在如今這個產(chǎn)品繁多、競爭激烈的時代，如何提高資金流轉(zhuǎn)的效益、如何縮短新產(chǎn)品從研發(fā)到上市的時間、如何在銷售領(lǐng)域延伸人性化的服務(wù)，是整個工業(yè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。因為對于制造業(yè)來說，時間就是金錢，個性就是優(yōu)勢。
虛擬三維技術(shù)在制造行業(yè)的運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海，展現(xiàn)于眼前。對于傳統(tǒng)的工業(yè)制造業(yè)來說，它或許意味著一場新革命。
很多企業(yè)已經(jīng)開始采用了數(shù)字化工廠的解決方案：美國國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成本、縮短設(shè)計與制造時間、減少產(chǎn)品缺陷；海爾集團采用數(shù)字化工廠可以實現(xiàn)500種洗衣機的“按單生產(chǎn)”；康佳集團通過數(shù)字化工廠，減少了90%的手工操作錯誤，透明的研發(fā)過程節(jié)約了30%的產(chǎn)品研發(fā)費用。
柔性化生產(chǎn)
Otto是德國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，客戶對個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對顧客的承諾能快速實現(xiàn)。這些年在激烈的競爭下他不僅沒有感到太大的壓力，業(yè)績還一直穩(wěn)中有升。
寶馬公司在2002年啟動了一項戰(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，寶馬計劃通過實施其降低產(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)任何型號和系列的寶馬汽車。
人們對商品尤其是消費品的需求是日新月異的，市場也越來越被細分。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)的趨勢將進一步擴大。
數(shù)字化工廠平臺可以將工廠及其相關(guān)價值鏈上的廠商用統(tǒng)一的平臺聯(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)標準品外還可以根據(jù)客戶訂單生產(chǎn)定制化產(chǎn)品，所用的生產(chǎn)時間與標準品不相上下。當(dāng)汽車銷售員根據(jù)客戶要求向工廠下訂單時，供應(yīng)商也會得到一份相應(yīng)的原料采購訂單，自動化的物流系統(tǒng)可以將裝配所需的原料自動送到裝配員的手上。
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。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，躋身于國內(nèi)汽車廠商的前列。為了在高速發(fā)展的中國汽車市場上獲取更大的市場份額，奇瑞公司期望通過數(shù)字化工廠實現(xiàn)從“以產(chǎn)定銷”到“按訂單生產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變，加強汽車定制化，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春正式建成投產(chǎn)。車間 占 地81,610平方米，是國內(nèi)首個全數(shù)字化工廠。
這個全數(shù)字化工廠在剛性的生產(chǎn)線上也實現(xiàn)了柔性生產(chǎn)的需求，滿足著來自全國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多個品種。
“全數(shù)字化”新奧迪總裝車間采用了大量與德國同步的計算機技術(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)，通過交叉機械機構(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。可以靈活升降的吊具一方面極大地方便了不同工位對于安裝高度的不同要求，生產(chǎn)效率得到提高，設(shè)計也更加人性化，減少了工人不必要的勞損動作；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
對于制造業(yè)來說，時間就是金錢，效率就是生命。一款手機如果晚上市一周，對于企業(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，為制造廠商贏得寶貴的時間。
寶馬公司當(dāng)年實施DMF的目標之一就是：大幅縮短新產(chǎn)品開發(fā)時間，從原來的大概60個月縮短到30個月左右，并且減少重復(fù)開支，包括耗時耗材的樣車裝配。
數(shù)字化工廠之所以能縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約開發(fā)費用，進行“精益生產(chǎn)”，是因為它能夠根據(jù)市場需求，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝設(shè)計、產(chǎn)品仿真、虛擬試生產(chǎn)等多個環(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)品時可能遇到的問題，這可以最大限度上節(jié)約研發(fā)的時間和費用。
世界排名第6、歐洲排名第2的標志雪鐵龍集團也在為實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)而努力，它一直是實施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，對產(chǎn)品全生命周期進行管理，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)致了標志雪鐵龍集團 INGENUM項目的產(chǎn)生，IN－GENUM項目的主要目標是建立虛擬的車輛平臺，在此信息平臺上所有來自擴展企業(yè)的產(chǎn)品、工藝流程和資源等信息均可進行虛擬管理和集成。
為了便于實施協(xié)同開發(fā)的環(huán)境，標志雪鐵龍集團決定采用核心3D建模工具來設(shè)計整輛汽車。最初，集團用的是CADDS來設(shè)計車身，用IBM-達索系統(tǒng)公司的CATIA設(shè)計動力系統(tǒng)。后來，集團發(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，在這個環(huán)境中設(shè)計人員可以設(shè)計并管理自己的零件，同時還可對裝配中的所有零件與自己設(shè)計的零件進行協(xié)調(diào)。這樣，設(shè)計員就可以在整個裝配環(huán)境下設(shè)計自己的零件，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
這個數(shù)字樣機環(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。
考慮到標志雪鐵龍集團汽車的多樣性，集團對協(xié)同設(shè)計環(huán)境又進行了提高。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)，標志雪鐵龍集團已經(jīng)建立起所謂的“虛擬平臺”，它使用戶能在集中精力完成自己任務(wù)的同時，還能與其他用戶、部門共享設(shè)計結(jié)果而不受地理限制。
INGENUM項目的第二個里程碑是，標志雪鐵龍集團決定與其供應(yīng)商共享此“虛擬平臺”，以求在整個企業(yè)內(nèi)取得縮短設(shè)計周期的效果。IN－GENUM項目的最終目標是建立數(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公司與法國達索系統(tǒng)集團曾宣布空客公司已經(jīng)選用DELMIAV5機器人(16.890,-0.67,-3.82%)數(shù)字化制造方案，對新的空客飛機用到的機器人裝配線進行仿真。這個戰(zhàn)略方案能夠使空客公司優(yōu)化設(shè)計、縮短制造周期、降低成本、加快產(chǎn)品上市時間。該方案的第一個受益項目是A400M，它將用CATIAV5完成設(shè)計、由DELMIAV5完成仿真。
而據(jù)統(tǒng)計，美國波音公司在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)，把每個關(guān)鍵力矩，都按照大眾康采恩的統(tǒng)一標準記錄并連接到一個網(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間、擰緊之后的最終力矩、合格的公差范圍等。
如果某個螺栓不合格，相關(guān)設(shè)備首先會報警。如果員工沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)備報警，不合格品流到下一個工位，在每一線最終質(zhì)量檢測工位上，員工只要用專用的掃描儀掃一下整車的識別號，不合格的部件依然會被檢測出來。即便在這一關(guān)也被疏忽了，最后系統(tǒng)也不會給這兩整車打合格證，因為最后系統(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，人們將看不到氣動扳手和電動扳手，取而代之的是靈敏扳手。靈敏扳手不僅控制擰緊力矩，同時也是力矩傳感器和力矩加轉(zhuǎn)角傳感器。這是德系車獨有的，用來保證螺栓的擰緊質(zhì)量。
螺栓擰緊時刻的數(shù)據(jù)也會反映到服務(wù)器上統(tǒng)一備案。一汽-大眾將把這個數(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。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際最先進的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提示需要分揀的零部件儲存位置，確保了零件分揀、供應(yīng)過程的“零錯誤”。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)線邊準時化供貨零件儲備周期僅2小時，超出時限的零件被運走，保證了生產(chǎn)環(huán)境的整潔，生產(chǎn)效率進一步提高。
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