读工业软件简史03制造全过程

1. 制造全过程

1.1. 制造其实是一个漫长的旅程

1.2. 智能制造的起点并非是车间，也不是研发部门，而可以是更远端

1.3. 智能制造其实包含了生产支持系统的智能建造—从工厂的天花板到生产线的布局，一直到机器开始正式运转

2. 大物流规划

2.1. 无论是设计创新，还是国际化布局，抑或工厂现场力驱动，都离不开工业软件

2.2. 大物流，是指外物流

• 2.2.1. 大物流的转运，需要考虑苏伊士运河或者巴拿马运河，更需要跟地理位置结合起来，通过数字地球提供基于位置的服务(LBS)，计算路径和成本

2.3. 针对全球视角下的物流规划，美国FlexSim公司开发了FlexSim软件，可以完成全球模型的模拟，帮助关键决策的制定

2.4. 达索系统的Quintiq、西门子的Plant Simulation也是这类物流建模的软件

2.5. 如果仔细观察西门子和达索系统在2013-2016这段时间的并购行为，会发现二者具有高度的回声效应

2.6. 在整个数字化工厂的体系中，可以有一个复杂的模拟模型，将订单、客户位置、工厂、成本、机器性能、生产线产能等，都完整地联系在一起并实现仿真

• 2.6.1. 这是一个值得期待的数字化工厂的世界

3. 生产线布局

3.1. 工厂里的机器摆放，是一门大学问

• 3.1.1. 需要从工厂的全局，来思考业务逻辑、物流及生产工艺

• 3.1.2. 借助厂房布局或者生产规划软件，可以对各级工序的材料流进行建模，从而实现厂房级的优化

3.2. 对工厂进行大工艺设计，包括机器生产线的布置、大门的设置、物流的进出通道、线边库的布局等

3.3. 机器、穿梭补料的运输设备等布局，与整个生产线的工艺路线有着密切的关系

3.4. 规划师需要对各种工艺、装配规划等进行模拟仿真验证，即模拟整个生产制造过程，在投入生产前验证结果，并生成清单报表和指令等

3.5. 生产线的工艺仿真，显然需要对机器本身有着更多的认知和数据来源

• 3.5.1. 20世纪末，以色列的Technomatix、美国的Deneb Robotics等专业的生产线工艺仿真软件公司进入了市场

3.6. CAD软件厂商借此越过了原先的机械设计软件边界，开始在生产车间和厂房之间逡巡

3.7. 对人员流动的仿真

• 3.7.1. AnyLogic仿真软件

• 3.7.2. 面向行人仿真的软件值得关注，因为终于在工业领域看到了一种来自俄罗斯的软件

• 3.7.2.1. 可以实现系统动力学、离散事件、智能体的建模仿真，广泛用于机场、博物馆、地铁等人流密集的地方

• 3.7.2.2. 人的行走会受到自激励机制的影响，比如总想超越前面的人等

• 3.7.3. 其他人员仿真软件还有STEP，以及来自英国的MassMotion

• 3.7.3.1. 后者参与了北京大兴国际机场的客流仿真

3.8. “自适应生产管理项目”

• 3.8.1. (ARUM)，着重增加飞机和造船行业的新产品开发能力

• 3.8.2. 作为自适应生产管理的一部分，必须有仿真软件，使得参与者能够再现真实的生产环境

3.9. 物料流动也需要仿真

• 3.9.1. 物料是最有讲究的一个环节

• 3.9.2. 物料的位置、存量，背后都有着深刻的效率密码

• 3.9.3. 物料是浪费程度最显眼的刻度尺

• 3.9.4. 一个工厂内的物料往往会通过仓储管理系统(WMS)软件，与立体库、运货小车、叉车、托盘等物料设备进行交互吞吐

4. 物流设计

4.1. 一家企业的物流设计，往往是邀请专业的物流咨询公司来进行

4.2. 各种物料流动的设计核心，其实是对离散事件的仿真，最常用的软件是Automod，以及Flexsim和ProModel等

• 4.2.1. Flexsim使用方便，在大型仓储物流方面得到了广泛使用

• 4.2.1.1. 京东商城的立体库房

• 4.2.1.2. 在一些相对简单的工厂中也有不少应用

• 4.2.2. 物流仿真软件Automod，其实是美国最大的半导体设备制造商应用材料公司旗下的

• 4.2.2.1. 早在2006年，应用材料公司就以1.25亿美元从一家自动化公司手中购买了此物流仿真软件所属的公司，以加速对半导体行业柔性生产力的支撑，避免昂贵和高度定制化的生产线方案

