西门子数字化企业的要义:三个数字化双胞胎

文章来源:APS研究
2021-03-08

数字化正在推动工业领域的巨变。更灵活、高效的生产,更短的新产品上市时间和更好的产品质量,数字化正在让这些制造业愿景一一成为现实。
  西门子,作为“工业4.0”最初的发起者和重要的构建者之一,一开始就将数字化企业作为自己的市场战略。2019年4月,西门子完成了数字化工厂集团与过程工业与驱动集团合并成为数字化工业集团,重点聚焦数字化业务。
  从2014年到2020年,六年的探索与实践,西门子在数字化企业的道路上已越来越清晰。从方法论到路线图,从数字化双胞胎到全生命周期的数字化,从咨询到实施,西门子都有了成熟的解决方案和成功的应用案例。
  2021年新年伊始,由西门子数字化工业集团总经理和其各事业部总经理组成的“数字化天团”史无前例地集体亮相在媒体会上,再一次对数字化企业做了全面深入的诠释。
  数字化企业的要义:三个数字化双胞胎
  数字化双胞胎,即Digital Twin,这是西门子率先在市场上提出并发扬光大的数字模型概念。在2017年,西门子以“数字化双胞胎”为核心的数字化企业解决方案还入选了“世界智能制造十大科技进展”。

  在这次媒体会上,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表示,西门子的核心价值主张和技术路线就是通过数字化技术打造三个数字化双胞胎,即在企业的研发环节,建立企业所要生产、制造的产品数字化双胞胎;企业在规划的产品被研发出来,准备制造的时候,工艺、制造路线、生产线等制造环节的数字化双胞胎;当产品和产线投入使用时,实际工作性能方面要建立的性能数字化双胞胎。

  王海滨强调,并不是有了这三个数字化双胞胎就结束了,更重要的一步是三个数字化双胞胎背后的数据要互联互通。在产品或产品线的设计环节和运行过程中,会产生大量数据,对于企业来讲,生产力和创新力的重要驱动力是比较设计数据和实际运行数据是否一致、有多大的一致性、如果不一致说明了什么问题,以此来驱动下一个产品的迭代。
  在这互联互通的背后就需要工业软件、底层基础自动化的数据,并在运行过程中对数据的采集,要用到工业互联网、云以及边缘计算的技术等。而西门子是当今全球唯一一家能在产品研发与制造过程以及工厂管理的完整价值链上提供三个数字化双胞胎创建和互联互通的企业。从产品研发阶段的NX三维设计及仿真软件、Teamcenter产品生命周期管理软件,到COMOS工厂工程设计软件、TIA博途全集成自动化平台,Simatic IT 生成管理软件,再到PSE工艺过程模拟软件、Mendix低代码平台、MindSphere云平台等,西门子以近乎完美的产品组合来打造现实与虚拟的融合,将数字化双胞胎应用到贯穿产品研发到车间生产的工业场景和流程中。
  三个数字化双胞胎的实践:原生数字化工厂
  数字化双胞胎的提出已经有几年的时间,从最初产品的三维设计仿真,工艺流程的设计仿真,到现在的数字化交付、虚拟调试,都已经有了不少的应用。但如西门子的三个数字化双胞胎这样能够实现互联互通的案例并不多见。不过,西门子已经将三个数字化双胞胎应用到自己的工厂之中。

  在这次媒体会议上,西门子数控(南京)有限公司总经理李雷介绍说,以三个数字化双胞胎为核心的西门子在中国的第一座原生数字化工厂——SNC新工厂即将在2021年5月落成。该工厂从第一天开始就依靠西门子自身的数字化理念和数字化模拟仿真技术,从需求分析到工厂的建设、运营,整个环节全是基于数字化双胞胎实现,而且这些环节是相互连接的,通用的数据库系统把所有的数据调用起来进行模拟、仿真、实践、调整,在运行过程中还可进行实时监控以及最后的反馈、优化。
  SNC新工厂还通过数字化与精益生产紧密结合,将产品开发与供应链协同管理。新工厂的产品数字化、生产数字化和性能数字化三个环节互相贯通,采用统一的数字化平台、统一的数据库、统一的模拟分析方法,如果存在问题可以快速反馈到研发端,研发端可以敏捷改进提升。
  据李雷介绍,SNC新工厂将实现产能增长近2倍,产品上市时间缩短20%,人员利用率提高20%,空间利用率提升40%。
  除SNC新工厂外,西门子早前还发布了“数字化原生”数控系统Sinumerik One,该系统具有创建相应数字化双胞胎的多功能软件,可以帮助机床用户和机床制造商创建数字化双胞胎,进行虚拟机床调试。通过数字化双胞胎,可将新NC 程序的测试运行等非生产性活动迁移至虚拟环境中完成。
  Xcelerator:加速数字化双胞胎的应用
  对于多数的企业来说,要实现三个数字化双胞胎是比较困难的,特别是当前并没有一个贯穿整个数字化线程的软件平台。为了能通过降低技术门槛来加速三个数字化双胞胎的应用,西门子在2019年推出了强大的软件平台Xcelerator。

