西門子：閉環制造白皮書使用制造運營管理賦能智能制造（15頁）.pdf

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1、 INDUSTRIES SOFTWARE閉環制造使用制造運營管理賦能智能制造內容摘要本白皮書闡述制造商在數字化轉型之旅中將面臨的挑戰，以及他們可以做些什么來利用這個 新工業時代的前景。我們將討論如何創建一種能夠運用海量數據功能的技術基礎設施并將這 些數據轉化為更高的效率和質量。目錄序言 3邁向工業 4.0 4不斷增長的創新需要新的制造范式 5制造挑戰日益增加 6定義閉環制造 7支持閉環制造 8構建數字化企業 9構建閉環制造 10采用平臺方法 11需要跨域的統一數據模型 12閉環制造就緒型制造運營管理 13結語 14Siemens Digital Industries Software2白皮書

2、閉環制造作為制造業領導者，無論您是已經開始數字化之旅、制定計劃還是只是確定發展路線，都面臨一個不爭的 事實：如果想在未來十年繼續成為制造業領導者，就 必須踏上這段旅程。制造業正在進入一場新的工業革命；它被稱為工業 4.0、物聯網（IoT）或工業物聯網（IIoT）、數字化轉 型或簡稱為智能制造。不管怎么稱呼它，它都很復雜，更像是一種進化而不是一場革命。即使在開發新基礎 設施的所有組件之前，也需要仔細規劃這一旅程。每 家公司都需要定義目標并構建包含現有和新解決方案 的運營架構。需要建立這種基礎設施，以預測尚未獲 得或確定的新設備、系統、信息、連接和參與者。本白皮書闡述制造商在數字化轉型之旅中可能遇

3、到的 復雜性，以及他們現在應該做些什么來抓住這個新時 代所預期的優勢。他們如何創建一種能夠運用海量數 據功能的技術基礎設施，然后將這些數據轉化為更高 的效率和質量？其中涉及許多學科，但制造的核心在于生產，正是生 產讓我們設想的產品成為現實。數字化基礎設施的核 心是制造運營管理（MOM）。我們將探討整個架構中的 MOM，并詳細介紹在數字化企業中實現閉環所需的特征。就像我們生產的產品一樣，數字化企業基礎的質量將 決定市場的成功。貴公司如今需要做什么才能成為未 來的數字化企業領導者？敬請繼續閱讀。序言Siemens Digital Industries Software3白皮書 閉環制造制造業數字化

4、轉型的需求反映在全球的一系列舉措中。讓我們以德國工業 4.0 為例。工業 4.0 是繼前三次工業革命階段之后的下一步：從 水、蒸汽動力和大規模生產到電子和自動化。德國工業 4.0 是未來制造業的公私合作伙伴關系，是 德國聯邦政府高科技戰略的一個項目，專注于信息和 通信技術（信息學）。其愿景是創建分散的、自主的實 時生產。向工業 4.0 演進第一次工業革命復雜度時間1784第一臺機械織機1870第一條生產線，俄亥俄州辛辛那提屠宰場1969首款可編程邏輯控制器（PLC），Modicon 084如今工業 4.0、IIoT、智能制造從工業 1.0 到工業 4.0第二次工業革命第三次工業革命第四次工業革

5、命Siemens Digital Industries Software4白皮書 閉環制造隨著產品的創新，制造的復雜性也隨之增加不僅 是產品，還有制造產品所需的流程，以及產品和流程 產生的數據類型和數量。在這種復雜性中，如果人類 試圖有效地使用手動流程將令人生畏。同時，制造領域的創新為提高效率、質量和智能化提 供了重要機會?？朔撔绿魬?，同時利用新技術提供的優勢，需要一 種新的制造范式。這種新的制造范式將需要新的數據源在整個價值鏈（產 品和生產過程的價值鏈）中協同運行、連接、集成和 理解。我們稱之為閉環制造（CLM）。不斷增長的創新需要新的制造模式創新增加了復雜性，同時也提供了機會轉型措施績效

6、提升力度2025 年對經濟的影響物聯網在過去 5 年，互聯設備的增長率達到 300%36 萬億美元 受影響的關鍵行業 的運營成本云技術到 2025 年將有數十億 SMAC 用戶1.7 萬億美元-互聯網相關 GDP3D 打印技術過去十年增材制造收入增長了 4 倍11 萬億美元-全球制造 GDP知識自動化智能數字輔助技術用戶增長超過了 4 億超過 9 萬億美元-知識型工人的 雇用成本高級機器人2010-2016 年工業機器人銷量復合年增長率達到了 8%6 萬億美元-制造業工人的雇用 成本Siemens Digital Industries Software5白皮書 閉環制造在產品、流程和數據日益復

