2.2 軟體對未來生產的作用

　　 無論是玩具生產商、汽車制造商、機械工程制造商、飲料行業，還是化工和電子行業，雖然他們各自面臨的行業挑戰不同，但相同的是：他們都需提高自己的生產力、生產效率、生產靈活性以及生產複雜性的管理能力。

為了實現這個目標，制造業的產品自動化必須從其局部自動化開始，並建立起一個明確的機制。在一個現代化工廠里，產品零部件、工具、運輸箱、機器等每一個環節都配備有傳感器和通信設備，以便進行數據交換和業務溝通。這種全面的信息自動化代表了當前最先進的制造業水平。為進一步優化生產，企業需按以下順序不斷改進工業流程：產品設計、生產規劃、生產工程、生產實施以及生產服務。其中，服務環節還包括：產品維修及維護，以及節能環保服務等。

以上各個環節跨越的地區、國家乃至時區越多，其優化的難度就越大。為了保證企業的長期競爭力，企業的整體優化是必不可少的。因此，企業就需要一個全新的軟體系統，並覆蓋整個產品生命週期：從最初的產品設計理念，到生產和物流，再到運行與服務

由於產品研發與生產過程是一個統一的整體，工業企業必須要考慮到產品每一個環節的生命週期成本。功能強大的硬體只有靠新興工業軟體作為支撐，才能使自動化和驅動技術產生根本的革新進步。

工業行業正在面臨著全面的產品研發數字化——這種數字化涵蓋了幾乎所有的生產流程。由於虛擬與現實世界不斷交互融合，所以企業需要從新的角度來思考生產方法的改進措施。工程數據可以直接轉化到生產過程中；相反，生產信息也可以直接作用於優化產品研發及生產過程的上遊工序中，也就是將所有的數據都整合進唯一的資料庫中。這種把產品和產品生命週期中每一個環節優化整合的軟體，已經被推廣到了各個工業領域，並正在飛速的發展中。在這種數字化組織中，不僅產品設計可以通過計算機完成，就連其制造過程都需要使用計算機。利用產品生命週期管理軟體（PLM）和自動化軟體技術，可以大大提高企業的生產力和競爭力。一個新產品的上市時間可以因此減少50%。也就是說，利用同樣的資源與能源成本可以生產出更加優質的產品。

2.2.1 軟體對產品設計的作用

軟體可以用於價值創造鏈的所有環節。在產品設計中，您可以應用產品生命週期管理軟體（PLM），在計算機上進行虛擬的產品設備測試，以達到在不需要實物的情況下，優化產品設計。數字虛擬化可以模擬出高精尖設備研發所需要的自然環境。例如，2012年8月此項技術被用於火星探測器的研發與制造全程：噴氣推進實驗室（JPL）為美國航空航天局（NASA）配備了一款西門子產品生命週期管理 （PLM） 軟體NX，用於數字化仿真及虛擬裝配，從而實現各個組件及其接口的測試。

這款軟體還可以應用在汽車行業：可顯著縮短產品上市時間，大幅提高靈活性。比如，戴姆勒公司將 NX 軟體首先應用於其旗下汽車和卡車的研發部門。隨後，戴姆勒集團為其超過 20 個研發中心和最主要的供應商，都配備了這種新型研發平台

2.2.2 軟體對生產規劃的作用

從大衆品牌改造一條汽車沖壓生產線的案例，就可以看出軟體在生產規劃中的作用。大衆汽車改造一條已經使用了 17 年之久的沖壓生產線時，將產品生命週期管理軟體（PLM）與其自動化軟體相結合，使得改造時間有了明顯的減少：在早期改造生產線的規劃階段，為提高生產效率，可以使用沖壓線仿真軟體，模擬出現有機器和處理設備，再對其進行優化。為了將沖壓件的模擬程序做到最精確，在使用仿真軟體的時候，還需要配合使用運動控制軟體（Motion Control Software）。運動控制軟體除可用於虛擬環境外，還可用於現實操作中。使用這種技術，在完成最後沖壓線改造工程之後，經計算實現節能35%，每分鐘沖程數可由14次提高至16次，生產力明顯提高。雖然表面上看，這2個沖程數並不起眼，但放在每個班次上所提升的效率是相當可觀的。

2.2.3 軟體對生產工程的作用

數字化規劃和生產流程向實際工程環境轉化時，會涉及到不同生產自動化和產品設計軟體模塊間的相互協同。只有實現運行、機械和工序之間的最佳工作流，以及各個系統之間的無縫通信，才能顯著提高生產力，使企業自身、客戶和終端用戶均受益


醫療技術領域通常是被業界拿來說明以上觀點的最好實例。因為，醫療技術發展的特點是先遇到挑戰，然後建立必要的數據結構，而不像其他行業一樣，用現有的數據去解決出現的問題。為了在節省成本的同時，制造出適合患者的膝關節植入體，西門子醫療業務領域和工業業務領域通力合作，通過創新，制造出了一種膝關節植入體。這種創新至今還被廣泛應用於膝關節植入體的制作流程中：因為膝關節植入體有尺寸與形狀的限制，所以醫師在為患者植入這種膝關節植入體時，必須為患者施行削骨手術。由於人工關節使用量很小，且關節的制作必須由人工完成，因此它的造價非常昂貴。按西門子公司的新思維：可以在為患者訂制第一個骨模型之前，先搜集患者有關數據。然後將這些數據快速進行自動化處理，轉化成一個假體模型，再通過數控設備的加工，最終制作出來。而對患者的膝關節進行掃描，主要是通過CT和核磁共振成像（MRT）來實現的。西門子PLM軟體部的NX CAM 系統可以在半個小時之內生成生產用數控數據。而用人工制作的話，至少需要兩天。

