西门子6EP0123-3AA00-0AB0电源

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西门子可编程控制器：S7-200CN、S7-200SMART、S7-300、S7-400、 S7-1200、S7-1500、ET200、LOGO逻辑控制模块 
 西门子HMI人机界面：TD200、TD400C、TP177A/B、MP277、MP377、 TP700、TP900、TP1200、TP1500、SMART700/1000 
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：康奎

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西门子6EP0123-2AA00-0AB0电源

德国汉诺威工业博览会上，西门子能源、工业和基础设施等业务领域首度联合参展。它们的展品揭示了所服务行业的未来发展趋势。面向未来生产系统的新概念解决方案成为展场亮点。

分分合合。这正是车门与车身之间初期关系的真实写照。事实上，二者的*次结合是在车身车间，目的是确保它们之间的间隙符合规范。不过，它们很快就会分离。当这个重要的质量参数检查完毕之后，它们将被立即分开。车门被送往涂装车间，喷上与车门颜色相匹配的车漆。*的问题是：二者怎样才能又快速又准确地找到对方，重逢团聚？

愿景：在射频识别芯片的帮助下，车身和车门能够如同具有魔力一般，在涂装线和车门内饰组装线上认出彼此。这些电子芯片可以相互通信，从而知道哪些组件是彼此配套的。扫描器将读取其数据并将之发送给负责将这些组件接合起来的机器臂。机器臂也可以自主纠错。譬如，如果发现少一个孔，它们可以发出钻孔命令。

以为大众第七代高尔夫安装车门为例，演示汽车生产系统的未来愿景（上图）。

上文描述的是关于未来工厂的愿景，在德国，这个愿景被称为“工业4.0”。这个概念是基于物联网和务联网——未来，物联网和务联网将把现实世界与虚拟世界融合为一个整体系统。

“然而，可能要过15年，这一切才会成为现实。”西门子工业的技术主管Dieter Wegener博士如是道。尽管如此，在2014年4月举办的汉诺威工业博览会上，更确切地说，在9号厅的西门子展台和“未来论坛”上，许多工业4.0技术已崭露头角。其中一项备受瞩目的技术是知道接下来要装配哪个车型的生产系统。这项技术很重要，因为工业领域的一个主要发展趋势是在同一条生产线上装配不同车型。

诸如西门子博途（TIA）门户以及用于设计和模拟装配线的产品开发程序Tecnomatix等系统铺平了通往工业4.0的道路。所得到的数字模型也可用于模拟和优化物流过程和生产吞吐量。这种系统结合使用西门子Simatic IT生产软件可以节约时间和金钱。西门子工业自动化集团*执行官Anton S. Huber表示：“从初步概念构想到装配间布局安排，工厂设计用时比传统方法缩短了zui多50%。得益于在生产规划过程中优化工厂布局，生产周期缩短了20%至60%，物料搬运成本降低了zui多70%。”

汽车业及航空航天业已经在使用这样的解决方案。在汉诺威参展的ZEOD RC混合动力赛车也彰显了西门子工程师对*开发技术的利用。这辆借助西门子PLM软件，在虚拟世界里完成开发的汽车现已推出实车，并且即将参加勒芒24小时耐力赛。

工业4.0背后的原理很简单，但其实施却是一项艰巨的任务。制造流程中使用的每一个传感器和执行器都是拥有独立IP地址的可寻址装置。之所以要这样做，是为了确保随市场需求的变化而快速调整，利用高度灵活的批量生产流程来制造定制产品。然而，这样做不仅缩短了产品生产周期，而且生产过程的性质也发生了转变。从物流到生产、营销和服务，覆盖整条价值链的信息通信技术将智能机器和产品、仓储系统以及生产物料等全部起来。

西门子在汉诺威展出的“Service Factory”解决方案是一个工业生产模型。这个模型演示了如何通过善加利用数据来实现更加平稳、更高能效的生产流程。具体而言，可以利用这个模型来预计未来发展趋势，以用作决策依据。