7、雜的背景下，競爭激烈的 全球環境也在發生變化。制造商正在努力克服關鍵挑 戰，以領先于同行的速度滿足消費者需求。1.縮短產品上市時間由于消費者需求的快速變化，盡管產品復雜性不斷上 升，但制造商必須更快地推出產品。傳統上，大競爭 對手擊敗了小競爭對手，但現在快速競爭對手正在擊 敗慢速競爭對手。2.提高靈活性消費者想要個性化的產品，更想要媲美大規模生產的 價格。因此，生產靈活性必須達到全新的水平。3.提高質量消費者會在互聯網上推薦產品作為對高質量產品的獎 勵，也會用同樣的方式懲罰劣質產品。制造商不僅需 要對法律和監管機構負責，還必須對市場負責。4.提高效率如今，不僅產品需要可持續和環保，制造和生產中

8、的 能源效率也成為競爭優勢。5.增強安全性數字化增加了制造商對網絡攻擊的脆弱性。隨著數據 和數據交換的擴大，遍歷云和移動設備以及跨越復雜 的供應鏈，需要加強安全措施。CLM 必須應對這些挑戰。制造挑戰日益增加全球壓力對制造業構成挑戰速度通過更復雜的產品縮短創新周期靈活性通過更高的生產效率實現個性 化生產質量對全球數字供應鏈寄予厚望效率通過全球運營提高能源和資源 效率安全性跨云的網絡威脅，移動和供應鏈Siemens Digital Industries Software6白皮書 閉環制造定義閉環制造數字化之旅的基石是閉環制造，所以我們需要定義 CLM 的概念。CLM 使公司能夠跨產品設計、生產計

9、劃、制造執行、自動化和消費者在現場使用的智能同步和優化生產。通過創建一個相互協作、互聯互通的信息回路，CLM 可以不斷優化制造流程的成本、時間和質量，加速以 理想的質量和成本水平交付產品。使用 CLM 可在連續 的迭代過程中加強計劃產品與成品和使用產品的一致 性。與 CLM 緊密結合的是閉環質量（CLQ）。閉環制造的重 點主要是同步當前產品的高效生產，而閉環質量的重 點則是提高產品在其整個產品生命周期中的質量。CLQ 是一個持續的計劃-執行-檢查-行動過程，在 產品構思、實現和利用的每個階段評估產品質量，并 將質量信息反饋到生產和設計過程中。它的目的是確 保當前產品的質量，并將相關信息反饋回設

10、計以提高 下一代產品的質量。本白皮書重點介紹閉環制造對于制造企業在智能制造 新時代蓬勃發展的重要性，以及為什么它是數字化之 旅的基石。它還涉及 CLM 如何支持 CLQ。這兩者不能 孤立存在。CLQ制造執行系統(MES)產品設計生產工程CLM行動執行計劃檢查0101010101010101010101 010101010101010101010101010101010101010101010101101 010 01 1010 010 101 010 01 100101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101CLM

11、 vs.CLQ01010101010101010101010101Siemens Digital Industries Software7白皮書 閉環制造支持閉環制造數字化轉型有兩個重要的載體。這些載體是 CLM 和 CLQ 的基礎。一個是數字主線。其中，數字主線是一 種信息鏈，可將所有參與者與其所需的應用程序和信 息連接到一起，有效進行創新、智能產品的設計、構 建和支持。數字主線通過物聯網延伸到設備、傳感器 和控制器，為分析提供性能數據。數字孿生是對產品及其制造流程和預期用途的精確虛 擬表示，可以預測并優化現實環境中的產品性能。數 字孿生的精確度越高，其預測結果的價值就越大。數字孿生允許您在

12、虛擬世界中預測某些東西在物理世 界中的外觀、行為或性能。它由來自數字主線的信息 饋送。將數字主線和數字孿生結合在一起的策略要求 工具和系統能夠相互通信。通信是指不同系統和工具 需要相互訪問并理解對方的語言。企業只有在自己的數字主線和數字孿生技術成熟時，才能真正實現數字化和業務轉型的巨大價值，轉變業 務流程并實現閉環制造。由于系統工程提供了產品的數字孿生，制造工程提供 了生產的數字孿生，因此生成的大數據通過適當的分 析進行綜合和解釋。這樣，我們就能夠創建一個高質量、敏捷和高效的制造企業。該企業從簡單的更高效的運 營轉變為專注于快速和高質量地提供創新的企業。數字化成熟度數字化組織連接仿真分析預測規

