走進汽車生產線：西門子全集成自動化的魅力
http://www.debgrams.com 2015-05-21 12:06 來源：ZOL
當寶馬進入精耕細作時代，這個老牌豪華車廠商前進的步伐恰恰成為中國豪華車市場的風向標。作為寶馬認定的未來15年全新自動化技術的首選全球供應商，西門子毫無疑問是寶馬在中國的新戰略下可靠的合作伙伴。這個“可靠的合作伙伴”雖然為普通中國消費者知之甚少，卻或許是商業領袖們想弄明白、政策制定者樂于見到的成就寶馬領先地位的重要支撐。
中國汽車市場超高速增長的好日子結束了，這已是所有汽車廠商的共識。最近兩年，整個汽車市場一直處于“微增長”時代，即使在豪華車領域，其增速也從去年下半年開始放緩。如何賦予品牌新的價值，尋找到更多利潤增長點，越來越成為豪華車品牌重點思考的問題。
從1994年正式進入中國到2012年的18年間，寶馬在中國銷量增長超過400倍。但在慶祝其合資公司華晨寶馬成立十周年的同時，這個老牌豪華車廠商又面臨了新的挑戰。它不僅要繼續在諸多豪華汽車品牌的激烈競爭中廝殺，還得應對前赴后繼的后來者的沖擊。而且，這些打算對中國市場發起新一輪進攻的豪華車品牌都公布了雄心勃勃的國產計劃。越來越成熟的中國消費者對豪華車的需求也逐漸開始多元化。未來中國豪車市場競爭由此升級。
為了贏得競爭，寶馬打算在中國市場精耕細作，“把最新、最好的產品、技術和服務帶到中國”。其在沈陽投建的第二個工廠——華晨寶馬鐵西工廠是為此進行的重要布局。
寶馬的目的是讓鐵西工廠成為其全球最先進的工廠之一。為此，鐵西工廠引入了德國寶馬和西門子以及眾多國際供應商聯合開發的工廠建設L7標準，這是寶馬集團高效生產的最高標準之一，基于西門子的控制架構開發而成。
作為寶馬集團全球最先進工廠之一的鐵西工廠，全面應用西門子全集成自動化（TIA，Totally Integrated Automation）解決方案，在Simatic Manager集成環境下使用了可編程控制器（PLC，Programmable Logic Controller）編程軟件STEP7、配合西門子LIS超寬帶實時定位識別系統，且集成了PROFIsafe安全技術解決方案。制造過程的通訊采用Profinet網絡傳輸，底層執行器和中間控制器也主要由西門子提供，如：SimaticS7控制器、Sinamics驅動產品等。
鐵西工廠在電氣和機械設備的選擇上也遵循寶馬全球標準，因此就需要自動化系統具備極高的開放程度與可靠性。事實上，西門子是目前世界上唯一一家能夠覆蓋從產品設計到生產整個價值鏈的供應商。
“寶馬有很多自己定制的生產系統，這就要求設備方給我們很大的支持，西門子在這方面做了很多工作。”寶馬總裝設備規劃部一位對西門子電氣設備頗為熟悉的負責人說，“西門子設備的兼容性本身就很好，軟件非常開放，的確是基于客戶需求在做自動化集成，讓我們有充分自由選擇的空間。”
西門子的TIA概念在其中得到了完美展現。TIA是西門子在1996年首先提出來的概念，并且隨后在軟硬件上不斷推陳出新。這個概念的目的是讓工業自動化從局部走向整合，通過統一的數據管理、通訊、組態和編程環境讓自動化設備與系統無縫連接，既縮短了工程時間、提高生產效率，還降低了設備運轉和維修的成本。
耗資15億歐元，占地面積2.07平方公里的鐵西工廠，擁有沖壓、車身、涂裝和總裝四大完整的汽車制造工藝。總裝車間是工廠的最后一道關口，將發動機以及傳動系統、內飾和儀表板、座椅等所有的其他附件裝配到涂裝完成的車身上，使其成為一輛名副其實的汽車，因此對汽車質量和產量都起著至關重要的作用。與其他車間相比，總裝車間更需要在生產上分秒必爭，對設備運行率的要求更高。
走進總裝車間，基于TIA概念的西門子產品“無處不在”。西門子先進的設備、解決方案和專業的服務能夠保證設備運行率達到99%以上，穩定運行的生產線有利于實現寶馬對質量和效率的不懈追求。
西門子是電子電氣工程領域領先的企業，設備的穩定性在鐵西工廠一期建設中表現出色。通過一期建設實踐中的優勝劣汰，西門子成功競標成為總裝車間二期工程的總承包商。鐵西工廠二期建設的目標是把產量從15臺/小時提高到30臺/小時。為了實現這個目標，讓人工與機器有機結合，縮短每條生產線上的節拍時間，是西門子在二期建設中對總裝車間的改造方向之一。
在總裝車間的合車工位，車身與底盤及動力總成首次結合在一起。西門子將合車工位從原來的1個人工工位細化成12個工位。其中，只有4個工位需要配備工人，其余全部是自動化完成。而每個螺絲的擰緊程度都被電腦錄入系統并保存直到車輛報廢，確保每一項數據都是可追溯的。在新的設計下，車身與底盤及動力總成的結合可以按照流水線的方式連續進行，減少了部件的等待時間。
總裝車間承擔的另一個重任是通過生產的靈活性來配合寶馬對中國市場的精耕細作。今年5月，華晨寶馬在中國正式啟動BMW專屬定制服務，首先應用于BMW5系車型，年內推廣到BMW3系和X1上。
