西门子数字化工厂再进化：破土动工前，工厂已“建成”

大约十年前，德国提出“工业40”概念，描述了虚拟世界与物理世界高度融合的下一代生产场景。数字化工厂中的设备与设备之间，人、机器和资源之间如何对话？数字化技术如何重塑传统制造流程？络绎不绝的中国企业走进德国工业巨头西门子位于成都的数字化工厂寻找答案。类似的 探索 更早之前已在西门子位于德国安贝格市的电子制造工厂启动，安贝格工厂被业界认为是最接近工业40概念雏形的标杆工厂。

面向工业40的进化从未停止过。西门子数控（南京）有限公司（SNC）新工厂近日正式投运，在实地建设之前，西门子就已全面应用自身数字化技术，预先在虚拟世界打造工厂的数字孪生，实现从需求分析、规划设计、动工实施到生产运营全过程的数字化。据介绍，通过打通从研发到生产运营各环节的数据流，新工厂的产能提高近2倍，生产效率提升20%，产品上市时间缩短近20%。

多年前西门子在成都建造其全球第二个数字化工厂时，复制了在德国安贝格工厂的经验、技术和流程。但SNC新工厂没有“德国样板”，无先例可循，是西门子全球首座原生数字化工厂。

破土动工前，工厂已“建成”

SNC成立于1996年，是西门子运动控制领域德国以外最大的研发和制造中心，主要产品线覆盖数控系统、通用变频器、伺服电机、齿轮马达等产品，广泛应用于 汽车 、航空、电子、制药、物流和新能源等高端制造行业，并有大量产品出口海外市场。面对日益增长的市场需求，该工厂急需扩大产能，提高生产效率和灵活性。于是，催生出再新建一座工厂的需要。

何为原生数字化工厂？西门子全球执行副总裁，西门子中国董事长、总裁兼首席执行官肖松对澎湃新闻等媒体表示，原生指的是在设计、规划、建造和生产运营的全生命周期，从零开始，开创性地完全使用西门子自身的数字化理念和技术，让工厂从无到有，由虚到实。“在工厂破土动工之前，已经在虚拟世界里用西门子的软件，完成了从工厂需求、分析到建成、运营全过程模拟仿真和验证。在实际建设过程中，通过大数据分析，进一步优化生产流程，为实际生产提供实时可靠的数据支撑，实现数字化制造和管理。”

西门子数控（南京）有限公司新工厂

试想一下，要生产一支笔，传统的做法是先出一张图纸，然后调整机床参数去开模做出样品，图纸返回研发部门经过比对修改，才能进入生产线。随着数字化技术向制造业各领域加速渗透，产品的数字孪生已经不算新奇：在虚拟世界中预先完整模拟出某种产品的设计、生产制造过程，通过建模仿真优化设计，可以减少物理调试时间、节约大量材料测试成本。

肖松称，西门子原生数字化工厂的建成，证明了可以像设计产品一样设计厂房和产线，将数字孪生覆盖产品以及工厂的全生命周期，从而实现持续优化的数字闭环。

正式破土动工前，工程师们已经在虚拟世界里完成了工厂的“建设”。“或许你会有疑问，今天谁建设工厂没有图纸？没有图纸怎么破土动工建设？”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对澎湃新闻解释称，此“图纸”非彼“图纸”。建厂房有图纸，机器设备有图纸，产线可能也有图纸，这不假。但区别在于，光有设计图纸，无法将工厂、产线、机器设备、工艺在计算机环境中模拟实际生产运行“动起来”，进而验证和优化工厂设计。SNC新工厂在设计环节已全方位进行了虚拟仿真、虚拟调试、虚拟生产和验证，避免了传统设计的试错成本，这是其他工厂还未做到的关键之处。

据介绍，新工厂在实体建设及运营阶段，基于西门子工业云的大数据分析及其与工业物联网系统的有机结合，进一步优化生产流程，为实际生产提供实时数据支撑，实现数字制造和管理。新工厂可同时生产电子和电机制造两大类从原材料、生产设备到工艺流程均截然不同的产品，“将这两大类产品放在同一个屋檐下生产，这对任何企业来说都是一项前所未有的挑战。”西门子数控（南京）有限公司总经理周郁荣说道。

在无 历史 遗留硬件负担的新建“绿地工厂”实施更彻底的数字化应用意味着相较于常规工厂的更多投入。但王海滨认为，在进行投资决策时，除了直接且看得见的成本，试错成本、错误决策等隐性或间接成本也不能忽略。“从SNC新工厂的经验来看，数字化的投入所获得的收益是完全划得来的。”