• 4.2.3. 日本软件的一个发展特色：在垂直领域，总是会有令人意外的专业软件

4.3. 来到生产线现场，就既涉及物料运输，例如传送带，也涉及人的行走、自动引导车(AGV)、蓝区和红区等

4.4. Quest作为一款物流仿真软件，是在2000年达索系统收购Deneb公司时获得的产品之一

5. 工业工程

5.1. 机器生产线布局需要跟另外一门博大精深的厂房内部管理学—工业工程相结合

5.2. 工业软件就像是悠然自得的光线，从厂房的天花板照下来，淌过一条条生产线，伴随着立体库中物料的流动，弥漫了整个工厂

5.3. 企业资产管理(EAM)软件，是另一个品类，在流程工业等重资产行业中尤为重要

• 5.3.1. 国外的维护、维修、运行(MRO)软件如IBM Maximo，还有SAP、Oracle的很多软件都驻守在此

6. 现场机器调试

6.1. 机器布局就像是一曲在数字空间编排好的旋律

6.2. 最理想的方法是，一条生产线、一台机器，就像是一个USB插盘一样，插入即可使用

6.3. 理想的插拔式工厂，成为生产线模拟仿真的最高境界

6.4. 在前面布局生产线的时候，加入各种设备的具体参数，对实时场景进行仿真模拟

6.5. 把控制系统PLC，或者一个线缆的铭牌参数，都做成边界条件，输入仿真系统

6.6. 生产线就像产品一样，被精密地设计

• 6.6.1. 这是传统自动化厂商所陌生的环境

6.7. 西门子公司在2006年收购了产品生命周期管理(PLM)厂商UG之后，拥有了生产线布局的仿真优势，之后又进一步延伸到机器虚拟调试

6.8. Emulate3D作为一种可编程逻辑控制器(PLC)仿真程序，正是罗克韦尔自动化公司需要补充的短板，可以为PLC和其他控制系统建立起虚拟调试的仿真空间，查看程序逻辑和结果

6.9. 德国机器人公司库卡(KUKA)收购的芬兰Visual Components软件集三大功能于一个平台：离散物流仿真模拟、机器人离线编程、PLC虚拟调试

6.10. 虚拟调试的结果，将作为真实的代码，直接下放到控制器，现场的调试时间会大幅度缩短

• 6.10.1. 自动化厂商通过扩充控制器仿真软件进入了数字化生产线

• 6.10.2. 虚拟调试也是每一台机器数字孪生得以发展的重要基础

• 6.10.3. 如果缺乏有效的控制手段，数字孪生就只能成为一个没有提线的木偶

6.11. 施耐德电气AVEVA以DYNSIM为内核的虚拟调试与操作员培训仿真系统(OTS)，就是在设计阶段对分布式控制系统(DCS)进行参数调校，调校后的参数可以直接下发到DCS系统

