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的過(guò)程。

　　 最好的例子是汽車行業(yè)，汽車業(yè)是工業(yè)4.0最前端的行業(yè)，汽車制造從產(chǎn)品的最初設(shè)計(jì)就全部采用數(shù)字化理念，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)產(chǎn)品記錄制造過(guò)程中所有的信息；之后產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)規(guī)劃和產(chǎn)線調(diào)整，這中間會(huì)運(yùn)用軟件進(jìn)行虛擬制造和虛擬仿真，將信息傳遞到產(chǎn)線上，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)工程，同時(shí)產(chǎn)線還可以根據(jù)汽車的升級(jí)換代進(jìn)行不斷的調(diào)整，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上就是工業(yè)4.0的具體實(shí)施步驟。

在工業(yè)4.0實(shí)施過(guò)程中，西門子正致力于提供一個(gè)讓所有的人在正確的時(shí)間作出正確決策的環(huán)境，從西門子戰(zhàn)略來(lái)講，它提供的是智能化的產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期，包括三方面的內(nèi)容：第一，合并虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界；第二，為產(chǎn)品的生命周期建立數(shù)字化平臺(tái)；第三，在產(chǎn)品的生命周期之間共享知識(shí)?？梢岳斫鉃檫\(yùn)用西門子的工業(yè)軟件進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、模擬制造以及分析；同時(shí)也可以將模擬的結(jié)果，包括數(shù)控設(shè)備的程序傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)的上進(jìn)行真實(shí)加工。這樣的做法提高了產(chǎn)品面向市場(chǎng)的速度，同時(shí)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

    從西門子工業(yè)自動(dòng)化來(lái)講，涵蓋的領(lǐng)域非常廣泛，從日常消費(fèi)品到航空航天，無(wú)論是最前端的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，還是后端的制造，西門子都可以提供完善的支持。西門子有很多工業(yè)軟件以及自動(dòng)化的工業(yè)系統(tǒng)，還有很多傳感器和通訊設(shè)備。特別是在工業(yè)軟件方面，西門子家族軟件眾多，在產(chǎn)品上有Tecnomatix等，給用戶提供全新的體驗(yàn)。

3 中國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀主體：各自獨(dú)立體系

圖4 中國(guó)制造業(yè)現(xiàn)狀

　　 目前中國(guó)的制造業(yè)現(xiàn)狀是什么？我們主要的制造業(yè)還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)3.0，很多企業(yè)雖然已經(jīng)模塊化了，但各自還是獨(dú)立的體系，并沒(méi)有很好的承載平臺(tái)，將數(shù)據(jù)共享，達(dá)到智能化加工的過(guò)程。例如，企業(yè)從事加工或者制作會(huì)涉及五大因素：加工軟件、控制系統(tǒng)、機(jī)床設(shè)備、刀具以及人員的編程經(jīng)驗(yàn)。

圖5 零件的加工

　　 圖5是一個(gè)類似葉片零件的加工，加工時(shí)希望按照非常好的加工軌跡。透過(guò)軟件進(jìn)行虛擬觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)生產(chǎn)出不良品，那需要分析判斷問(wèn)題產(chǎn)生的原因。當(dāng)然解決這個(gè)問(wèn)題的方法有很多，如可以通過(guò)軟件調(diào)整，把占位點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化處理，還可以從設(shè)計(jì)端解決，但是想用最經(jīng)濟(jì)高效的方法解決，就需要把企業(yè)的數(shù)據(jù)融合在一個(gè)平臺(tái)當(dāng)中。

4 聯(lián)宏公司攜手西門子，一起邁向工業(yè)4.0

　　 在邁向工業(yè)4.0的道路上，西門子不僅打造了工藝規(guī)劃和生產(chǎn)環(huán)境體系，還和上海聯(lián)宏創(chuàng)能公司聯(lián)手：第一可幫助企業(yè)搭建制造資源平臺(tái)庫(kù)，讓所有的環(huán)節(jié)都可集中在此平臺(tái)上展現(xiàn)；第二還可以建立仿真體系，小到對(duì)于一個(gè)零件加工的模擬仿真，大到機(jī)器人融合的模擬仿真；第三對(duì)于數(shù)控程序傳輸及管理系統(tǒng)，后端的質(zhì)量檢測(cè)和管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行制造產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管控；第四針對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝可以實(shí)現(xiàn)制造數(shù)據(jù)精細(xì)化管理；第五可以對(duì)制造服務(wù)系統(tǒng)有一個(gè)很好的支持，可以從西門子的數(shù)據(jù)平臺(tái)中提取大量的數(shù)據(jù)，支持其他的服務(wù)制造體系。

　　工業(yè)4.0可能會(huì)用到很多智能設(shè)備，當(dāng)然還會(huì)有一些人員參與操作，這方面西門子提供了場(chǎng)景的模擬仿真。同時(shí)我們也支持各種復(fù)雜設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，若企業(yè)購(gòu)買高智能的設(shè)備，如高級(jí)機(jī)器人，這些關(guān)鍵技術(shù)可直接在車間里進(jìn)行智能化布局，同時(shí)分析折價(jià)設(shè)備的可制造性，并進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證。如圖6就是利用軟件實(shí)施的一個(gè)智能生產(chǎn)線的規(guī)劃和仿真的實(shí)例，包括兩臺(tái)機(jī)器人、三個(gè)CNC機(jī)床和一臺(tái)CMM檢測(cè)，制造前可以進(jìn)行快速模擬和仿真，并且生成設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，然后輸送到設(shè)備上。同時(shí)可以看到，對(duì)于一些關(guān)鍵的工序規(guī)劃和仿真，如工藝機(jī)器人可以做比較復(fù)雜的打磨，先進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)就可確保一次性成功。另外有多臺(tái)數(shù)控設(shè)備也可進(jìn)行優(yōu)化仿真。

圖6 生產(chǎn)制造線規(guī)劃和仿真實(shí)例