  西门子数字化工业软件全球高级副总裁兼大中华区董事总经理梁乃明在会上表示,Xcelerator将西门子软件产品组合与嵌入式开发工具和数据库集成在一起,实现信息技术、运营技术和工程技术环境的连接,实现产品的设计、制造、系统仿真、实验,包括生产线的规划、设计、制造和优化迭代的全部过程,将所有数据与多学科物理运算“绑”在产品的生命周期中,通过云时时刻刻地看到产品性能、效率,真正做到了闭环式的制造。
  梁乃明强调,西门子Xcelerator最大的价值是把产品集成到PLM、Teamcenter、MindSphere、Mendix甚至是EDA环境中,这就是Xcelerator为什么能够做到三个数字化双胞胎的原因。
  在2018年,西门子花费约合7亿美元收购了低代码应用开发平台Mendix,现在把它作为Xcelerator的一部分,Mendix平台能够支持西门子Mindsphere并提供应用程序服务。低代码和无代码开发环境意味着用户可以更轻松地构建、集成和扩展现有数据和系统,而无需专业编程知识。
  流程行业的智能化同样离不开数字化双胞胎
  在石油化工等流程行业,可以说从50多年前采用DCS起就开始了数字化,目前流程行业的生产基本已经实现了自动化和数字化,那流程行业还需要用到数字化双胞胎技术吗?

  西门子(中国)有限公司数字化工业集团副总裁兼过程自动化事业部总经理姚峻博士认为,数字化转型是一个长期的过程,是一个随着市场环境、竞争环境和技术环境的不断演变而不断进行适应性自我变革的过程。所以数字化转型应该是一个长期的课题,是企业之前、现在、未来都需要做的事情,最终才能实现智能化。
  姚峻明确表示,流程行业要实现智能化同样离不开数字化双胞胎。
  在流程行业讲的数字化,更多的是要实现IT与OT的互联互通,打造端到端的价值链,形成从采购、订单、排产、仓储物流到用户的闭环信息流,将从设计、工程、生产、运维到服务的所有数据集成到一个平台,从而实现智能运维。具体如何做到呢?这就需要依靠数字化双胞胎。基于数字化双胞胎技术,我们已经可以将智能运维中的强化感知、优化控制、锐化运营等应用融入到很多应用场景之中。在产品设计过程中实现产品质量预警,在产品生产中实现风险预测、参数优化和仿真模拟,以及在性能方面实现预测性维护,如异常预警和智能诊断。
  在以前的流程工厂建设过程中,设计院等单位在工艺或者工程设计阶段并不一定会使用三维模型,也就是说并没有生产的数字化双胞胎。但是西门子的COMOS 一体化工厂工程设计软件就可以利用工厂的设计图纸生成COMOS中工艺流程的数字化双胞胎,从而实现贯穿从工程设计到运营的整个生命周期的一体化工厂管理。
  其实,为了加强流程行业的数字化双胞胎应用,西门子在2019年重磅并购了高级过程建模(APM)软件和服务的全球领先供应商Process Systems Enterprise (PSE)。PSE的高级过程模型用于流程行业中的数字研发、设计和操作,广泛应用于化工、石化、制药和食品等行业改进工艺设计和运营,简化研发和管理技术风险。PSE基于工艺模型的实时优化通过一套统一的集成工具涵盖整个过程生命周期。
  数字化是继工业化、自动化、信息化之后工业界提出的一个新的概念,尽管在工业领域,数字化已经由来已久,但随着大数据、物联网、云计算人工智能等新技术的融入,“数字化”早已跳脱了二进制化的概念,成为一种人类与世界互动的新方式。而作为全球工业领域企业数字化转型的引领者,西门子以“数字化双胞胎”为核心价值主张和技术路线正将数字化的未来描绘得越来越连贯、越来越清晰,这也将加速数字化智造时代的到来!