将加强本土研发和供应商体系

低碳环保也在SNC新工厂设计之初便被纳入重点考量。据悉，该工厂利用屋顶光伏系统为工厂运营提供部分清洁能源；利用地源热泵技术提高冬季供暖和夏季制冷能效；应用高效率水泵和风机、热回收装置、雨水回收系统、风能和光伏LED路灯、智能照明控制系统和太阳能热水系统，最大限度地节能减排。上述措施预计每年可节省约506万千瓦时的电力、6286立方米的水，减少3325吨的碳排放。

肖松在采访中表示，数字化和低碳化将是未来西门子在中国发展的两大支点。

“尽管疫情给全球经济带来了很大的挑战，但中国作为世界第二大经济体，拥有完整的产业链体系，同时提出了统一大市场、坚定实施改革开放等一系列推动经济高质量发展方面的努力，对于外资企业而言非常重要。”肖松表示，目前西门子在华拥有超过30000名员工，四十多家运营企业，在中国布局了完整的产业链和开放共赢的生态体系。提及中国战略，他透露，西门子中国将加大本土研发和创新能力，加强与大学、研究院的合作。

2020年新冠疫情的爆发，促使全球企业重新思考供应链布局与风险管理。

肖松说，过去两年中，公司整体上把供应链带来的风险降到了最低。为了进一步加强供应链建设，过去某个产品的供应商可能只有一家，现在需要增加到两至三家供应商，以降低风险。同样重要的是加强本土供应商的比例，过去某些产品基于全球供应商，疫情令企业充分认识到，须加强本土供应商的建立和开发。“通过这些措施，我们能够更快速地面对未来新的不确定性。”

校对：刘威

“我们身处智能制造时代，无所不在的智能制造正在改变我们的生产生活方式。” 尤其在在人工智能、大数据、物联网等新兴技术的推动下，许多智能管家、智能家具、智能手表日益成为我们生活的主角。

我们亲历德国，探寻它们在智能制造的发展情况，与大家分享我们的所见所闻。

健全、强健工业基础，自主可研发制造核心技术和部件，最顶尖的工业企业，政府耗资上百亿欧元的高 科技 战略，“工业40”已成为德国名片，具备独立发展智能制造的完整生态系统。

曼海姆大学

揭秘中小企业生存之道

曼海姆大学 曼海姆大学成立于1907年，其 历史 可追溯到1763年，迎面而立的建筑，昔日普法尔茨选帝侯科学院所在的巴洛克式曼海姆宫。其中小企业研究院，对于德国中小企业和隐形冠军的有相当权威研究理论。

今天，其默克尔政府智囊团成员——曼海姆大学中小企业研究院教授为我们分享德国的中小企业发展情况。

提起德国，宝马、奔驰、阿迪达斯这些全球品牌相信大家并不陌生，其实，在德国还有许多规模较小、鲜为人知，却撑起德国制造业的竟是一大批中小企业，在各自的行当中成为世界市场的领头羊，在全球2700多家“隐形冠军”企业中，德国企业几乎占据半壁江山。

巴鲁夫

致力于为客户提供创新的自动化方式

随后我们前往参访世界先进的传感器制造商巴鲁夫，提供创新和实际感测解决方案，为 汽车 行业、冶金行业、机床行业、风电行业，提供广泛的应用和产业，前文说到的奔驰传感器，也是出自巴鲁夫。

我们聆听了巴鲁夫的 历史 ，自行车、摩托车和缝纫机构成了90年成功史的开端，在2016，品牌存在的进一步演绎，企业标语从“传感器产品享誉全球”演变为“创新自动化”。我们感受到巴鲁夫员工自身散发的骄傲，那种全心地投入到产品解决方案的开发与制造过程的闪光点。

奔驰

感受工业40制造现场

奔驰的 历史 就是 汽车 的 历史 ”，奔驰品牌的传奇发展，犹如世界 汽车 工业领域一颗闪闪发亮的明星。整个车间十分智能化，除了十几个工人监控自动化设备外，作业线上，全部是机器人在 *** 作，总计五千多台，大部分是库卡机器人。

慕尼黑国际机器人及自动化展AUTOMATICA

全球知名度最高的机器人及自动化展

我们来到展会现场，它汇聚了整个自动化产业链，无论是供应商、采购商、企业管理层、产品开发商及设计师都能轻松寻找到各自需求，享受这个最新最尖端的机器人技术和 科技 成果的平台。

