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在長春,數字化工廠讓造車觸手可及!
1872年,西門子進入中國,經過140余年的發展,西門子已在中國建立了77家運營企業和20個研發中心,在電氣化、自動化和數字化領域碩果累累,以創新的技術、卓越的解決方案和產品,贏得了中國市場和客戶的認可。現在,中國制造業正經歷從“中國制造”向“中國智造”的轉型,西門子攜手中國客戶,建起一座座自動化、數字化工廠,幫助客戶在工業大數據時代逐步完成生產智造的蛻變,實現轉型升級。在汽車制造業,西門子為整車、零部件客戶提供了全面支持,掀起了汽車智造的狂潮。
2017年8月1日,西門子汽車行業年會在長春舉辦。聚焦汽車工業4.0落地,建設數字化工廠,西門子全套解決方案與來自西門子汽車行業客戶的案例分享成為活動的重點,引起與會代表的熱烈討論。共有160多名來自汽車行業客戶代表參加了此次會議。
數字化工廠助推汽車工業4.0落地
汽車行業被公認為是邁向“工業4.0”的制造業排頭兵,但目前國內汽車制造企業離數字化的全面應用還有很長的距離,人們所認識到的數字化主要體現在產品的設計階段,比如產品三維數字建模(CAD)、預裝配、干涉檢查與動力學分析 (CAE)、產品數據和流程管理(PDM)等。但是受到對市場快速反應能力、生產高度柔性、保證產品質量和提高生產效率的驅動,汽車企業也在加強對數字化制造的學習和嘗試。
西門子作為全球排名第二的軟件公司,在這場搶占未來制造業制高點的革命中已占據了先發優勢。西門子致力于打造一個整個數字化平臺的價值鏈,把工業軟件和自動化有機結合起來,從產品設計、研發到工藝規劃、產線規劃,到產線實施、自動化配套,到生產制造執行過程,再到整個產線生命周期的服務,這是西門子的結構化數據平臺。這個結構化數據平臺,不但是數據庫的管理平臺,進行數據交換,無縫連接;同時也是指揮中心,協同各個不同的階段,軟件協同工作,協同設計,閉環反饋,數據傳輸等,其實質就是數字化制造。
西門子對于數字化工廠的探索恰好彌補了之前企業對數字化應用的認識,已經在一些車企工廠的實踐證明,實施數字化制造給企業帶來的收益要遠超企業預期。西門子目前所有對與傳統汽車的解決方案,都可以在新能源車制造領域進行應用。在動力總成方面,新能源車電動機和電池的裝配,西門子也有成熟的解決方案。
Teamcenter是一款產品生命周期(PLM)產品,它是Siemens PLM Software的協同產品數據管理解決方案,通過將不同供應商提供的各種機械計算機輔助設計(MCAD)、電子 CAD (ECAD)、軟件開發和仿真工具、流程集成,Teamcenter能夠讓制造行業可管理性更高,生產力更強,協作更密切,控制力更強。
Teamcenter可以簡化并加速實施過程,提高生產力,加強協同,擴展對全產品生命周期過程的控制范圍,其全面統一的架構可為用戶提供一套較為完整的端到端PLM組合。
在中國,Teamcenter在很多汽車行業的客戶中都有應用,包括:上海汽車工業(集團)總公司(SAIC)、奇瑞汽車有限公司、上海延鋒江森座椅有限公司、沈陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司、江鈴汽車股份有限公司、長城汽車股份有限公司、東南(福建)汽車工業有限公司、一汽轎車股份有限公司等。
2.西門子云 - MindSphere
MindSphere是西門子推出的基于云的開放式物聯網操作系統,依托西門子在自動化、電氣化領域的優勢,幫助不同行業各種規模的企業快速高效地收集和分析工業現場的海量數據,從數據中發現潛在價值,從而為企業的運營和優化提供支持。
MindSphere被設計為一個開放的生態系統,工業企業可將其作為數字化服務的基礎,MindApps既可以使用原始設備制造商(OEM)、終端客戶、合作伙伴或西門子提供的應用程序,也可通過開放的應用程序接口開發定制App,還支持多種云基礎設施如SAP、AtoS、Microsoft Azure等。
為了能夠讓來自不同制造商的機械設備和工廠連接至MindSphere,西門子還推出了一款名為“MindConnect”的數據接入網關,即插即用,方便連接西門子和第三方產品。
3.標準化的數字化工程 - TIA Portal
在程序中,當標準的代碼塊已經創建完成,工廠的供應商想要在PLC中生成代碼塊,為避免人為操作的錯誤以及減少項目的創建時間,一個項目生成器便成為用戶所需。TIA PortalOpenness是面向程序功能塊的項目生成器,基于工藝描述自動生成PLC代碼,突出的優點就是快速。SiVArc是面向畫面的生成器,基于已存在的PLC程序,自動生成HMI變量、畫面、屏幕對象和文本列表,完全集成到TIA Portal工程環境中,減少工程消耗,避免人為導致的錯誤。
第一個SiVArc版本是為了經典Step7和WinCC而開發,第一個用戶是奧迪,之后是大眾集團。經典版的SiVArc是一個獨立的應用,主要用于汽車行業。TIA博途版本的SiVArc始于2013年的1.0,用于BMW,然后在中國和美國的生產線中也開始使用SiVArc。BMW在每個HMI站上可以節省30個小時的工程時間。
4 .節能通信規范PROFIenergy
