機械制造業(yè): 智能機器的復興
今天的機械制造企業(yè)面臨著不確定的市場環(huán)境,除了對高質量、高性能以及低成本的迫切要求,降低能源使用,減少碳排放,減少廢料產(chǎn)生也對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提出挑戰(zhàn)。
從全球趨勢來看,一些成熟的制造領域正在轉移到鄰近領域或者新市場。例如,造紙機制造商向電池機制造領域擴張,以滿足電動汽車需求的急劇增長。然而,無論是機器制造商還是整個制造業(yè),勞動力的短缺都迫使自動化的需求向上增長。未來工廠正圍繞可持續(xù)性、靈活性和未來勞動力的范式發(fā)展。
技術的進步為制造企業(yè)提供了蓬勃發(fā)展的機會,數(shù)字化集成了數(shù)字工具、系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),將以前孤立的設計、工程、生產(chǎn)和服務信息連接起來,所產(chǎn)生的豐富數(shù)據(jù)使這些新功能成為可能。隨著數(shù)字化的深入,制造企業(yè)可以超越自動化,進入更具預測性和適應性的生產(chǎn)環(huán)境。自適應制造提供了靈活性,可以隨著市場和客戶需求的變化輕松切換生產(chǎn)。此外,它還能簡化工作流程系統(tǒng),制造企業(yè)可以依靠相同數(shù)量的勞動力來做更多的事情。
數(shù)字孿生:數(shù)字化的核心
制造業(yè)的復興需要對包括生產(chǎn)機械在內(nèi)的整個生產(chǎn)過程進行數(shù)字化,而一切的起始點就在于設計,即創(chuàng)建智能機器的數(shù)字孿生。在設計過程中,機器的數(shù)字孿生是基于多學科工程開發(fā)的,包括機器的機械、軟件、電氣和自動化系統(tǒng)等等。這種數(shù)字孿生最初用于虛擬樣機的設計探索和評估。一旦機器準備好部署,機器的數(shù)字孿生就可以在機器物理安裝之前進行虛擬調試,從而大大降低部署所需的風險和時間。
在工廠部署完畢后,機器的數(shù)字孿生將在機器的使用壽命內(nèi)不斷豐富實際操作的數(shù)據(jù)。這樣做的好處在于可以在真實表示和數(shù)字表示之間形成一個閉環(huán)。隨著精確度的提高,數(shù)字孿生可以為業(yè)務運營提供寶貴的性能見解,使制造團隊能夠持續(xù)監(jiān)控和提高制造效率和質量。數(shù)字孿生提高了操作的可靠性,其能夠提供數(shù)據(jù)來預測機器何時需要維護,并提供見解來管理機器的服務生命周期管理,消除計劃外停機或機器損壞的可能。數(shù)字孿生還有助于加快新產(chǎn)品的推出,在車間進行物理改變之前,制造團隊可以測試潛在流程。
數(shù)字主線改變機械制造業(yè)
在數(shù)字化開始實施后,它將為制造業(yè)帶來全新前景。離散型機械的數(shù)字孿生可以集成到一個數(shù)字主線中,該主線從單個機器擴展到工廠布局和設計,然后擴展到制造操作。工廠級仿真使我們能夠跨機器、自動化流程和生產(chǎn)線,不斷優(yōu)化速度和質量。制造商可以優(yōu)化工廠的整體性能,從規(guī)劃開始,貫穿正在進行的運營。如此一來,在智能工廠的整個運營過程中可以無縫訪問和共享數(shù)據(jù)。
這樣的作法能夠有效推動在可持續(xù)性和生產(chǎn)靈活性,并緩解勞動力短缺問題:
·能源管理的可持續(xù)性——制造商可以在工廠內(nèi)部甚至全球運營中進行完整的工廠能源評估、優(yōu)化、二氧化碳減排和報告。
·生產(chǎn)靈活性——實現(xiàn)真正的IT/OT融合,可以連接和分析整個供應鏈、工廠運營和業(yè)務流程的數(shù)據(jù),實現(xiàn)近乎實時的數(shù)據(jù)驅動決策。
·部署與人工智能/機器學習和數(shù)據(jù)分析的人機協(xié)作——包括來自工業(yè)邊緣能力的數(shù)據(jù)。制造企業(yè)可以獲得更好的洞察力,對意外事件做出快速反應。此外,利用創(chuàng)成式AI(Generative AI)進行操作分析(如西門子的Industrial Copilot),允許用戶快速生成、優(yōu)化和調試復雜的自動化代碼,并縮短仿真時間。
數(shù)字主線的出現(xiàn)大大降低了轉換或修改線路以適應波動的市場條件時的風險。隨著我們繼續(xù)連接物理世界與數(shù)字世界,網(wǎng)絡安全風險和威脅的復雜性也在繼續(xù)增加,并隨著更大的數(shù)據(jù)和更廣闊的地理空間逐漸延申,網(wǎng)絡安全成為了優(yōu)先事項,并融入數(shù)字化的每一步。
從小規(guī)模智能起步
那么應該怎樣邁出第一步?我們建議,可以從小規(guī)模開始,先確定可以推動流程轉型所需要的工具,那么對流程進行優(yōu)化或重新定義就必不可少。利用這些工具的優(yōu)勢,教育員工應該如何有效利用新工具和新流程,并在其不斷提高熟練程度的同時為其提供持續(xù)支持。然后,通過重復這一流程,將數(shù)字化擴展到整個公司,以這種方式實施數(shù)字化轉型戰(zhàn)略,將讓企業(yè)變得更有彈性、適應性更強。例如,可以考慮專為機械制造企業(yè)構建的工業(yè)云解決方案,其無論從成本考慮還是靈活度考慮,都十分適合數(shù)字化的逐步推進。
在西門子,我們對數(shù)字化的成熟度規(guī)劃有五個階段,我們首先會對客戶的數(shù)字化成熟度進行評估,確定其在這個數(shù)字化進程中的具體位置;然后,我們會看同行業(yè)的行業(yè)領導者已經(jīng)成功部署了哪些工具;接著為客戶制定路線圖,助其開啟數(shù)字化之路。
如今,大多數(shù)機械制造企業(yè)已經(jīng)接受了這一過程的前兩個階段:從基于文檔的數(shù)據(jù)框架轉移到基于模型的數(shù)據(jù)框架,以及跨領域地共享數(shù)據(jù)。這兩個階段可顯著提高整個組織中數(shù)據(jù)的可追溯性和可訪問性,有助于提高流程效率以及工程靈活性。
例如我們的客戶之一,為全球客戶提供靈活創(chuàng)新的包裝機的挪威公司Tronrud Engineering,就在其數(shù)字化的進程中使用西門子的工業(yè)軟件解決方案,并實現(xiàn)了設計過程減少約10%,調試階過程減少了20%至25%的喜人成果。
有了數(shù)字化,機械制造企業(yè)就可以更加自信地擁抱創(chuàng)新的未來,其可以從自動化轉向適應性制造,并在整個運營中建立數(shù)字主線,這一轉變將幫助他們在變化的環(huán)境中蓬勃發(fā)展,以適應未來可能發(fā)生的種種挑戰(zhàn)。

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