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隨著虛擬世界中生成的信息流入實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，全新的生產(chǎn)環(huán)境由此誕生。在智能工廠(chǎng)，由機(jī)器構(gòu)成的團(tuán)體將自行組織，供應(yīng)鏈將自動(dòng)相互協(xié)調(diào)，半成品可將下一道工序所需數(shù)據(jù)發(fā)送給負(fù)責(zé)將其變成商品的機(jī)器。在所有這些發(fā)展中，西門(mén)子都將扮演重要角色。

從計(jì)算機(jī)到生產(chǎn)線(xiàn)，新技術(shù)不斷縮短從虛擬設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)的周期。

歐洲和美國(guó)打算大幅提升工業(yè)產(chǎn)值。德國(guó)媒體大肆報(bào)道制造業(yè)的下一個(gè)發(fā)展階段，稱(chēng)之為朝著智能工廠(chǎng)演進(jìn)的根本性變革，甚至宣稱(chēng)第四次工業(yè)革命即將到來(lái)。18世紀(jì)，蒸汽機(jī)的發(fā)明和手工業(yè)的機(jī)械化掀起了*次工業(yè)革命。20世紀(jì)初，批量生產(chǎn)技術(shù)的運(yùn)用拉開(kāi)了第二次工業(yè)革命的大幕。過(guò)去幾十年來(lái)，面向自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的電子系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了第三次工業(yè)革命。那么，我們是否瀕臨第四次工業(yè)革命——Industry 4.0的邊緣呢？對(duì)此，西門(mén)子公司戰(zhàn)略主管Peter Herweck顯得更為冷靜，“這一變革時(shí)期可能持續(xù)20年左右，從今天的觀(guān)點(diǎn)看，其結(jié)果將是革命性的，但其中將涉及到許多個(gè)發(fā)展階段。”

雖然如此，專(zhuān)家認(rèn)為，相比于如今的工廠(chǎng)，未來(lái)的生產(chǎn)工廠(chǎng)的智能化程度將高得多。這樣的智能將通過(guò)使用微型化處理器、存儲(chǔ)裝置、傳感器和發(fā)送器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些裝置將被嵌入幾乎所有機(jī)器、半成品和材料以及用于組織數(shù)據(jù)流的智能工具和新型軟件中。所有這些創(chuàng)新將使產(chǎn)品和機(jī)器能夠相互通信并交換命令。換言之，未來(lái)的工廠(chǎng)將在很大程度上自行優(yōu)化和控制其制造工序。然而，專(zhuān)家也認(rèn)為，在這之前還有很長(zhǎng)一段路要走。

不過(guò)，這絲毫不會(huì)削弱這一趨勢(shì)。德國(guó)聯(lián)邦政府已撥出近2億歐元資金用于幫助行業(yè)協(xié)會(huì)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)制定實(shí)施戰(zhàn)略。美國(guó)政府也極為重視創(chuàng)新制造戰(zhàn)略的制定，并計(jì)劃拿出高達(dá)10億美元資金建立一個(gè)覆蓋全國(guó)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)。政府部門(mén)負(fù)責(zé)提供無(wú)處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)界需要及時(shí)地將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和傳輸協(xié)議系統(tǒng)部署到位。

在智能工廠(chǎng)，機(jī)器可以在很大程度上自行組織，但最終決策仍需由人來(lái)做出。

西門(mén)子工業(yè)戰(zhàn)略主管Marion Horstmann是向德國(guó)政府提供有關(guān)高科技戰(zhàn)略意見(jiàn)的科學(xué)家與工商界高管組織研究聯(lián)盟中的西門(mén)子代表，他認(rèn)為，“實(shí)現(xiàn)Industry 4.0目標(biāo)需要我們解決介質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸方面的大量不連續(xù)性問(wèn)題”。該聯(lián)盟創(chuàng)造了“Industry 4.0”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。除德國(guó)之外的其他工業(yè)化國(guó)家雖未普遍使用這一術(shù)語(yǔ)，但不可改變的事實(shí)是，盡可能降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本、提高靈活性和加快創(chuàng)新周期也是這些國(guó)家的共同目標(biāo)。