展会看点

● 协作机器人具有轻型化、经济化、安全化、 *** 作简单化及图形化、应用方式及高负载协作应用场景不断丰富等发展趋势；

●工业机器人&自动化工厂具有人机交互方式多样化、数字化、柔性化、工序精益化、VR仿真应用兴起等发

其最印象深刻的莫过于高负载机械臂FANUC M-2000iA，他可现场演示 汽车 搬运，该机械臂最大搬运重量达135吨，能够流畅完成大型部件的移动，可用于物流搬运、机床上下料、装配、码垛等领域

MAN集团

当之无愧的“MAN"

MAN在这三个字母背后有着强大、高素质的员工支撑着，慕尼黑MAN工厂建厂之初，拥有员工5000名。时至63年的今日，工厂的规模已大幅扩大，员工数量却没有明显增加，只上升至8000名左右，这与公司高程度的机械化配置水平，以及员工强硬的职业素养是分不开的。

沃克 Volkl

户外用品产品的神话

德国的最后一天，我们参观了来自老牌运动品牌——Volkl，从最初的马车生产商，到滑雪板的生产、再到网球拍的生产、再到安全头盔、登山鞋、户外服装、配件等众多产品，都充分体现出德国人特有的思维缜密、精工细节、追求完美的精神以及他们兢兢业业的钻研态度。

唯一缺陷是，沃克 Volkl虽在欧洲如日中天，但在国内的知名度局限在专业圈。德国的这几个企业都有个特点，德国制造之所以能成为德国智造，除发达的高级自动化外，与德国人动手能力强、讲究精益的工匠精神是离不开的，这也是在智造中不可或缺的重要因素。

智能联网产品领域的全球创新发展速度大大加快，这是最近出炉的 “专利与第四次工业革命” 研究报告的结果 。

2010年至2018年期间，物联网、大数据、5G以及人工智能领域的专利申请量以每年20%的速度在全球范围内递增。 研究表明，第四次工业革命所涵盖的技术领域的增长速度是所有其他技术领域平均水平的5倍之多。

该报告首次以国际专利族（international patent families，IPF）的形式概述了2010年至2018年间工业40技术创新的主要趋势。每个专利族都代表了一项高价值的发明，并包含了已在全球两个或多个专利机构提交的专利申请。由于专利申请是在产品投放市场之前的几个月甚至几年内提交的，因此其通常被视为未来技术趋势的早期指标。

仅在2018年，全球各地的企业和机构在工业40技术领域便提交了近4万个新的IPF，占全球专利总数的10%以上。同年，来自德国的IPF超过2,000个，占全球专利总量的5％以上。

这使德国成为该领域欧洲的领导者，几乎贡献了近三分之一的欧洲新发明。然而在全球范围内德国仅排名第五，位于美国、日本、韩国和中国之后。德国的IPF以每年149％的速度增长，远远落后于美国（185％），韩国（252％）和中国（393%）的年增长率。

德国在安全、定位和数据管理这三个技术领域具备高度专业化的能力，这些技术通常与联网对象结合使用，广泛应用于 汽车 、制造业和农业领域。

但是，根据这项研究，德国在工业40核心技术，例如IT硬件，软件和连通性以及人工智能方面处于明显劣势地位。

全球范围内，在2010年至2018年期间，韩国公司三星和LG是专利申请数量最多的两家企业。

排名最靠前的德国公司西门子位列第18位。从专利类型可以看出， 西门子更注重数据管理方面的研发 ，尤其是在规划和控制，以及分析和诊断、连通性等方面。该公司在制造、医疗卫生、基础设施和智能 汽车 的应用领域中表现出高度专业化。

在所有的研究机构中，弗劳恩霍夫应用协会排在韩国研究机构ETRI之后，位居第二。

研究还表明，创新能力主要集中在某些区域的创新集群内。世界上最大的20个创新集群是各自国家的创新领导者。工业40专利中有一半以上（563％）来自这些集群。在德国主要涉及三个集群，慕尼黑（第17名）、斯图加特（排名20）、纽伦堡（第31名）。

慕尼黑创新集群的年增长率为161％。该地区的企业研究的工业40主题包括定位，数据安全以及3D系统和车辆。西门子，宝马和大众集团（其子公司奥迪位于英戈尔施塔特）为该集群贡献了40％的IPF。

公司名称西门子股份公司

外文名称SIEMENS AG FWB：SIE, NYSE：SI

总部地点德国慕尼黑

成立时间1847年

经营范围工业、能源、医疗和城市基础设施

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