智能制造及未来

　　德国工业4.0又称第四次工业革命，是指通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段，将制造业和智能化转型。德国工业已经经历了三次工业革命，第一次工业革命发生在1 8世纪末，主要是通过水力和蒸汽机实现工厂机械化；第二次工业革命发生在20世纪初，主要为电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的制造，新通信手段的发明和化学工业的建立；第三次工业革命从20世纪70年代至今，主要为基于PLC的生产工艺自动化，以原子能、计算机和空间技术的广泛应用为主要标志的信息控制技术革命。

　　工业的强大本届展会共吸引来自全球65个国家和地区的约5 000家展商参加。工业展共分为7个主题展，分别为：工业自动化、能源、移动技术、数控化工厂、工业供应、工业绿色技术以及科研与技术，展示了建设智能工厂的未来趋势。德国总理默克尔在4月6日的开幕式上说： “未来智能工厂能够自行运转，零件与机器可以相互交流，这令跨行业合作成为必然。”

　　西门子在3 500m2蓝宝石般半月形的展台里展示了西门子工业企业的全部产品线，从产品设计、生产规划、生产工程、生产实施和服务五个阶段展示了智能制造的理念；同时还展出了一条工业4.0下的汽车生产线。为便于读者理解，笔者结合展会和参观到的数字化工厂将智能制造分为四个部分，分别为数字化产品设计、虚拟规划、智能化生产和全生命周期的服务集成。

　　数字化产品设计

　　西门子展示了一款极具创新的日产ZEOD RC赛车。ZEOD(ZeroEmission On Demand Racing Car，零排放定制赛车)标志着电力驱动装置与内燃机之间的选择性互操作。这款世界上速度最快的电动赛车，将在2014年6,9的法国勒芒24 h耐力赛上首度出战，凭借先进的电动技术，以百公里加速时间2．5 S、超过300 km／h的速度驰骋赛场。英国赛车运动工程公司——RML集团在开发过程中使用了西门子的集成化Nx软件包。该软件包适用于CAD、CAE和CAM开发系统。

　　据悉，德国达姆斯塔特工业大学的学生们与DART赛车团队共同开发制造的即将参加《大学生方程式汽车大赛》的电动赛车theta20 l 3，也是依靠NX CAD／CAE／CAM系统完成了设计阶段的全部工作。这套系统的优势在于为包括几乎所有零件在内的整个赛车提供了一套三维主设计模型，使得设计过程大大加快，为成功制造实际赛车奠定了坚实的基础。这个案例出色地证明了最大限度优化设计效率对创新生产的重要作用。

　　在数字化制造下，设计和制造都基于同一个数据平台，研发和生产几乎同步，改变了传统制造的节奏。在欧洲最先进的现代化工厂——工业4．0的雏形——西门子安贝格电子工厂参观时，副总经理李永利告诉记者，数字化设计和生产已实现了紧密的结合，这使安贝格工厂的产品残次品率从原先的500多／1 000 000下降到现在的1211 000 000。

　　虚拟规划

　使用工业软件即可实现在电脑屏幕上开发整座工厂及具体每一台机器设备，通过彻底仿真优化生产过程。这种方法可以帮助客户节约时间和资源，降低能源成本，同时提高工厂的盈利能力。取得成功的关键在于将西门子的生命周期管理软件集成到西门子的自动化系统，缩短产品上市时间达50％，同时提高产品质量。西门子展示了一个使用了名为Comos Walk—inside 3D可视化软件的工厂平台，观众可走进虚拟化的制造工厂，查看工厂的整体布局，甚至查看每台机床摆放的位置。

　　智能化生产

　　智能化是一个过程，是工业化和信息化不断融合的过程，而未来智能工厂能够自行运转，零件与机器可以相互交流，跨行业合作成为必然。西门子展示了制造工程、制造执行软件和集成，笔者在此统一称为智能化生产。

　　(1)制造工程。随着使用的硬件和软件不断增多，带来的挑战与日俱增，保证各个系统之间实现无缝通信与协作的难度也越来越高。西门子TIA博途软件平台带来了工程领域的革命性进步，实现了各项自动化任务的全面集成和统一，同时还可优化工作流程，降低工程成本达30％。展台上的工程区重点展示了一台生产线末端包装机，显示出所有自动化部件在全集成自动化软件TIA基础上是如何实现完美协同互动的。西门子公关专员Peter Jefimiec先生表示，TIA是一个具有高开放性的数据平台，是一个理念，可实现数据之间的无缝连接，组态便捷。

　　(2)全集成驱动系统(IDS)。2013年，西门子在中国提出了全集成驱动的概念，IDS的核心元素是动力总成的三位一体：即横向沿着能量流由耦合器和变速箱直到电动机和逆变器的集成，纵向在自动化层次上于工业制造工艺控制结构的集成以及生命周期集成。因此，横向集成会改善机器的生产率和生产质量，以此为基础，西门子可提供全面的变速箱、耦合器、电动机以及逆变器的产品组合。同时，IDS把动力总成和部件集成到西门子工业的TIA架构中，明显降低了工程时间。通过横向和纵向平面使得IDS概念跨过另一个集成平面——整个机器和产品的生命周期管理所有部件的技术数据都能在规划、设计和投产等相应工业软件中共享。通过集成的软件和服务，这个集成生命周期不但可使投产更快及提高可靠性，而且降低维护成本。展台现场一台采用上行传送技术(高层码垛系统)的存储与检索设备很好地诠释了IDS这一概念，这样的系统在工厂的物流体系和生产线中发挥着重要作用。