德國(guó)希望成為引領(lǐng)這一趨勢(shì)的弄潮兒，許多政府和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為，當(dāng)前形勢(shì)對(duì)德國(guó)企業(yè)成為信息物理系統(tǒng)（CPS）的*供應(yīng)商非常有利。“信息物理系統(tǒng)”是國(guó)際上用于描述源自軟件、傳感器、處理器和通信技術(shù)等的“Industry 4.0”概念的術(shù)語(yǔ)之一。德國(guó)國(guó)家科學(xué)與工程院（acatech）認(rèn)為，該新型制造工序?qū)⑹构I(yè)生產(chǎn)率提高30%。正如德國(guó)國(guó)家科學(xué)與工程院所指出的那樣，CPS不僅將*改變生產(chǎn)方式，還將在交通和醫(yī)療領(lǐng)域引發(fā)一場(chǎng)變革。

Herweck表示，“西門(mén)子將在這一過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色，因?yàn)槲覀兪亲詣?dòng)化技術(shù)和工業(yè)軟件系統(tǒng)的全球*供應(yīng)商。”西門(mén)子已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)。Horstmann指出，過(guò)去幾年來(lái)，西門(mén)子每一次收購(gòu)軟件公司都是出于整合和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)Industry 4.0所需的所有技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)的戰(zhàn)略考慮。他說(shuō)：“多年來(lái)，西門(mén)子一直在擴(kuò)張其與行業(yè)IT系統(tǒng)有關(guān)的業(yè)務(wù)。”

專(zhuān)家喜歡將Industry 4.0系統(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)比喻為在一個(gè)大市場(chǎng)上，機(jī)器提供服務(wù)，并實(shí)時(shí)與產(chǎn)品交換信息。德國(guó)人工智能研究中心（DFKI）與包括西門(mén)子在內(nèi)的20個(gè)工業(yè)與研究合作伙伴在德國(guó)Kaiserslautern聯(lián)合創(chuàng)辦的一座智能工廠(chǎng)，演示了信息物理系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)轉(zhuǎn)方式。這座試點(diǎn)工廠(chǎng)利用皂液瓶來(lái)演示產(chǎn)品與制造機(jī)器之間的通信方式：每個(gè)空皂液瓶底部都貼有射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽，以告知機(jī)器應(yīng)為其套上黑色還是白色瓶蓋。換句話(huà)說(shuō)，這一制造流程中的產(chǎn)品從一開(kāi)始就攜帶有數(shù)字產(chǎn)品記憶，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)與周?chē)h(huán)境進(jìn)行溝通。這樣一來(lái)，產(chǎn)品就成為了一個(gè)信息物理系統(tǒng)，將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界合二為一。

靈活性：只要輕擊鼠標(biāo)。在德國(guó)安貝格市，一座因其在數(shù)字化領(lǐng)域取得的重大進(jìn)步屢獲殊榮的西門(mén)子電子裝置工廠(chǎng)，表明智能工廠(chǎng)的一些要素已經(jīng)存在于現(xiàn)實(shí)當(dāng)中。這座工廠(chǎng)的規(guī)劃團(tuán)隊(duì)借助*的西門(mén)子PLM軟件來(lái)確保高效地生產(chǎn)大概1,000件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)程序。只要輕擊鼠標(biāo)，規(guī)劃師就能為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)出多種不同的制造流程，并按諸如吞吐量和成本等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較，然后從中選出效率最高的過(guò)程。Horstmann表示，“安貝格工廠(chǎng)昭示了我們前進(jìn)的方向。”在安貝格工廠(chǎng)，數(shù)字規(guī)劃仍需以“人工”方式轉(zhuǎn)換到實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)槟壳斑@兩個(gè)過(guò)程是順次執(zhí)行的。然而未來(lái)，這兩個(gè)過(guò)程將日益重疊，最終實(shí)現(xiàn)同時(shí)進(jìn)行——在安貝格工廠(chǎng)以及所有其他高度自動(dòng)化的工廠(chǎng)。到那個(gè)時(shí)候，工程師在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品如新型開(kāi)關(guān)的時(shí)候，將使用專(zhuān)門(mén)的軟件來(lái)同步規(guī)劃其制造流程，包括所有有關(guān)機(jī)械、電氣和自動(dòng)化系統(tǒng)。

