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在如今這個(gè)產(chǎn)品繁多、競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，如何提高資金流轉(zhuǎn)的效益、如何縮短新產(chǎn)品從研發(fā)到上市的時(shí)間、如何在銷售領(lǐng)域延伸人性化的服務(wù)，是整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。因?yàn)閷?duì)于制造業(yè)來說，時(shí)間就是金錢，個(gè)性就是優(yōu)勢(shì)。
虛擬三維技術(shù)在制造行業(yè)的運(yùn)用為解決這些問題提供了鑰匙，數(shù)字化工廠——這一嶄新的概念，如同一片讓人豁然一亮的藍(lán)海，展現(xiàn)于眼前。對(duì)于傳統(tǒng)的工業(yè)制造業(yè)來說，它或許意味著一場(chǎng)新革命。
很多企業(yè)已經(jīng)開始采用了數(shù)字化工廠的解決方案：美國(guó)國(guó)家航空航天局采用數(shù)字化工廠來仿真、分析太空船中的儀器在衛(wèi)星飛行過程中環(huán)境的變化；波音公司采用數(shù)字化工廠大幅度降低飛機(jī)成本、縮短設(shè)計(jì)與制造時(shí)間、減少產(chǎn)品缺陷；海爾集團(tuán)采用數(shù)字化工廠可以實(shí)現(xiàn)500種洗衣機(jī)的“按單生產(chǎn)”；康佳集團(tuán)通過數(shù)字化工廠，減少了90%的手工操作錯(cuò)誤，透明的研發(fā)過程節(jié)約了30%的產(chǎn)品研發(fā)費(fèi)用。
柔性化生產(chǎn)
Otto是德國(guó)寶馬汽車公司一名普通銷售員，他的工作是在慕尼黑的寶馬旗艦店為客戶推薦各種車型與服務(wù)，并接受客戶訂單。
作為汽車銷售，Otto最大的感受是，客戶對(duì)個(gè)性化定制的要求越來越高，原先按流水線統(tǒng)一生產(chǎn)的車很難滿足客戶的需求。比如，這位客戶想要這種顏色的車體配那種形狀的大燈，下一位客戶想要的又是另外的車體顏色配另外的動(dòng)力系統(tǒng)。
數(shù)字化工廠為Otto更好地服務(wù)客戶提供了幫助，基于數(shù)字化工廠所提供的柔性化生產(chǎn)能力使Otto對(duì)顧客的承諾能快速實(shí)現(xiàn)。這些年在激烈的競(jìng)爭(zhēng)下他不僅沒有感到太大的壓力，業(yè)績(jī)還一直穩(wěn)中有升。
寶馬公司在2002年啟動(dòng)了一項(xiàng)戰(zhàn)略，即現(xiàn)在為公司內(nèi)部所熟知，也被公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視的DMF。DMF是一種“數(shù)字化制造”戰(zhàn)略，寶馬計(jì)劃通過實(shí)施其降低產(chǎn)品開發(fā)及制造的總體成本，也提高柔性化生產(chǎn)的能力。它的目標(biāo)是打破汽車行業(yè)內(nèi)普遍存在的 “品牌-生產(chǎn)線”的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這意味著，不同的品牌、類型及款式的寶馬汽車都可以根據(jù)需要使用混線模式裝配。從理論上講任何一家寶馬工廠都可以生產(chǎn)任何型號(hào)和系列的寶馬汽車。
人們對(duì)商品尤其是消費(fèi)品的需求是日新月異的，市場(chǎng)也越來越被細(xì)分。1950年，寶馬能夠生產(chǎn)的車型不超過10種，而50多年后的今天，寶馬擁有的車型超過1032種，并且這種多樣化、靈活生產(chǎn)的趨勢(shì)將進(jìn)一步擴(kuò)大。
數(shù)字化工廠平臺(tái)可以將工廠及其相關(guān)價(jià)值鏈上的廠商用統(tǒng)一的平臺(tái)聯(lián)系起來，比如，汽車工業(yè)中的汽車音響、座椅、車燈等。除了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)品外還可以根據(jù)客戶訂單生產(chǎn)定制化產(chǎn)品，所用的生產(chǎn)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)品不相上下。當(dāng)汽車銷售員根據(jù)客戶要求向工廠下訂單時(shí)，供應(yīng)商也會(huì)得到一份相應(yīng)的原料采購訂單，自動(dòng)化的物流系統(tǒng)可以將裝配所需的原料自動(dòng)送到裝配員的手上。