譬如，未来，汽车组件将持续不断地收集和发送关于其状态的数据，并且早在其实际发生故障之前，组件就会发出更换请求。譬如，汽车门锁系统可以向其制造商发送一条消息，以表明其需要更换某个零部件。实现所有这一切，还有很长的路要走，但我们已经满足了其初步要求，如互联网连接和车载计算机发送错误消息等。还有一点仍待实现，那就是进一步整合车辆与制造商和经销商的信息系统，以保证提供*服务。

到那时候，所发送的错误消息将包含确切的车辆型号和更换零部件的收货地址信息。然后，工厂的机器将根据订单要求自动调整配置并完成零部件的生产和交货。系统也可自动生成维修预约单。

此外，未来，当车辆出现故障时，系统将不仅向制造商和距离zui近的维修中心发送报告，而且将向研发部门发送报告。这样一来，工程师就能够判定故障根源，并采取措施避免同样的故障再次发生。

数字化工厂：从梦想到现实

无论身处工业2.0还是3.0阶段，许多企业在怀揣数字化工厂梦想的同时，却往往尚未形成清晰的思路。这时，西门子便成为了那个重要的“梦想导师” — 结合其在制造业领域的专业知识和软硬件技术，为企业提供*的数字化工厂解决方案。

随着“工业4.0”的热潮从德国涌向，越来越多的中国企业正决意将未来制造的愿景变为现实，以期在数字化的工业变革中尽早谋篇布局。

国内制造企业对于打造数字化工厂的热情从赵雄飞接到的咨询服务需求就可见一斑。这位西门子中国研究院的数字化工厂专家在2013年接到了大约5家企业关于筹建数字化工厂的咨询。2014年，这一数字增加到了10家左右，2015年更是上升到了几十家。

在迈向“工业4.0”的进程中，很多企业并非仅仅满足于数字化的远景规划。它们迫切需要的是将美好愿景变为现实的途径。

赵雄飞说：“企业家们并不是要一口吃成个胖子，而是想一步步发展，zui后真正成为站在行业的巨人。”

条条道路通罗马
无论身处工业2.0还是3.0阶段，许多企业在怀揣数字化工厂梦想的同时，却往往尚未形成清晰的思路。

这时，西门子便成为了那个重要的“梦想导师” — 结合其在制造业领域的专业知识和软硬件技术，为企业提供*的数字化工厂解决方案。

赵雄飞的团队要做的便是首先从运营、研发等层面为企业提供顶层设计，帮助其完成数字化工厂的整体规划。根据企业的特点和需求，这一规划可以是面向1-3年的短期，也可以瞄准5-20年的中*。

如果企业有进一步需求，他们将和西门子业务集团的同事一起帮助客户进行业务流程和IT系统设计，包括产品生命周期管理（PLM）、企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）等等。如果再进一步，西门子中国研究院的专家还会在工艺流程设计上提出建议，具体到设备自动化、精益生产布局、厂房布局等方面。

在项目实施过程中，西门子专家也会为客户提供支持，包括供应商的评估，技术管理支持等。

2015年，赵雄飞的团队为厦门建霖工业有限公司（建霖工业）完成了未来数字化工厂的规划设计。成立于1989年的建霖工业是zui大的厨卫产品OEM企业，主营业务是为科勒等厨卫产品制造商做代工生产。

为了改变过去的劳动密集型模式，提高生产效率，建霖工业计划在厦门新建一个大型厨卫产业园，集制造基地、物流中心和研发中心于一体。经过对建霖工业的实际调研，西门子团队发现其在生产、管理等方面存在一系列问题，如生产周期长、库存多、制造空间浪费、对人工依赖严重、产品标准化程度低、现场管理混乱。

西门子中国研究院为建霖工业规划的数字化工厂全貌

对此，西门子在规划框架报告中建议，建霖工业首先需要建立精益生产体系，并健全工厂信息化系统来管理生产，再利用自动化手段推进工艺和物流的改善，zui终建成绿色智能工厂。