就像如今USB端口可用于將不同類(lèi)型的設(shè)備連接至電腦一樣，有朝一日，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、機(jī)器以及其他設(shè)備等也能連接到Industry 4.0生產(chǎn)系統(tǒng)中，而無(wú)需進(jìn)一步設(shè)置參數(shù)或編程。然而，設(shè)備與機(jī)器之間必須實(shí)現(xiàn)天衣無(wú)縫的交互。西門(mén)子的博途（TIA Portal）平臺(tái)為利用反復(fù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)集來(lái)規(guī)劃、試驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程創(chuàng)造了條件。Thomas Hahn博士負(fù)責(zé)管理西門(mén)子中央研究院（CT）所有與Industry 4.0有關(guān)的活動(dòng)，他表示，“自動(dòng)化早已不止是簡(jiǎn)單地控制生產(chǎn)過(guò)程。現(xiàn)在，自動(dòng)化也涉及針對(duì)新產(chǎn)品快速調(diào)整機(jī)器和廠(chǎng)房。”

攻克數(shù)據(jù)不連續(xù)性問(wèn)題。本文描繪的生產(chǎn)環(huán)境將逐漸成為現(xiàn)實(shí)。請(qǐng)就皂液瓶試點(diǎn)工廠(chǎng)，思考如下問(wèn)題：機(jī)器如何知道有多少只皂液瓶需要白色瓶蓋，有多少只皂液瓶需要黑色瓶蓋？機(jī)器如何知道工廠(chǎng)是否備有足夠數(shù)量的瓶蓋，或者將按時(shí)交付足夠數(shù)量的瓶蓋？庫(kù)房是否有足夠數(shù)量的工作人員可以收貨？如今，所有這些信息都保存在不同系統(tǒng)中。譬如，企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理物料物理、人員規(guī)劃和成本計(jì)算，而制造執(zhí)行系統(tǒng)（EMS）則負(fù)責(zé)控制生產(chǎn)作業(yè)。問(wèn)題是，這些不同系統(tǒng)所使用的多種不同的格式、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，妨礙了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)之間順暢、完整地轉(zhuǎn)移——而這正是將現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界合二為一所必需的。

研究項(xiàng)目將確定信息物理系統(tǒng)需要哪些類(lèi)型的數(shù)據(jù)以及通過(guò)什么樣的方式較有效地利用這些數(shù)據(jù)。

*的模擬工具可以事先測(cè)試生產(chǎn)過(guò)程變化、成本發(fā)展和物料利用。

西門(mén)子中央研究院的生產(chǎn)優(yōu)化專(zhuān)家Jürgen Back指出，“現(xiàn)在，我們首先要確定哪些數(shù)據(jù)是與生產(chǎn)有關(guān)的。”工業(yè)數(shù)據(jù)與日俱增，更加劇了這項(xiàng)任務(wù)的難度。西門(mén)子中央研究院的研究人員勇挑重?fù)?dān)。Hahn在報(bào)告中稱(chēng)，“現(xiàn)在，我們正計(jì)劃與大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的研究合作伙伴開(kāi)展不同類(lèi)型的合作項(xiàng)目。”

這些項(xiàng)目的具體目標(biāo)當(dāng)前尚在醞釀之中。Hahn說(shuō)：“所有人都還記得，過(guò)去電話(huà)機(jī)的用途就是打電話(huà)。現(xiàn)在，還可以發(fā)送和接收照片和視頻，管理約會(huì)，以及運(yùn)行各種能在日常工作和生活中幫助我們的應(yīng)用程序。同樣地，未來(lái)的生產(chǎn)設(shè)施將不僅交換監(jiān)測(cè)和控制數(shù)據(jù)，還要交換截然不同類(lèi)型的產(chǎn)品和過(guò)程內(nèi)容。現(xiàn)在，我們正在研究這些內(nèi)容究竟應(yīng)當(dāng)是哪種類(lèi)型的內(nèi)容。”數(shù)據(jù)安全是另一個(gè)重大研究問(wèn)題，因?yàn)槿绻梢岳靡粋€(gè)數(shù)據(jù)集完成制造整件產(chǎn)品，那么，企業(yè)必須采取更加有效的保護(hù)措施，以防止工業(yè)間諜和產(chǎn)品盜版。