不僅是寶馬，很多汽車產(chǎn)商都將數(shù)字化工廠引入自己的平臺(tái)。奇瑞汽車公司也是數(shù)字化工廠的用戶。它有大約2萬名員工，生產(chǎn)車型達(dá)12種，涵蓋乘用車、SUV和公交巴士。近兩年來，公司銷量大幅增加，躋身于國(guó)內(nèi)汽車廠商的前列。為了在高速發(fā)展的中國(guó)汽車市場(chǎng)上獲取更大的市場(chǎng)份額，奇瑞公司期望通過數(shù)字化工廠實(shí)現(xiàn)從“以產(chǎn)定銷”到“按訂單生產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)汽車定制化，以提高客戶的滿意度。
去年9月，投資10億人民幣的“全數(shù)字化”新奧迪總裝車間在長(zhǎng)春正式建成投產(chǎn)。車間 占 地81,610平方米，是國(guó)內(nèi)首個(gè)全數(shù)字化工廠。
這個(gè)全數(shù)字化工廠在剛性的生產(chǎn)線上也實(shí)現(xiàn)了柔性生產(chǎn)的需求，滿足著來自全國(guó)各地不同的訂單要求。在多數(shù)人看來，一汽-大眾僅生產(chǎn)奧迪A6、A4、Q5三大系列車型，但他們不知道的是，根據(jù)動(dòng)力總成的不同、電氣系統(tǒng)配置的不同、顏色的差異，目前這三大系列產(chǎn)品已經(jīng)演變出1000多個(gè)品種。
“全數(shù)字化”新奧迪總裝車間采用了大量與德國(guó)同步的計(jì)算機(jī)技術(shù)，生產(chǎn)全線使用了數(shù)字化控制和管理，具有更高的生產(chǎn)精度和生產(chǎn)效率，并真正實(shí)現(xiàn)了100%的柔性化生產(chǎn)。高程度的柔性化生產(chǎn)能力已經(jīng)將經(jīng)銷商的訂單與零部件供應(yīng)商、物流系統(tǒng)、生產(chǎn)線鏈接在一起，供應(yīng)商要按照奧迪的要求，在27分鐘內(nèi)可以將不同車型的零部件送到相應(yīng)的車位上。
柔性化生產(chǎn)能力還體現(xiàn)在如下方面：生產(chǎn)過程中車身吊具采用了可升降剪式EHB技術(shù)，通過交叉機(jī)械機(jī)構(gòu)，能夠使得吊具在0.12—4.5米高度上的任意位置根據(jù)需要自由變換?？梢造`活升降的吊具一方面極大地方便了不同工位對(duì)于安裝高度的不同要求，生產(chǎn)效率得到提高，設(shè)計(jì)也更加人性化，減少了工人不必要的勞損動(dòng)作；另一方面車身吊具的可調(diào)節(jié)能力也是不同車型混線生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)，是柔性化生產(chǎn)的重要組成部分。
更短的生產(chǎn)周期
對(duì)于制造業(yè)來說，時(shí)間就是金錢，效率就是生命。一款手機(jī)如果晚上市一周，對(duì)于企業(yè)來說很可能就損失慘重。
如何縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期呢？答案是：數(shù)字化工廠。它能在產(chǎn)品制造上打通虛擬與現(xiàn)實(shí)，為制造廠商贏得寶貴的時(shí)間。
寶馬公司當(dāng)年實(shí)施DMF的目標(biāo)之一就是：大幅縮短新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，從原來的大概60個(gè)月縮短到30個(gè)月左右，并且減少重復(fù)開支，包括耗時(shí)耗材的樣車裝配。
數(shù)字化工廠之所以能縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，進(jìn)行“精益生產(chǎn)”，是因?yàn)樗軌蚋鶕?jù)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿真、虛擬試生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化，在無需投資制作樣品的情況下，也可以模擬未來產(chǎn)品，并預(yù)見生產(chǎn)這件產(chǎn)品時(shí)可能遇到的問題，這可以最大限度上節(jié)約研發(fā)的時(shí)間和費(fèi)用。