目前在汽車行業已經采用的節能解決方案為人工操作,這種方式的缺點很多:需要額外的繼電器和連線,機器人容易丟失零位,恢復線體生產時間過長,重新啟動時的可靠性不高等。而大部分車廠在空閑時段并沒有采取任何措施。PROFIenergy規范對設備“開”和“斷”之間能量水平進行全新定義,在不增加任何成本的情況下,減少不生產時的能源消耗,例如用餐、夜晚、周末、假期等生產中斷時間。
當然,只有支持PROFIenergy協議的的設備才會被PROFIenergy關斷,而且支持此功能的設備需要額外激活PROFIenergy。
5 .自動化標準 - SICAR
SICAR是西門子設立的自動化標準,SICAR@TIAP V1.0已經于2015年發布,新的SICAR@TIAP V2.0即將于2017年下半年發布,面向未有自動化標準的汽車廠或線體供應商。使用SiCAR以后,調試項目事半功倍。目前,SICAR項目已經在江鈴南昌工廠、北汽株洲工廠、江淮合肥工廠、吉利貴陽工廠和長安重慶工廠成功應用。
6 .TIA Portal集成低壓控制解決方案
TIA Portal硬件平臺還集成了對西門子低壓控制產品的解決方案,包括PLC及電動機控制柜等。通過TIA Portal硬件平臺,可以快速、方便、可靠地選擇、組態和訂購整個SIMATIC 產品組合中的組件,自動生成所需的模塊、設備和網絡,而且不同選擇之間的對比也一目了然。得益于其易于使用的特性,可節省80% 的設計時間。
7 .傳動產品的數字化
當前形勢下,傳統的產品開發與商業模式不再保證市場占有率與競爭優勢,數字化理念已經貫穿整個工業領域,TIA Portal、Digital Twin、MindSphere、PLM NX Simulation、Teamcenter及IOT等已在制造企業廣泛應用。而對于通用運動控制GMC的數字化,還并沒有引起太多人的注意。
GMC包含對SIMOTICS的連續及非連續運動的控制,其任務是執行控制級傳來的指令,平穩、高速、高精度地實現特定的運動過程。在汽車行業中,GMC貫穿整個機械設計到數字化操作的全過程:Sizer,高效的配置選型工程工具;TIA Startdrive,傳動系統的工程調試工具,無縫集成驅動技術,組態更高效、更直接,控制器與驅動產品完美對接,調試診斷可視化,實現自動化生產全過程的數據平臺;Drive Train Analytics,實現驅動鏈數據可視化,發現數據價值,讓數據“活”起來。
GMC數字化能夠實現產品設計與生產環節同步;深度優化設計選型,降低成本;提升生產效率,推進柔性化制造;降低設備能耗,節能效果可視化。
8 .工業通訊系統讓數據流動起來
無論是宏觀的工業4.0,還是具體的智能工廠、數字化工廠,企業的數據都需要“流動起來”,從沖壓車間到焊裝車間、涂裝車間、總裝車間,再到內部和外部物流,工業通訊已應用于汽車廠的所有車間和環節。
基于標準以太網設計,整個通訊架構從PROFINET實時生產網絡、車間級環網到骨干控制環網及工業核心網絡,滿足從車間到企業辦公設備對網絡的在實時性、帶寬及路由等方面的需求,網絡層次清晰。各層級通過工業環網及環網之間的備份連接最優冗余技術,滿足對工業網絡的冗余需求,快速的網絡收斂時間(ms級)滿足最大程度避免通信中斷及數據丟失。并且采用一體化遠程運維網絡,提供實時遠程診斷及維護。
9 .RFID電子標簽讓數據可追溯
在大規模、大批量的汽車制造業中,生產與物料流的管理、資產管理、供應鏈管理的追蹤與追溯,為生產和物流帶來了嚴峻的挑戰。基于訂單生產的數據的分處理,生產過程中的自動糾錯,實施庫存狀態的信息,生產工具與容器的最優化安排,無錯的自動化識別,實際物料流程與數字化規劃的實時同步,實現增值服務的透明度……所有這些困擾通過一張電子標簽便可完美解決。西門子智能標簽RF680L支持嚴苛環境中的一碼到底,貫穿整個生產流程,免去不同車間之間的數據交換步驟,車身信息科隨時追溯,根據客戶需求定制,自動化安裝。
在德國梅塞德斯-奔馳車廠采用了SIMATIC RF600 RF680L,電子標簽垂直安裝在前側車輪位,途經三大車間,可下電泳池,在220℃高溫下可工作45分鐘,標簽表面不殘留油漆。99.99%的讀取正確率保證隨時可以對車身數據進行追溯。
中國汽車數字化工廠
一汽大眾“全數字化”新奧迪總裝車間在長春宣布正式投產。新奧迪總裝車間是奧迪全球最先進的工廠之一,它集合了世界最先進的汽車生產設備和制造工藝,并融入了國際領先的精益生產理念和奧迪全球制造基地建設經驗,通過對規劃、生產、物流和質保的全數字化管理,將汽車生產帶入一個更高效、更精準、更環保的境界。
北汽株洲二期工廠在建廠時就確立要建設成智能透明的汽車工廠,并與西門子合作,在焊裝線全部采用虛擬設計、虛擬仿真和離線變成技術,在虛擬的環境下進行焊裝線的生產驗證,解決驗證問題后再建造成實體焊裝線,打造數字化雙胞胎的焊裝生產線。虛擬生產線的建立為后期新車型的增加和線體改造提供了技術基礎,并且能夠提前識別問題,縮短項目周期。
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(汽車工藝師供稿)造車網整理
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