無(wú)論如何，顯然“那些未能順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)的企業(yè)將遭遺棄，”Armin Haupt博士如是道。Armin Haupt博士是德國(guó)愛(ài)爾蘭根西門(mén)子中央研究院的生產(chǎn)規(guī)劃與優(yōu)化部門(mén)負(fù)責(zé)人。他解釋道，“要想在數(shù)字化的未來(lái)占有一席之地，企業(yè)必須擁有連續(xù)可用的數(shù)據(jù)供其處置。”這是必須首先實(shí)現(xiàn)的里程碑式目標(biāo)。目前，西門(mén)子的顧問(wèn)正在分析眾多西門(mén)子生產(chǎn)工廠(chǎng)使用的數(shù)據(jù)，以便制定路線(xiàn)圖計(jì)劃——通過(guò)一系列開(kāi)發(fā)，締造標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)環(huán)境。

實(shí)現(xiàn)Industry 4.0所需的許多技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世，包括互聯(lián)網(wǎng)、面向工業(yè)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)連接技術(shù)Profinet、模擬軟件以及旨在加快工程設(shè)計(jì)的博途（TIA Portal）平臺(tái)。因此，專(zhuān)家確信朝著Industry 4.0前進(jìn)的步伐勢(shì)不可擋。Herweck說(shuō)：“Industry 4.0并非空中閣樓。”不同于過(guò)去風(fēng)行一時(shí)的類(lèi)似概念，如計(jì)算機(jī)一體化制造（CIM），Industry 4.0趨勢(shì)是隨著現(xiàn)有技術(shù)的融合和優(yōu)化而發(fā)展的。

Herweck還指出了另一個(gè)重大差別，他說(shuō)：“這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)讓大型國(guó)有企業(yè)、學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)和政府聯(lián)合起來(lái)，齊心追求一個(gè)共同目標(biāo)。”

作者：Katrin Nikolaus

模擬軟件：保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵

要保持競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)必須減少開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)日益復(fù)雜的產(chǎn)品所需的時(shí)間和成本。與此同時(shí)，客戶(hù)的要求也變得越來(lái)越苛刻，呈現(xiàn)出各種細(xì)微的差別。生產(chǎn)專(zhuān)家認(rèn)為，解決辦法就是將虛擬規(guī)劃與實(shí)物生產(chǎn)流程合二為一。這正是信息物理系統(tǒng)（CPS）和Industry 4.0等概念背后的理念。要實(shí)現(xiàn)這樣的生產(chǎn)環(huán)境，必須采用定制軟件，但通常并非像辦公應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)那樣可用于許多不同應(yīng)用的橫向IT系統(tǒng)。更為重要的是縱向IT系統(tǒng)，即專(zhuān)為特定工業(yè)領(lǐng)域及其特殊需求而開(kāi)發(fā)的解決方案。開(kāi)發(fā)這樣的解決方案正是西門(mén)子的17,500位軟件工程師的主要任務(wù)。西門(mén)子目前是僅次于SAP的歐洲第二大軟件公司。近年來(lái)，為了整合和優(yōu)化其行業(yè)IT技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，西門(mén)子已經(jīng)收購(gòu)了數(shù)家軟件公司并將它們整合入工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域。其中大多數(shù)公司都專(zhuān)長(zhǎng)于某些涵蓋了大型軟件應(yīng)用的特定分部的功能。西門(mén)子工業(yè)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人Marion Horstmann表示，“這些軟件公司的技術(shù)能力，結(jié)合西門(mén)子在自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，讓我們得以提供貫穿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造的整個(gè)價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程的工業(yè)軟件。”

從摩托車(chē)到電機(jī)和挖掘機(jī)，利用西門(mén)子的模擬軟件可以開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)各式各樣的產(chǎn)品。

2007年，在收購(gòu)美國(guó)公司UGS的同時(shí)，西門(mén)子宣布了新的軟件戰(zhàn)略。如今，該公司已更名為西門(mén)子產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件公司。PLM軟件最引人矚目的應(yīng)用*是其在紅牛賽車(chē)中的應(yīng)用，以及用于設(shè)計(jì)2012年登陸“紅色星球”的“好奇號(hào)”火星探測(cè)器。在開(kāi)發(fā)“好奇號(hào)”火星探測(cè)器的過(guò)程中，美國(guó)航空航天局全程采用了PLM軟件，從設(shè)計(jì)初稿到模擬其進(jìn)入火星大氣層，不一而足。盡管這些博人眼球的項(xiàng)目引起了各方關(guān)注，但事實(shí)上，在航空和汽車(chē)等行業(yè)已有超過(guò)700萬(wàn)名許可用戶(hù)在使用PLM軟件，早在規(guī)劃階段進(jìn)行產(chǎn)品功能試驗(yàn)。通過(guò)在虛擬工廠(chǎng)中模擬生產(chǎn)流程，該軟件縮短了生產(chǎn)規(guī)劃周期。該特性讓使用西門(mén)子自動(dòng)化系統(tǒng)的客戶(hù)受益良多。PLM軟件公司在德國(guó)的銷(xiāo)售和服務(wù)主管Lothar Hahn表示，“對(duì)將要用于制造產(chǎn)品的機(jī)器的屬性了解越透徹，所編寫(xiě)的模擬程序就越精確。”