比如在工厂信息化系统中，建霖工业需要升级当前的ERP系统，以解决对生产物流计划支持较弱的问题，并且需要由现有的PDM（产品数据管理）模式上升到PLM的管理模式，以提升产品设计平台的能力。在工厂层，它需要建立MES系统，实现生产执行、物流和质量控制的信息化。在自动化层，建霖工业需要搭建工业以太网，用于连接设备和MES系统，实现设备的互联和车间的物联网络，同时采用大量*的自动化工艺，减少人工，提高工艺质量。

目前，建霖工业已经踏出了迈向“工业4.0”的*步，计划实施西门子MES系统Simatic IT，以及基于工业以太网的现场总线标准Profinet。

除此之外，西门子中国研究院还为金达亚麻、中车集团青岛四方、中建钢构、华立集团等众多企业提供了数字化工厂的评估、规划和咨询服务。

西门子中国研究院为金达亚麻规划的数字化工厂的3D模型

人们通常会认为，在新建工厂时实施数字化理念是zui为理想的时机。但事实并非如此，不同行业的不同企业采取的路线不尽相同。

“我们的zui大优势就在于能为企业量身定制的数字化方案，这要取决于企业所在行业的情况、产品类型、生产模式等等。”赵雄飞表示，“因此，每接触一个客户，我们都首先要成为它所在行业的工艺专家。这样才能提出*的建议。”

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向机器人学习

在巴伐利亚州的一个小村庄，Mathias Hubrich正在制造旨在代替人类执行危险任务的遥控机器人。现在，机器人也被用作教辅工具，因为西门子控制系统使之成为了学习自动化技术的理想教具。

Mathias Hubrich采用西门子软件让他的Forbot A4具备人工智能。

俗谚有云：“人不可貌相，海水不可斗量”。用这句话来形容巴伐利亚州南部城镇Chieming-Hart，真是再合适不过了。这座有4715位居民的小镇拥有一座教堂、一家酒馆、几排整洁的房屋，以及由一栋曾用于开办银行的建筑物改造而成的小仓库和装卸货台及数间办公室。不过，这栋建筑物既不是仓库也不是银行。这个风景如画的静谧之所，在其朴实无华的外表之下，隐藏的竟是一座听起来有些匪夷所思的机器人工厂。

楼前街上，人少车稀。在这里，Mathias Hubrich一手创建了这家名为Roboterwerk有限公司的机器人制造企业。一个夏日清晨，在一张因陋就简的工作台前，他正专心致志地在苹果电脑上埋头苦干。Hubrich和他公司的两名工程师Arno Klüglein和Manuel Wentenschuh的家就在镇上。此时，他俩正在楼内进行装配和焊接工作。Hubrich说：“许多人都从慕尼黑搬到了郊外。”他很高兴的是，这个地区不乏技能娴熟的工人。

他拿起iPhone，随着他的拇指划过屏幕，一辆六轮车立即开始移动。它看起来有点像早期的火星探测器，只是少了那些精巧的上部结构。事实上，正是曾于1997年登陆火星的Sojourner探测器，激起了Hubrich从事机器人制造的兴趣。当然，在地球上，控制机器人容易得多。从地球到火星，信号传输时间长达7分钟，而装卸货台前的这辆小车，则能随着Hubrich每次划动拇指而立即作出响应。这个机器人可以左转右转、前进后退，还能原地打转。因其尺寸正好跟一张A4打印纸一样大，而取名为“Forbot A4”，它可以立即执行每条指令。虽然小巧玲珑，这辆车甚至能够爬上山丘，并能畅通无阻地穿过茂密的草丛。