世界排名第6、歐洲排名第2的標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)也在為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)而努力，它一直是實(shí)施3DPLM/（3D產(chǎn)品生命周期管理）這一新業(yè)務(wù)流程的先驅(qū)。集團(tuán)的經(jīng)理們很早就懂得必須將各開發(fā)流程聯(lián)合起來，對(duì)產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行管理，才能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)過程，提高新產(chǎn)品的質(zhì)量，降低新產(chǎn)品的成本。
正是這一信念導(dǎo)致了標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán) INGENUM項(xiàng)目的產(chǎn)生，IN－GENUM項(xiàng)目的主要目標(biāo)是建立虛擬的車輛平臺(tái)，在此信息平臺(tái)上所有來自擴(kuò)展企業(yè)的產(chǎn)品、工藝流程和資源等信息均可進(jìn)行虛擬管理和集成。
為了便于實(shí)施協(xié)同開發(fā)的環(huán)境，標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)決定采用核心3D建模工具來設(shè)計(jì)整輛汽車。最初，集團(tuán)用的是CADDS來設(shè)計(jì)車身，用IBM-達(dá)索系統(tǒng)公司的CATIA設(shè)計(jì)動(dòng)力系統(tǒng)。后來，集團(tuán)發(fā)現(xiàn)使用CATIA作為一套完整的3D建模方案更加高效。
這種環(huán)境由虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫組成，在這個(gè)環(huán)境中設(shè)計(jì)人員可以設(shè)計(jì)并管理自己的零件，同時(shí)還可對(duì)裝配中的所有零件與自己設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行協(xié)調(diào)。這樣，設(shè)計(jì)員就可以在整個(gè)裝配環(huán)境下設(shè)計(jì)自己的零件，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
這個(gè)數(shù)字樣機(jī)環(huán)境還使綜合性技術(shù)工程師可以在開發(fā)過程的早期階段就虛擬地檢查零部件幾何尺寸是否協(xié)調(diào)一致，通過3D可視技術(shù)還可檢查零件之間的干涉情況。
考慮到標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)汽車的多樣性，集團(tuán)對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境又進(jìn)行了提高。由于各種不同的零件和裝配件可以構(gòu)成不同型號(hào)的汽車，因而在虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫中必須有零件的配置。
有了這些基礎(chǔ)，標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)已經(jīng)建立起所謂的“虛擬平臺(tái)”，它使用戶能在集中精力完成自己任務(wù)的同時(shí)，還能與其他用戶、部門共享設(shè)計(jì)結(jié)果而不受地理限制。
INGENUM項(xiàng)目的第二個(gè)里程碑是，標(biāo)志雪鐵龍集團(tuán)決定與其供應(yīng)商共享此“虛擬平臺(tái)”，以求在整個(gè)企業(yè)內(nèi)取得縮短設(shè)計(jì)周期的效果。IN－GENUM項(xiàng)目的最終目標(biāo)是建立數(shù)字化工廠。
不僅汽車制造產(chǎn)商，在航空制造領(lǐng)域，數(shù)字化生產(chǎn)也幫助其縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。IBM公司與法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)集團(tuán)曾宣布空客公司已經(jīng)選用DELMIAV5機(jī)器人(16.890,-0.67,-3.82%)數(shù)字化制造方案，對(duì)新的空客飛機(jī)用到的機(jī)器人裝配線進(jìn)行仿真。這個(gè)戰(zhàn)略方案能夠使空客公司優(yōu)化設(shè)計(jì)、縮短制造周期、降低成本、加快產(chǎn)品上市時(shí)間。該方案的第一個(gè)受益項(xiàng)目是A400M，它將用CATIAV5完成設(shè)計(jì)、由DELMIAV5完成仿真。