膝關節植入體的實際生產採用西門子 Sinumerik 840D sl 數控系統。安裝有該開放式控制系統的機床可以無縫集成到上位生產控制系統，實現從患者的數據輸入開始直到植入體被運送到患者手中的連續過程鏈。

在生產工程中，這種工業軟體與自動化技術、生產技術相互協同的生產模式，在西門子已經被成熟地運用了許多年。集合豐富的應用經驗與知識，最終西門子開發出了TIA 博途軟體平台。TIA博途軟體平台是一個被稱作“單一工程環境”的自動化軟體。也就是說，用統一的操作平台和畫面，可以操作整個價值創造鏈——從規劃、調試，到運行和維護，以及自動化系統擴展。通過工業軟體與自動化和驅動工程技術的結合，使產品設計、生產實施和服務三個環節緊密相連。通過該軟體平台，可實現最佳工作流程，降低工程成本高達 30%。

2.2.4 軟體對生產實施的作用

企業通過優化生產鏈條的第一個環節（產品設計、生產規劃和生產工程），可以在整個生產流程中起到事半功倍的效果。借助於全集成自動化，可以優化生產環節的自動化解決方案以及之後每一個環節。制造執行系統（MES），如 Simatic IT 平台可保證生產的高性能。通過數據融合，所有生產流程的管理變得十分透明，工程設計的各個階段實現實時交互。

通過採用集成自動化與驅動解決方案，能夠顯著提高生產效率和靈活性。原東德玻璃制造商 f|glass 就是一個很好的實例。它的工廠可以算得上是全世界最先進、最節能的工廠之一了。該工廠採用了一套集成自動化解決方案、一個先進的能源管理系統以及一個創新的熱回收系統。從原材料供應和混合，到熔化過程，再到玻璃表面的精加工和調試，生產與物流均完全實現了自動化。通過全集成自動化（TIA），所有集成儀表、驅動、自動化及配電解決方案相互協同，所有生產流程高效而靈活。過程控制系統 Simatic PCS 7 可視化控制著 700 米長設備上的 3000 個測量點，實現了一年 365 天連續可靠的運行
玻璃制造商f|Glass工廠中的觸屏控制系統

2.2.5 軟體對生產服務的作用

在過程工業和制造業中，能否為客戶量身訂制服務解決方案，日益成為企業能否成功的一個決定性因素：除了傳統意義上的維修保養、故障修复、能源與環境服務、綜合性維修解決方案外，還包括遠程維護。

為了提高設備的利用率，降低維護成本，實現機械設備的遠程監測和維護是一項行之有效的措施。在線訪問將比現場服務更經濟、更快捷、更靈活。通過遠程監控，可以對設備實施預防性檢測與維護（狀態監測）。

特別是像航空航天這種特殊行業，往往承擔著極為複雜的設備和系統維護任務。如果沒有預防性和預測性的技術手段，這項維護任務是象的。因此，西班牙的空客工廠（見）請西門子為其進行設備維護。維護範圍包括制造設備維修和備件管理。

服務解決方案並不僅僅局限於提供解決方案。通常人們所理解的解決方案比較適合大型公司。但一些沒有全球性服務團隊的中小型公司，也可以利用這些解決方案。比如說，西門子強大的在線服務網路團隊為 Schwbische 機床公司提供的服務。該公司是一家只有大約300名員工的多軸機床原始設備（OEM）制造商和供貨商，其客戶遍及世界各地。

2.2.6 所有生產流程中的軟體集成

如今是一個創新軟體與高性能硬體、虛擬網路與現實生產環境交錯的時代。所有產品的開發和生產過程都需要軟體應用。先進的精密光學設備行業最能說明這一點。由德國 Opto 光學儀器有限公司研發了一款重達 85 噸的龐然大物。這台機器可以用來制造直徑長達 2 米的高精度太空探測望遠鏡。其測量精度可達30納米。這款測量距離超過了130億光年的望遠鏡鏡片也是由Opto 公司研制的。首先，Opto 的光學工程師們使用西門子PLM軟體NX CAD解決方案在電腦屏幕上虛擬出一個機器。然後，西門子機電一體化技術人員不斷分析、模擬、優化這台“虛擬機”，配套使用了西門子數控系統Sinumerik840D，並為Opto公司專門設計了專屬用戶界面。通過採用西門子 Sinamics系列驅動產品，Opto公司實現了八軸超精密磨削和研磨抛光機的精確運動。CAD軟體與高性能硬體的結合不僅在精度上更上了一個台階，也加快了制造過程。由於天文光學在全球的需求度非常高，所以其定制的時間難以保證，因此，望遠鏡能否在最短的時間制作完成，是非常關鍵的。

本文摘自《即將來襲的第四次工業革命》

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　　 本書是費爾達芬工業峰會——系統領導2030年的配套用書，主題思想是：從經濟和科學的角度，深入探讨怎樣才能使中歐工業到2030年仍能保持一個成功的全球生產基的地位。到2030年，互聯網和其他服務聯網的系統將使所有行業實現智能化，並取代傳統的機械和機電一體化產品服務。本書每個章節都從非常特殊的角度表達了對工業4.0的獨特看法，所有這些觀點綜合在一起可以為我們清淅地勾勒出目前工業產業發展所處岔路口的情形。