西门子数字化工厂再进化：破土动工前，工厂已“建成”

大约十年前，德国提出“工业4.0”概念，描述了虚拟世界与物理世界高度融合的下一代生产场景。数字化工厂中的设备与设备之间，人、机器和资源之间如何对话？数字化技术如何重塑传统制造流程？络绎不绝的中国企业走进德国工业巨头西门子位于成都的数字化工厂寻找答案。类似的探索更早之前已在西门子位于德国安贝格市的电子制造工厂启动，安贝格工厂被业界认为是最接近工业4.0概念雏形的标杆工厂。

面向工业4.0的进化从未停止过。西门子数控（南京）有限公司（SNC）新工厂近日正式投运，在实地建设之前，西门子就已全面应用自身数字化技术，预先在虚拟世界打造工厂的数字孪生，实现从需求分析、规划设计、动工实施到生产运营全过程的数字化。据介绍，通过打通从研发到生产运营各环节的数据流，新工厂的产能提高近2倍，生产效率提升20%，产品上市时间缩短近20%。

多年前西门子在成都建造其全球第二个数字化工厂时，复制了在德国安贝格工厂的经验、技术和流程。但SNC新工厂没有“德国样板”，无先例可循，是西门子全球首座原生数字化工厂。

破土动工前，工厂已“建成”

SNC成立于1996年，是西门子运动控制领域德国以外最大的研发和制造中心，主要产品线覆盖数控系统、通用变频器、伺服电机、齿轮马达等产品，广泛应用于汽车、航空、电子、制药、物流和新能源等高端制造行业，并有大量产品出口海外市场。面对日益增长的市场需求，该工厂急需扩大产能，提高生产效率和灵活性。于是，催生出再新建一座工厂的需要。

何为原生数字化工厂？西门子全球执行副总裁，西门子中国董事长、总裁兼首席执行官肖松对澎湃新闻等媒体表示，原生指的是在设计、规划、建造和生产运营的全生命周期，从零开始，开创性地完全使用西门子自身的数字化理念和技术，让工厂从无到有，由虚到实。“在工厂破土动工之前，已经在虚拟世界里用西门子的软件，完成了从工厂需求、分析到建成、运营全过程模拟仿真和验证。在实际建设过程中，通过大数据分析，进一步优化生产流程，为实际生产提供实时可靠的数据支撑，实现数字化制造和管理。”

西门子数控（南京）有限公司新工厂

试想一下，要生产一支笔，传统的做法是先出一张图纸，然后调整机床参数去开模做出样品，图纸返回研发部门经过比对修改，才能进入生产线。随着数字化技术向制造业各领域加速渗透，产品的数字孪生已经不算新奇：在虚拟世界中预先完整模拟出某种产品的设计、生产制造过程，通过建模仿真优化设计，可以减少物理调试时间、节约大量材料测试成本。

肖松称，西门子原生数字化工厂的建成，证明了可以像设计产品一样设计厂房和产线，将数字孪生覆盖产品以及工厂的全生命周期，从而实现持续优化的数字闭环。

正式破土动工前，工程师们已经在虚拟世界里完成了工厂的“建设”。“或许你会有疑问，今天谁建设工厂没有图纸？没有图纸怎么破土动工建设？”西门子（中国）有限公司执行副总裁、西门子大中华区数字化工业集团总经理王海滨对澎湃新闻解释称，此“图纸”非彼“图纸”。建厂房有图纸，机器设备有图纸，产线可能也有图纸，这不假。但区别在于，光有设计图纸，无法将工厂、产线、机器设备、工艺在计算机环境中模拟实际生产运行“动起来”，进而验证和优化工厂设计。SNC新工厂在设计环节已全方位进行了虚拟仿真、虚拟调试、虚拟生产和验证，避免了传统设计的试错成本，这是其他工厂还未做到的关键之处。

据介绍，新工厂在实体建设及运营阶段，基于西门子工业云的大数据分析及其与工业物联网系统的有机结合，进一步优化生产流程，为实际生产提供实时数据支撑，实现数字制造和管理。新工厂可同时生产电子和电机制造两大类从原材料、生产设备到工艺流程均截然不同的产品，“将这两大类产品放在同一个屋檐下生产，这对任何企业来说都是一项前所未有的挑战。”西门子数控（南京）有限公司总经理周郁荣说道。

在无历史遗留硬件负担的新建“绿地工厂”实施更彻底的数字化应用意味着相较于常规工厂的更多投入。但王海滨认为，在进行投资决策时，除了直接且看得见的成本，试错成本、错误决策等隐性或间接成本也不能忽略。“从SNC新工厂的经验来看，数字化的投入所获得的收益是完全划得来的。”

将加强本土研发和供应商体系

低碳环保也在SNC新工厂设计之初便被纳入重点考量。据悉，该工厂利用屋顶光伏系统为工厂运营提供部分清洁能源；利用地源热泵技术提高冬季供暖和夏季制冷能效；应用高效率水泵和风机、热回收装置、雨水回收系统、风能和光伏LED路灯、智能照明控制系统和太阳能热水系统，最大限度地节能减排。上述措施预计每年可节省约506万千瓦时的电力、6286立方米的水，减少3325吨的碳排放。

肖松在采访中表示，数字化和低碳化将是未来西门子在中国发展的两大支点。

“尽管疫情给全球经济带来了很大的挑战，但中国作为世界第二大经济体，拥有完整的产业链体系，同时提出了统一大市场、坚定实施改革开放等一系列推动经济高质量发展方面的努力，对于外资企业而言非常重要。”肖松表示，目前西门子在华拥有超过30000名员工，四十多家运营企业，在中国布局了完整的产业链和开放共赢的生态体系。提及中国战略，他透露，西门子中国将加大本土研发和创新能力，加强与大学、研究院的合作。

2020年新冠疫情的爆发，促使全球企业重新思考供应链布局与风险管理。

肖松说，过去两年中，公司整体上把供应链带来的风险降到了最低。为了进一步加强供应链建设，过去某个产品的供应商可能只有一家，现在需要增加到两至三家供应商，以降低风险。同样重要的是加强本土供应商的比例，过去某些产品基于全球供应商，疫情令企业充分认识到，须加强本土供应商的建立和开发。“通过这些措施，我们能够更快速地面对未来新的不确定性。”