13、定數字主線數字孿生將智能和連通性相結合Siemens Digital Industries Software8白皮書 閉環制造數字化企業架構那么，數字孿生和數字主線與整個架構有何關系呢？我們著眼于制造的三個階段：構思、實現和利用。在構思階段，我們設想和設計產品以及實現產品的過 程。在此階段，運用整個產品價值鏈的數字主線帶來 的智能創建產品孿生和生產孿生。產品孿生通過系統工程和仿真加強產品開發。生產孿 生將產品和生產集成在一起，通過預測對效率、成本 和質量的影響，可以開發更好的制造工藝。性能孿生利用 IoT 聚合整個生命周期的分析。這種智 能通過數字主線反饋，以改進設計和生產。以上所有內容都是為

14、了使實現階段盡可能高效地生產 高質量產品。MOM 形成虛擬和物理領域的閉環。因此，我們稱之為閉環制造的核心。物料清單工藝規劃生產執行現場性能自動化生產系統產品設計虛擬按設計數字化產品孿生成品數字化生產孿生按使用，按執行數字化性能孿生構思實現使用物理數字主線智能供應鏈智能產品Siemens Digital Industries Software9白皮書 閉環制造形成閉環制造構建 CLM 所需的系統在構建時必須考慮到數字化戰略。協同主干承載數字主線，無縫集成所有其他解決方案。產品生命周期管理(PLM)是將新構思快速轉變為適銷 產品的關鍵。PLM 解決方案在開發和制造的所有階段 編織必要的數字主線。

15、MOM 是一個將 PLM 鏈接至自動化的實時軟件層 將 產品開發的虛擬環境與用于生產的現實環境相關聯。生命周期分析（LA）是整個產品生命周期中智能的聚合，在關聯的功能中為其提供服務，以提高質量和性能。全集成自動化(TIA)可實現各種自動化技術的無縫橫 向互操作性和縱向數據集成-從現場到企業級。物料清單產品設計協同主干 創建數字主線工藝規劃生產系統生產執行自動化現場性能PLMMOMLATIA構思虛擬物理實現使用按設計成品按使用，按執行Siemens Digital Industries Software10白皮書 閉環制造采用平臺方法多年來，制造執行系統（MES）的采用率一直很高，盡 管仍有很高

16、比例的公司在采用的規劃階段徘徊。這是 因為行業仍采用基于一攬子項目的方法。隨著新解決 方案在工業 4.0 之旅中的部署，它們必須與現有系統 共存和發展，或者取代它們。通過采用平臺和應用程序方法，制造業公司可以實施 度量、增量和分層的流程，從可能包含自己開發和現 有套裝軟件的原有系統遷移到下一代平臺解決方案。當今的企業平臺在管理供應鏈和產品生命周期過程時，無法與制造基地進行一致的交互。為工業 4.0 構建的 平臺必須支持制造運營的各個方面，包括企業資源規 劃（ERP）、PLM 和工業自動化，以實現統一協調的企 業。此平臺必須能夠完全實現數字化，并無縫地集成 產品和生產生命周期，實現靈活、可擴展的

17、生產流程，盡可能加快對實時市場和制造事件的響應速度。產品生命周期管理制造運營管理自動化服務生命周期管理 (SLM)設計工程仿真和測試生命周期分析制造工程制造執行系統質量執行系統運行時制造運營服務總線高級規劃和調度企業制造智能監視控制與數據采集 (SCADA)系統Teamcenter協同主干生產執行Siemens Digital Industries Software11白皮書 閉環制造需要跨域的統一數據模型為了使數字孿生能夠理解通過數字主線傳達的信息，必須一致地定義數據并將其從一個域轉換為另一個域。虛擬世界和現實世界通過制造主數據模型（MDM）和 通用工廠模型（CPM）自動連通。該技術領域將引

