想知道今后几年制造业将发生什么样的变化?那就来看看位于德国安贝格的西门子电子工厂吧。在这里，产品已经在与生产机器进行通信，IT系统负责控制和优化所有工艺流程，以保证尽可能降低缺陷率。
西门子电子工厂是一个清洁、无菌的环境。要在这里找到一粒灰尘，无异于大海捞针。员工身着蓝色工服，悄然无息地走在一尘不染的蓝白相间大理石花纹的PVC地板上。齐胸高的灰蓝色机柜排成一行。安置其间的显示器上，数据洪流仿佛瀑布一般倾泻而下。指示灯闪烁着红光和绿光，整个车间沉浸在长长的一排排卤素灯发出的明亮而又冰冷的光芒中。透过几扇上接天花板、下连地板的缝隙状窗户，照进缕缕阳光。这阳光宣告着春天终于姗姗来临。装配线上传来劈啪声，叉车发出嗡嗡声，空气控制阀嘶嘶作响。这个乍看之下如同医院手术室一样整洁的地方，其实是西门子安贝格电子工厂(德文缩写：EWA)的生产车间。西门子创建于1989年的这座工厂并不治疗患者，而是生产Simatic可编程逻辑控制器(PLC)。这种器件可用于自动化机器和设备，以节省时间和金钱，同时提高产品质量。它们可以控制上山吊椅和邮轮的船载系统，以及从汽车制造业到制药业等各行各业的工业生产过程。西门子是全球领先的PLC供应商，EWA是西门子堪称典范的PLC生产厂。其生产合格率高达99.9988%，一系列测试台可以检测出所发生的为数不多的缺陷。EWA负责人Karl-Heinz Büttner教授表示：“据我所知，世界上还没有哪家同类工厂具备如此之低的缺陷率。”这座工厂每年可生产1200万件Simatic产品。按每年230个工作日计算，这意味着EWA每秒钟可生产出一个控制单元。生产自动化程度很高。整个生产过程中，机器和计算机自行处理75%的工作量;其余部分则由工人来完成。只有生产过程的开头部分，即员工将初始组件(裸电路板)放置到生产线上的环节，是人工执行的。此后的一切操作都是自动进行。值得一提的是，正是Simatic单元在控制Simatic单元的生产。从开始生产一直到发运，整个生产过程总共使用了1000个这样的控制装置。每天，上千台扫描仪将从单件产品上采集约5000万条生产过程数据。全球逾6万客户。在生产过程的起点，传送带将裸电路板输送至印刷机，后者采用照相平版印刷术，涂上无铅焊膏。接下来，贴装头将诸如电阻器、电容器和微芯片等单个元件贴装到电路板上。速度最快的生产线每小时可以贴装25万颗元件——这个过程是由Simatic单元控制的。当焊装过程完成后，印刷电路板将被送至一个光学测试系统，在这里，一个摄像头将检查所焊接元件的位置，同时，一台X光机则检查焊接点的质量。接着，每一张印刷电路板都被安装到一个外壳中。然后，再次执行测试，并运送至位于纽伦堡的交付中心。从这里，这些PLC将被发运给遍布全球的超过6万客户。其中20%左右是运往中国;其余则主要销售给德国、美国和意大利的客户。尽管安贝格工厂的生产过程实现了高度自动化，但最终的决策者依然是人。譬如，现年26岁的Johannes Zenger负责监管对贴装完毕的电路板进行检测的测试台，尽管他并不亲自对元件和电路进行测试。他说：“我在计算机上工作。”与他的同事一样，Zenger可以在他的工作台上监视整个生产过程。这是因为每一张电路板都有其独一无二的条码，通过这个条码，它们可以与生产机器进行通信。1000多台扫描仪将实时记录每一道生产工序以及诸如焊接温度、贴装数据和测试结果等详细产品信息。在此过程中，Simatic IT生产执行系统每天将生成并储存约5000万条生产过程信息。Büttner解释道：“简而言之，我们可以细致入微地观察每一件产品的生命周期。”软件定义了所有生产过程和指令，因此可以从始至终记录和控制生产。这个系统也与研发部门紧密联网。NX和Teamcenter——二者均为西门子PLM软件解决方案——直接为生产过程提供最新Simatic更新软件。由于安贝格工厂生产了上千种不同产品，因此与工厂的研发部门密切合作至关重要。现在，西门子安贝格工厂的产品质量比25年前提高了40倍还多。