7. 制造现场

7.1. 最常见的制造执行系统(MES)开始

• 7.1.1. 它是以机器为中心，向上到企业资源计划(ERP)、向下到人机界面的一个管理平台，是传统制造的核心中枢

7.2. 来自ERP厂商的由上向下发展，如SAP公司的SAPME、用友的JMES等

7.3. MES是工厂制造系统的一块重要基石

• 7.3.1. 这类软件最大的特点是散、专、小

• 7.3.1.1. 由于它与行业特性绑定得非常紧密，而行业的工艺流程多变，因此这类软件中很少能够出现通吃的寡头垄断局面，而是在垂直领域各有千秋

• 7.3.1.2. 酿酒、制药、水泥等都会有行业各自青睐的MES软件

7.4. 西门子作为自动化巨头，其软件部门基本全是依靠收购而建立

• 7.4.1. 电气化、自动化、数字化被分为三类阶梯

• 7.4.2. 西门子工业软件的当家柱石NX软件，当年也是从一家基金公司手里购买的

• 7.4.2.1. 只秉持一条原则，买好的软件，然后等待它升值

• 7.4.2.2. 实际上西门子公司的NX软件，最早就是从CAM软件开始的

• 7.4.3. 西门子PLC的编程软件是Step7，后来被整合到TIA博途平台

7.5. 与MES相对应的高级计划排产系统(APS)，是一类叫好不叫座的软件

• 7.5.1. APS以有限产能为出发点，理论上可以精确地统计每个机器的实际运转时间，细化到每天的生产班次，因此更贴近实际产能的排产计划

• 7.5.2. 日本的Asprova算是少有的独立APS软件

8. 质量软件源远流长

8.1. 20世纪20年代休哈特建立了统计过程控制(SPC)，开辟了量化质量问题的先河，至今仍然深刻地影响着制造业的质量管理

8.2. 在很多场合，MES软件中有单独的质量模块

8.3. 质量人员通常将大量时间用于收集和统计数据，但不可避免仍会存在很多的数据断点，成为影响质量的重要因素

8.4. 结构化质量数据格式，是Q-DAS软件得以称霸的原因，尤其是在汽车领域

• 8.4.1. 因为它本身就是来自德国汽车制造界，它归纳了整车厂及汽车零部件公司对于质量数据的分析及接收标准，并把它们集成在软件中

8.5. 管理工厂的质量数据是一件非常碎片化的事情，这给国产管理软件留下很多机会

• 8.5.1. 清大菲恩、上海云质等公司经常会深度介入作业端，对数据采集的位置和机器进行定制化开发

• 8.5.2. 对设备的深刻理解是必不可少的

8.6. 同一家公司的质量软件也会分层

• 8.6.1. 以海克斯康公司为例

• 8.6.1.1. Q-DAS定位在质量管理，相对宽泛

• 8.6.1.2. Quindos和PC-DMIS都是与设备相对应的计量软件

8.6.1.2.1. Quindos本来就是由美国三坐标测量公司B&S开发，定位高端，面向动力总成的复杂工作表面

8.6.1.2.2. PC-DMIS则走相对低端的通用性

• 8.6.2. 美国军工常用的格里森机床，既有自己研发的高端齿轮软件，也有收购的英国Romax软件，就是为了适应不同市场的需要

8.7. “供应链共同体”模式，是持股上游供应商，以保持紧密联系

8.8. 质量很难成为董事会的热门话题，质量的优先级往往排在后面

• 8.8.1. 霍尼韦尔公司，花费13亿美元现金，收购了质量管理软件企业Sparta Systems，而被收购的这家企业的销售额只有5600万美元，市值与销售比达到了23倍

• 8.8.2. 生物医药制造行业的质量要求非同一般，收购一家医药质量软件公司，基本就拥有了全套质量知识

• 8.8.2.1. 工业软件背后的知识逻辑

9. CAM

9.1. 精雕最早就是基于CAM软件发展起来的

• 9.1.1. 这是中国少数在CAM软件领域能够脱颖而出的软件

9.2. CAM软件并不是一个大类，很多时候，它被CAD软件的光芒所掩盖

9.3. 英国的达尔康(Delcam)、以色列的思美创(Cimatron)等都是佼佼者

9.4. Delcam被Autodesk收购，Cimatron被一家3D打印机公司3DSYSTEM收购

9.5. 海克斯康则一口气吞并了好几个老牌的CAM软件厂商

9.6. 再强大的CAD软件或CAM软件，也离不开两家主要的CAM软件内核厂商，那就是德国的Moduleworks和MachineWorks

• 9.6.1. 前者占据了绝大部分市场，各种数控系统、CAM软件或者机床厂商，基本都是这家公司的客户

• 9.6.2. Moduleworks有200多人围绕着路径优化、刀具轨迹在从事工程计算，其中75%的人是开发人员

9.7. 以精密机械制造著称的德国产业界，最清楚CAM软件本身的价值

• 9.7.1. 在德国政府看来，工业4.0的一部分其实源自机械的精密加工性，因此每年都有上千万欧元的投入用来资助CAM软件的相关项目