全新BMW3系標準軸距、長軸距和X1都是鐵西工廠目前生產的車型。為客戶提供專屬定制服務，意味著工廠要實現訂單式生產，這也是當前汽車行業的一個發展趨勢。所謂訂單式生產，最基本的做法是根據經銷商獲得的訂單，在工廠“按需生產”，從而很好地控制庫存。隨著消費者個性化需求的增加，訂單式生產又成為汽車廠家營銷的新武器——用戶可以根據自己的喜好選擇車型甚至車輛的配置，工廠再根據訂單實際要求進行相應的生產。
寶馬的最終目標是將鐵西工廠打造成一個全球生產靈活性最高的工廠，使其一個生產線能同時生產多個車型。
其中蘊含的挑戰是，如何通過有效的生產組織和物流運送，保證每輛汽車生產時的精確性和穩定性，同時在適當的時間將適當型號的設備輸送到適當的車輛。在西門子TIA概念的支持下，這些挑戰在總裝車間都得到了有效解決。
有了西門子LIS識別系統的輔助，總裝車間取消了原來專門用于掃描車輛條形碼的工位。車輛每到一個工位，車型、車輛識別碼（VIN，Vehicle Identification Number）、根據車輛的不同配置需要裝配的各種零件等信息會自動顯示在工位前方的操作屏上，甚至會自動提供圖片及裝配輔助指令直接引導工人完成相應工作。
“立體倉庫”則是二期建設中西門子對總裝車間進行的改造項目之一，全部應用西門子PLC來完成。該系統在不需要人工干預的情況下，針對不同車型，可以從倉庫調出所需要的動力總成托盤排成相應的生產序列，為工人操作提供具體支持。這在很大幅度上降低了工人裝錯零部件或者裝的零部件不達標的風險，不但提高了生產效率，更保證了車輛的質量。
在總裝車間靈活生產上發揮重要作用的還有西門子提供的基于SimaticS7-400自動化系統的解決方案。這個系統所具有的模板擴展和配置功能，使其能夠按照不同的需求靈活組合。以合車步驟為例，按照西門子工廠自動化工程有限公司（SFAE）汽車項目組項目經理裘驍峰的說法，“只要把車型輸進去，需要的軸距就可自動調整，精確度可以達到0.5毫米以內”。在中國市場，由于本土消費者對于后排舒適度的關注，推出標準軸距和加長軸距的同款車型已經成為汽車廠商們的重要賣點。西門子SiamticS7-400系統在車輛軸距選擇上的靈活性，對寶馬的價值不言而喻。
走在明亮、潔凈的廠房里，你除了會不斷顛覆對“工廠”和“車間”的傳統理解，還很難忽略那些同時“飛在頭上”和“走在身邊”的車身。整個車間分為兩層，合理利用了空中和地面物流的空間優勢，可以讓零部件和預裝模塊盡可能通過最短的路線輸送到生產線上。
為了讓物流傳送更穩定快捷，西門子充分發揮本地研發的創新能力，減少機械設備的能源消耗，加快了新車上市的速度。
“以前車身輸送運行軌跡是筆直向上，上升到一定高度往前平移，然后再向上，這樣不僅速度慢，還容易對機器造成磨損，”裘驍峰回憶說，“我們就提出了車身輸送控制系統運行軌跡優化的方案，把運動控制的路線改成斜著向上走，有效縮短了運轉時間。接下來，西門子在中國其他汽車廠商的生產線建設中，都會以此為參照模板來做。”
由于生產的特殊性，總裝車間是鐵西工廠工人數量最多的車間，目前有2000多名工人。擁有C型鉗的翻轉工位是總裝車間的另一大特色。這也是國內第一條翻轉工位生產線，全部吊具由西門子在上海建造、測試后運輸到鐵西工廠完成安裝與調試。車身能夠翻轉，汽車的底盤裝配就可以通過流水線來完成，改變了以往必須在一個工位完成所有底盤裝配的傳統方式，有效提高了生產效率。翻轉工位在設計時還充分考慮了人體工程學原理，使不同身高的員工在安裝不同部件時，能夠選擇自己最省力、最舒適的工作姿勢。
就像總裝車間高效穩定的生產必須依靠每個一線工人良好的工作狀態，西門子TIA在實際執行過程的出色表現也需要每個現場支持人員發揮高水平的職業素養。身為項目經理，裘驍峰每天至少要在總裝車間走滿7到8圈。這樣做的目的一方面是及時發現和處理現場問題，另一方面也是為了拜訪客戶，傾聽他們的建議和意見。為了保證每天都能及時了解現場和客戶反饋，裘驍峰的休息時間經常花在了練競走上。“作為一個好的現場管理者一定要有很好的體能。”他解釋說。
在總裝車間的二期建設中，經常把休息時間用在服務客戶上的西門子員工還不只有裘驍峰。由于二期建設是一個改造項目，必須在不影響總裝車間正常生產的前提下進行。這就意味著，西門子的員工必須利用周日或者節假日這樣的工廠休息時間，完成項目改造。正是專業的技術和產品以及專業人員相結合，才最終塑造出西門子“可信賴的合作伙伴”形象。而作為寶馬認定的未來15年全新自動化技術首選全球供應商，西門子毫無疑問是寶馬在中國精耕細作時最重要的合作伙伴之一。
盡管中國汽車市場增速明顯放緩，并終將回歸理性低速增長，寶馬依然在此寄予厚望。據麥肯錫預測，中國最早將在2016年取代美國成為全球最大豪華車市場，到2020年預計將超越歐洲市場。而不管是寶馬還是大眾、奔馳，這些為消費者熟知的汽車公司在中國攻城略地的背后，其實都離不開西門子這樣可信賴的核心伙伴。
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