而據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)波音公司在Boe－ing777~787和洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數(shù)字制造與傳統(tǒng)方式相比，縮短了1/3的研制周期，降低50%的研制成本，開創(chuàng)了航空數(shù)字化制造的先河。
數(shù)字背后的品質(zhì)
數(shù)字化生產(chǎn)除了提供柔性化服務(wù)、縮短產(chǎn)品制造周期、節(jié)約生產(chǎn)成本之外，還能提供傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)所無法提供的高端品質(zhì)。
在奧迪的全數(shù)字化工廠里，生產(chǎn)流程里的安全性被最大限度地保障。以螺栓為例，一輛車80%以上的連接是靠螺栓，在“全數(shù)字化”工廠里有一套專門的螺栓聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，把每個(gè)關(guān)鍵力矩，都按照大眾康采恩的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)記錄并連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并記錄在專門的服務(wù)器上。記錄包括螺栓擰緊的時(shí)間、擰緊之后的最終力矩、合格的公差范圍等。
如果某個(gè)螺栓不合格，相關(guān)設(shè)備首先會(huì)報(bào)警。如果員工沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備報(bào)警，不合格品流到下一個(gè)工位，在每一線最終質(zhì)量檢測(cè)工位上，員工只要用專用的掃描儀掃一下整車的識(shí)別號(hào)，不合格的部件依然會(huì)被檢測(cè)出來。即便在這一關(guān)也被疏忽了，最后系統(tǒng)也不會(huì)給這兩整車打合格證，因?yàn)樽詈笙到y(tǒng)還要查整車數(shù)據(jù)庫中所有的螺栓是否正確、被擰緊，所有加注的液體是否按照合格的量加注了。
在全數(shù)字化工廠里，質(zhì)量控制完全是通過IT系統(tǒng)來實(shí)施，人為的疏漏或者遺忘幾乎都無隙可鉆，影響不到整車的質(zhì)量。
在奧迪的全數(shù)字化工廠里，人們將看不到氣動(dòng)扳手和電動(dòng)扳手，取而代之的是靈敏扳手。靈敏扳手不僅控制擰緊力矩，同時(shí)也是力矩傳感器和力矩加轉(zhuǎn)角傳感器。這是德系車獨(dú)有的，用來保證螺栓的擰緊質(zhì)量。
螺栓擰緊時(shí)刻的數(shù)據(jù)也會(huì)反映到服務(wù)器上統(tǒng)一備案。一汽-大眾將把這個(gè)數(shù)據(jù)保存15年，即在這輛車的生命周期內(nèi)，所有生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)是可查的。
不僅僅是螺栓的扭矩，電器件的連接、液體的加注量、密封性等都由數(shù)字化控制并有數(shù)字化記錄。
在奧迪的數(shù)字化工廠里，物流系統(tǒng)的管理也十分先進(jìn)。新奧迪總裝車間通過數(shù)字化的物流管理體系、龐大的物流超市，打造了一個(gè)井然有序的零部件物流供應(yīng)體系。物流超市中存放小尺寸零件的部分采用了國(guó)際最先進(jìn)的PicktoLight管理系統(tǒng)，物流人員只需通過掃描裝配單，貨架上的指示燈就能夠自動(dòng)提示需要分揀的零部件儲(chǔ)存位置，確保了零件分揀、供應(yīng)過程的“零錯(cuò)誤”。而通過有序高效的數(shù)字化物流，新奧迪總裝車間的生產(chǎn)線邊準(zhǔn)時(shí)化供貨零件儲(chǔ)備周期僅2小時(shí)，超出時(shí)限的零件被運(yùn)走，保證了生產(chǎn)環(huán)境的整潔，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。
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