互联网泡沫时期，时任一家互联网公司*执行官的Hubrich开发了他的*批概念机器人Robopark和Roboplay。这些装置瞄准的对象是想要通过互联网控制真正的机器人的电子游戏玩家。Hubrich还打算将这些机器人用于公司活动。然而，这些计划终成泡影，因为潜在投资者不愿涉足其中。相反，这些系统引起了方的注意。从2004年起，Roboterwerk公司便定期为方开展研究项目。Forbot A4是这些早期概念机器人的后代；其他大型机器人尚在车间装配之中。其中一个机器人装配一个用于连接旋转刷和真空吸尘器吸嘴的底座。该机器人经专门设计，可在工厂通风井内自主行进，清除灰尘和油脂。试验过程中拍摄的照片表明，该系统非常有效。经它清扫之后，积垢厚实的受试通风井焕然一新。

在Hubrich的会议室里，有一辆轮子上配备了电机、手柄上安装了操纵杆的手推车。Hubrich说：“我们用这辆手推车来清扫围场。”操作该系统时，农夫只要走到手推车旁，就能开动起来，沿途收拾马粪。Hubrich指出，“这令该任务用时缩短了三分之一。”

未来，兼业务农市场有望成为Roboterwerk公司的主营市场之一。尽管牧场上草木葱茏，但当地许多农户却更愿意把奶牛圈养在牛棚里，因为这能减轻农活。正因如此，这种来自Chieming的自动驾驶手推车或许也能让奶牛过得更加快乐。

数字化大脑。*Arno Klüglein揭开了一辆Forbot A4的盖子。在将该机器人与其iPhone连接起来的无线局域网天线的下方，是一个*的链式传动装置、两个充电电池组和一捆五颜六色的线缆。在所有这些组件的中间，是一个灰色的小盒子，上面印有西门子公司徽标。大多数线缆都汇接到这个小盒子上，它就是充当机器人“大脑”的可编程逻辑控制器（PLC）。它负责采集传感器信号，如感应传感器发射的信号，这些信号能让机器人在工厂内沿着铝条行进；或者激光扫描器发射的信号，这些信号旨在检测机器人周围是否存在障碍物。线缆的另一端连接电机。共有8条输入线和10条输出线。

必须对PLC进行精心编程，以确保机器人按规定要求动作。为此，Manuel Wentenschuh启用了西门子的TIA博途（全集成自动化）平台。该软件允许工程师定义控制系统的行为。尽管该软件配备一个用于输入隐含程序代码的可选窗口，但大多数指令能通过计算机鼠标操作，简便地完成输入和测试。该系统面向专业人士，但工程师仅需几个小时培训，就能开始创建简单的指令序列。

1996年，西门子*发布TIA。2009年，西门子再度推出一个便捷的软件环境，以及新的S7-1200控制系统——Forbot A4也使用了该控制系统。2010年，西门子推出TIA博途（全集成自动化）平台，将过去彼此独立的三个软件模块并入一个统一的用户界面。这些模块包括一个控制配置系统、一个用户界面设计工具（目前也可支持触屏操作）和一个驱动参数整定工具。

西门子工业自动化集团市场营销Carsten Meier表示，“TIA博途有点像微软办公室软件。虽然像Word和Excel这样的应用程序执行的任务各不相同，但它们能相互协作，并且操作方式相同。”此外，TIA 博途采用涵盖所有功能的单一用户界面。这正是它被命名为“博途”的原因。它不仅在当时*先河，至今依然*。Meier说：“在我们的竞争对手中，没有哪家能提供可与之媲美的平台。”S7-1200和S7-1500的问世，确保先前的S7系列控制系统仍然有用武之地。西门子历来重视保护客户投资，因此，TIA博途还允许用户对老旧硬件进行编程。

Mathias Hubrichzui近承接的项目是DRIEM2 （德语“确保移动操纵器*可靠”的首字母缩写）。目前，Roboterwerk公司正在与慕尼黑工业大学和因戈尔施塔特应用科学大学合作，为德国研究部开发一个半自动化机器人。该机器人将被用于诸如测定污染物等安全应用。