西門(mén)子PLM已經(jīng)并購(gòu)了多家公司，德國(guó)格平根的*成本核算解決方案公司（Perfect Costing Solutions）便是其中之一。該公司于2012年9月加入西門(mén)子，其技術(shù)允許早在新產(chǎn)品規(guī)劃階段估算出其制造成本。Hahn說(shuō)：“過(guò)去，成本核算往往要到很晚的階段才執(zhí)行。”這導(dǎo)致了一些問(wèn)題，因?yàn)榇介_(kāi)發(fā)人員向采購(gòu)專(zhuān)員尋求意見(jiàn)時(shí)，規(guī)劃工作已開(kāi)展了一段時(shí)間，以至于任何變更都會(huì)導(dǎo)致巨大的額外費(fèi)用。*成本核算解決方案公司提供的軟件，有一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，那就是它可以持續(xù)不斷地納入所有影響到成本的變化因素。這意味著可以隨時(shí)執(zhí)行采購(gòu)價(jià)格分析，并且可以快速估算出設(shè)計(jì)和制造替代方案的成本。

此外，借助新的解決方案，如位于比利時(shí)勒芬的LMS公司——西門(mén)子PLM收購(gòu)的另一家公司——推出的軟件系統(tǒng)，現(xiàn)在可以回答像下面這樣的問(wèn)題：振動(dòng)會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)艙造成什么影響？這些影響會(huì)在多長(zhǎng)時(shí)間后造成這些組件的磨損？一輛新款緊湊型汽車(chē)在鋪滿(mǎn)鵝卵石的道路上行駛時(shí)，其內(nèi)部的噪聲有多大？通過(guò)LMS軟件實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)模擬，可以如實(shí)地執(zhí)行有關(guān)試驗(yàn)及其他分析。西門(mén)子于2012年11月收購(gòu)了LMS公司并將之整合到西門(mén)子PLM軟件公司。現(xiàn)在，LMS負(fù)責(zé)向所有大型汽車(chē)和飛機(jī)制造商提供模擬和機(jī)電一體化試驗(yàn)軟件。實(shí)際試驗(yàn)設(shè)備與軟件雙劍合璧，允許對(duì)聲學(xué)、震動(dòng)、振動(dòng)、運(yùn)行穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)等進(jìn)行更加精確的分析。所生成的數(shù)據(jù)庫(kù)將有助于工業(yè)企業(yè)在未來(lái)模擬、試驗(yàn)、優(yōu)化和制造產(chǎn)品。

2011年11月，西門(mén)子收購(gòu)了位于馬薩諸塞州Waltham的Vistagy公司，該公司專(zhuān)長(zhǎng)于模擬復(fù)合材料，特別是碳纖維的屬性。現(xiàn)代化飛機(jī)的一大半材料都采用了碳纖維，這種專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的碳材料也被用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。在汽車(chē)工業(yè)，碳纖維強(qiáng)化塑料也變得越來(lái)越重要。Vistagy提供了全球可以從開(kāi)發(fā)階段到制造過(guò)程，隨時(shí)模擬這些復(fù)合材料的具體屬性的軟件。行業(yè)IT解決方案，如Vistagy和Kineo C.A.M.（西門(mén)子在法國(guó)的一家子公司，專(zhuān)攻自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程規(guī)劃）開(kāi)發(fā)的解決方案，將成為未來(lái)的制造系統(tǒng)中*的組件。Horstmann說(shuō)：“像西門(mén)子這樣在軟件領(lǐng)域擁有廣博技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)的大型企業(yè)，將成為推動(dòng)Industry 4.0的主力軍。”