会说话的产品。安贝格电子厂是西门子“数字企业平台”的典范。“数字企业平台”是一种生产环境，将在今后10年内成为标准。在这种生产环境中，产品自行控制其本身的生产过程。换句话说，其生产代码告诉生产机器它们有哪些要求，接下来必须执行哪道生产工序。这个系统是朝构建“工业4.0”迈出的第一步。在这个第四次工业革命愿景中，现实和虚拟生产环境将融为一体。到那时候，工厂将在很大程度上进行自我控制和优化，因为其产品可以在相互之间以及与生产系统之间进行通信，以便优化生产过程。产品和机器将共同决定，为了按期交付，应当首先在哪条生产线上完成哪道工序。被称为软件代理的独立运行的计算机程序将监控每一道工序，保证符合生产规章制度。工业4.0愿景还预见了能够单款单件地生产产品，又不会因此而无利可图的工厂，因为它们能够以很低廉的成本快速生产出顶尖质量的产品。虽然具备高度自动化的生产过程，但EWA仍然要靠人来开发和设计产品，制定生产计划，以及处理意外事故等。未来，这一点也不会改变。Büttner解释道：“在可预见的未来，恐怕还不会出现具备独立思考能力，能够智能运转，无需人类帮助的机器。”只要瞥一眼EWA车间，就能证实这个观点。EWA总共拥有大约1100名员工，正在当班的员工有300名左右。其中之一便是Sabrina Scherl。她的例子很好地说明了为什么哪怕是高度自动化的生产设施也离不开人。Scherl是一位训练有素的照相实验室技师，在EWA担任机器操作员已有9年。除了为机器装载装有成行元件的卷带之外，Scherl还负责质量检测。她在计算机上对贴装完毕的电路板进行目测，以保证没有缺漏之处。要不是Scherl的操作，这台全自动机器将无法继续运行。人类作为成功因素。Büttner说：“我们并不打算建造一座无人工厂。”要知道，虽然机器本身可能很高效，但它们不会想出改进系统的主意。Büttner补充道，年生产率的提高有40%归功于员工提议的改进措施。其余60%则是基础设施投资的成效，如购置新的装配线和物流设备的创新改进。Büttner指出，其基本思路是“在决定日常作业中哪些做法是有效的，哪些做法是无效的，以及如何优化生产过程方面，员工比管理者更有发言权。”2013年，EWA采纳了1.3万条员工建议，并向员工发放了总额高达100万欧元的奖金。譬如，2012年，Zenger建议将其工作台的撞针更换为三个碰撞传感器。他的建议大获成功，因为撞针只能确定元件在电路板上的大致位置。“与之形成对比的是，这三个传感器可以确定元件的前后边缘以及任何扭曲。”Zenger如是道。得益于这个创意，再也不会出现先前未检测出的缺陷。尽管EWA已经高度自动化，其外观还是1989年时的老样子。EWA的工厂规划负责人Norbert Eckl解释道：“现在，这座工厂的机器比25年前更多更大。”然而，再进一步仔细打量就能发现，工作流程和结果已经发生了天翻地覆的转变。尽管生产区保持不变，员工数量也几乎没有增加，但相比于1989年，如今工厂的产量提高了6倍。更为重要的是，产品质量也大幅提升。1989年时，生产设施的百万缺陷率(dpm)为500，而现在仅为12 dpm。Büttner无比自豪地说：“那是一个惊人的成就。”在车间里，你能听到装配线上传来劈啪声，叉车发出嗡嗡声，空气控制阀嘶嘶作响。尽管EWA并非医院，但它算得上是尖端自动化技术的诞生地。
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