18、領物料清單(BOM)和工藝清單(BOP)的發展（分別代表產品虛擬孿生和工藝虛擬孿生），它 們將在“單一”共享制造主數據模型中進行維護，并在“單一”生產規劃和生產執行環境中進行編碼。物理領 域將用“單一”通用工廠模型表示，即以虛擬方式表示 物理資產和制造能力（設備數字孿生）。數字孿生托管 整個制造空間的工程配置，代表其運行時模型。此外，必須無縫集成整體質量流程的組件，包括關鍵 特性定義、控制/檢查計劃、糾正措施和投訴。制造是在物理世界中執行的。MES 在工廠車間的興起 意味著制造商可以收集和維護有關物理產品生產和形 式的大量數據。此外，數據的收集逐漸從人工和紙質 收集發展為數字化，即收集時使用各

19、種各樣的物理傳 感技術，包括可編程邏輯控制器(PLC)、傳感器和儀表、物聯網設備等。然后使用收集到的實時數據來不斷更新虛擬世界。例 如：原始設備制造商(OEM)在調試和/或產能提升過程 中通過更改生產線配置來更新通用工廠模型 在批量生產期間識別裝配生產中強制更改工作指令 的問題以優化工藝規劃 利用含有供應商零部件質量評估的成品信息來更新 產品結構虛擬世界的更新使得現實的表示更加準確。在此基礎 上，最終通過數字化模型仿真改善現實模型，從而形 成閉環。設備數字孿生物理生產系統數字孿生生產工藝數字孿生產品數字孿生一體化數據模型 制造主數據模型 通用工廠模型 整體質量流程Siemens Digital

20、 Industries Software12白皮書 閉環制造閉環制造就緒型制造運營管理CLM 的核心就在于 MOM，這是一種整體解決方案，它 有助于完全清楚地了解制造工藝，以使您能夠穩步提 高績效。MOM 系統代表了對 MES 的進化升級，包括 質量管理、高級規劃和調度、制造執行系統、企業制造 智能等。MOM 是 CLM 的中心，虛擬計劃在這里成為物理現實。這也是可以在全球范圍內協調分散生產的系統。這些 功能需要如何協同工作以實現 CLM，并支持工業 4.0 之旅？先期產品質量規劃 供應商質量 生產質量 實驗室質量 投訴管理 審計管理 長期和中期規劃 資源能力 訂單優先級劃分 排序和同步 生產

21、更改 訂單管理 庫存和內部物流 跟蹤和追溯 任務管理 性能監控 互操作性 企業和多工廠可見性 自助服務數據發現和儀 表板 KPI 計算、根本原因分析、高級分析 工藝控制 警報管理 存檔和報告 生產線協調 借助自動化實現實時 互操作性制造運營管理 CLM 的基礎質量HMI-SW/SCADA企業制造智能(EMI)MES高級規劃和調度(APS)Siemens Digital Industries Software13白皮書 閉環制造最后，我們來看看閉環制造的核心。MOM 產品組合用 于協調技術基礎結構的所有其他部分，以便為用戶創 建預期的產品。MES 用于協調和控制生產過程的所有部分。它還與價 值鏈

22、和創新鏈的所有其他部分聯系在一起。質量是 MOM 的重要組成部分，并確保所制造產品的質 量。它還與 CLQ 更大的跨生命周期質量流程相關聯。高級計劃和排程（APS）將需求轉化為生產計劃。電子 制造智能（EMI）是用于更多性能和質量管理的成品數 據的來源。TIA 是智能機器的接口。所有這些功能都需要協同運行才能實現數字化轉型。它們需要針對互聯、協同通信進行架構，并為不斷變 化的需求做好準備，因為制造生態系統中的所有組件 在工業 4.0 中變得更加智能。結語PLMERP使用自動化MESMOM閉環制造閉環質量EMITIAAPS質量Siemens Digital Industries Software

23、14白皮書 閉環制造西門子數字化工業軟件通過 Siemens Xcelerator 數字商業平臺的 軟件、硬件和服務，幫助各規模企業實現數字化轉型。西門子全棧式工 業軟件和全面的數字孿生可助力企業優化設計、工程與制造流程，將 創新想法變為可持續的產品，從芯片到系統，從產品到制造，跨越 所有行業，創造數字價值。Siemens Digital Industries Software Accelerating transformation。Siemens Digital Industries Software美洲：1 800 498 5351歐洲、中東及非洲地區：00 800 70002222亞太地區：001 800 03061910如需其他地區電話號碼，請單擊此處。 2018 Siemens.可在此處查看相關西門子商標列表。其他商標屬于其各自持有方。70605-D10-ZH 4/24 LOC