Birgit Vogel-Heuser是慕尼黑工业大学（TUM）的自动化与信息系统学教授，她将该机器人的前身放在办公室里。该装置采用的是20世纪90年代的技术，操作起来很费劲。她说：“DRIEM2得到了大幅改进。”原来的机器人是用作扫雷器。Vogel-Heuser与Hubrich的相识正是始于该机器人，在Hubrich的引介下，Vogel-Heuser了解到来自Chieming-Hart的大型机器人和小巧的A4机器人。

教室里的机器人。Vogel-Heuser的会议室里有两个Forbot A4机器人。其中一个依然没有装配上部结构，而另一个则配备了传感器和执行器，能够避免撞上障碍物或从桌边跌落。然而，只有在其控制系统得到正确编程的情况下，该装置才能做到这一点。从2013/2014年冬季学期开始，这个任务将由学生来完成。实习期间，学生必须训练机器人，以完成特定任务，譬如，沿着一条波浪形线路行进。Vogel-Heuser表示，虽然采用乐高公司的Mindstorms机器人也能做到这一点，但这些系统不支持传统控制技术。她说：“借助工业技术，我们的学生掌握了解决问题的方法。”

学生们还学会了对市场*西门子公司出品的控制系统进行编程。不仅慕尼黑工业大学的培训机器人使用了这些系统，学生们毕业以后将在工作中用到的机器，也有80%以上使用了这些系统。甚至自动饮料售货机也使用了这些系统。从一开始，学生就在使用TIA博途平台，因为大多数企业都已经用它取代老式编程工具。

Vogel-Heuser任教院系的博士研究生Jens Folmer表示，大多数学生都能顺利自如地使用TIA博途平台。他开设了一门将Forbot A4机器人用于教学的课程。他说，一个困难在于，可编程控制装置的工作原理是，实时系统采用时钟周期，同时按规定时间间隔询问传感器。许多人都不习惯这一点，因为这种方式与许多计算机程序所用的过程式编程技术相互冲突。他说：“不过，我们的学生很快就领悟了其中的窍门。得益于这些机器人，他们在寓教于乐中掌握了相关知识。”

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西门子开发一款新软件，将3D打印与传统制造技术融为一体。利用NX Hybrid Additive Manufacturing软件所开发的产品或工件，可以利用集铣、镗、磨等减材工艺与3D打印等增材工艺于一体的“混合型机床”进行制造。

较之传统的工件制造技术，作为增材制造技术的3D打印，可以打造更多的产品外形。集这两种技术于一身的混合型机床，是一种相对较新的概念，开启了全新的生产机遇。西门子NX Hybrid Additive Manufacturing是*适用于这类机床的程序之一。在意大利米兰举行的机床博览会（EMO）上，通过德马吉森精机提供的、集激光熔覆和多轴铣床于一体的混合型机床，西门子展示了该解决方案。

作为工业用户，西门子*以来十分青睐增材制造技术，譬如，层层叠加金属的激光熔覆技术。例如，利用该技术制造燃气轮机燃烧头所需时间zui多可缩短90%，因为可以直接将之“打印”到燃烧炉体上。采用类似方法，可以通过标准化批量方式来制造某种产品，然后再利用3D打印技术添加个别组件。

3D打印还可以制造全新外形，如蜂窝结构。过去实心结构的组件现在可以制成空心，从而能轻松减轻重量。如果在精度方面有很高要求，增材制造技术可以与传统工艺相结合——混合型机床堪称理想解决方案，它可以先利用增材制造技术，制作出工件，然后再进行高精度精加工。

增材与减材间的*衔接

就增材制造技术而言，制造设备要求截然不同的编程。譬如，打印头的行进路径与切割，，路径大相径庭。温度是另一个关键控制参数。激光熔覆技术是将工作区加热，并将金属熔化覆盖其上。打印头施加热量多少，取决于工件温度。与上一道工序的间隔时间越长，工件冷却越久，打印头所需施加的功率越大。关于混合型机床的第三个要素是必须精心安排增材工序与减材工序之间的切换，譬如，需确保待完成的工件位于增材工序位置上，而不是在切割工位上。