西门子投产首个数字原生工厂，打破现实与虚拟的分界

Siemens Digital Native Factory（SNC）是西门子第一家基于数字企业概念从零开始建造的灯塔工厂

新工厂位于中国南京市，是西门子的一个灯塔项目。去年10月18日搬迁成功后，这家面向未来的工厂现已投入运营。在决定建造该工厂之前，西门子的驱动器、电机和CNC控制器都是在位于南京的两个不同工厂生产的，而且两家工厂的物流也都是在其他地方处理的，这导致了复杂性较高、效率较低的问题。因此，西门子实现数字原生工厂的动机是多方面的：

• 加强服务于亚洲这个高速成长型市场的能力
• 扩大和巩固西门子的市场覆盖，更贴近西门子的客户
• 提高质量、成本和交付绩效方面的竞争力
• 成为全球舞台的先行者
• 遵循西门子在内部测试、部署和展示新解决方案的战略。

西门子决定将生产线和物流整合到一处，于是，这个全新的、经过数字优化的“三合一”设施就由此诞生了。解决上述挑战的需求，为打造首个完全基于数字企业概念的工厂，提供了一个绝佳的机会。西门子在规划、分析、模拟、测试、最终验证新工厂及其流程中运用了数字孪生技术，如今，它成为西门子在德国以外最大的CNC系统、驱动器和电动伺服电机研发和制造中心。

一流的数字原生工厂

从第一个想法到开始生产，每一步都得到了数字化的支持。该工厂的规划和模拟都是完全数字化的，因此可以在实际建造之前在虚拟环境中进行优化。与此同时，现有流程已经通过数字化得到增强。西门子构建了该工厂的详细模型，以3D的形式进行可视化，并采用了其他广泛的数据，结合工厂数据、生产线数据、性能数据、甚至是建筑信息来创建新工厂的完整数字孪生体，可以提高性能和效率（见下图）。

西门子公司精益数字卓越负责人Stefan Krug博士表示：“方法简而言之就是，在数字世界中进行优化，这样在现实世界中一次部署就取得成功。”

这种数字化方法帮助西门子更精确地规划建筑尺寸、材料流和所需的介质供应，例如氮气、电力或IT，从而消除了后期更改和高成本的调整。这种数字化规划方法还可以考虑到不同利益相关者的要求，在整个建设阶段有150多人参与。通过使用VR应用，可以测试不同的生成配置并获得操作员的反馈。

西门子精益数字卓越负责人、数字原生工厂前项目经理Stefan Krug博士指出：他们为新工厂打造数字孪生的举措，不仅在建设项目期间就获得了回报，而且在工厂的整个生命周期中都有所受益。即使在运转期间，数字孪生也可用于进一步优化。

团队合作：从数字世界到现实世界

西门子早在2019年就实现了Digital Native Factory，准备好为这个70000平方米的新工厂注入活力。这个重大举措于2021年8月25日开始实施，短短六周内，8000台机器、工具、设备以及20000件材料被搬进了这个新工厂。工厂的电子制造（EF）生产线开局良好，但由于新冠疫情爆发，需要很谨慎地进行规划。完全停产是毫无疑问的，这样就可以进行整个电子制造生产线的搬迁。因为前期使用数字孪生技术进行了周密的准备，大约300名同事在短短30天内就搬迁了4653个机器组件，最后甚至比原计划提前了7天且低于预算完成搬迁，如果没有优秀的团队参与进来，这是不可能完成的。

为了真正运转起来，该工厂的Digital Experience Center数字体验中心（见下图）在2022年6月17日正式工厂落成后开放，让参观者可以直接接触真正的数字企业、真正体验数字化转型的亮点旅程、以及感受数字原生工厂所带来的好处。

内在的可持续性

数据和数字化也是创造高度可持续性生产环境的基础。通过打造该工厂的数字孪生，可以节省资源和材料，从而在施工开始之前就降低了场地对环境的影响。

根据西门子雄心勃勃的可持续发展框架DEGREE，新工厂还配备了自动LED照明、高效泵、风扇和冷却元件，所有这些将让工厂每年节省超过500万千瓦时的电力。该工厂还安装了光伏系统，每年可减少3300吨碳排放，相当于在慕尼黑和纽约之间往返400趟航班。集成的雨水回收系统每年节约用水量达到6000立方米。

下图展览展示了西门子Digital Native Factory的可持续性举措，以及每年在减少碳排放量方面取得的成果。

通过数字化企业转型获得显著受益

更高的速度、生产力、效率、灵活性和质量——这就是真正数字化企业所能实现的。让我们来看看Digital Native Factory和之前工厂相比的主要优势：

• 提高生产力提高：一些流程（例如涂装和包装）以前是手动操作的，如今在机器人的帮助下实现了完全自动化，这提高了员工的安全性，因为搬运重型硬件并非没有危险，需要特别注意环境、健康和安全(EHS)。
• 提高批量生产的灵活性：由于电机、控制器和逆变器有很多种版本，因此对生产线的要求能快速调整变化。为了提高批量生产的灵活性，日常计划有必要进行改进。新的高货架仓库可以根据生产顺序优化放置所需材料，通过这种方式，材料就可以及时运输到需要的单元和生产线。
• 提高空间效率：高货架仓库在施工前经过优化，可以在减少空间需求的同时，实现更高的生产力和更大批量生产的灵活性。为了确保以最高效和最有效的方式存储材料，现在虚拟环境中构建仓库、生产单元和生产线，进行模拟和彻底测试，最终建成。
• 加快材料补充：材料补充对生产力和产量是至关重要的，但在旧的工厂中，只有机器操作员才知道缺少材料的情况，这通常会导致延误和停工。如今，仓库员工会接收到有关所需材料的自动消息通知，以确保在恰当的时间将所需材料提供给所需的设备。
• 交付表现：数字化规划可以在虚拟环境模拟机器和操作员是否能够满足客户的要求。当在现实环境中建造工厂的时候，一切都按预期运转，可缩短交付时间。如果客户要求发生变动，数字孪生反过来可以模拟产能以及对生产单元和生产线进行的必要更改。

西门子公司运动控制系统首席执行官Achim Peltz表示：“西门子的Digital Native Factory令人印象深刻地展示了西门子的数字企业概念如何让客户从中受益。”

总结

西门子首创的Digital Native Factory数字原生工厂是一个刚刚投产的灯塔项目。该项目通过在整个构建阶段遵循数字孪生方法，在数字世界中进行了设计和优化，使其在现实世界中取得首次成功。西门子利用整体的软件和自动化产品组合，实现了现实世界和数字世界的无缝结合，成为一种真正的数字化企业。与早期相比，新工厂显著提高了性能和竞争力，具有：

• 补料速度提高50%
• 空间效率提高40%
• 批量生产灵活性提高30%
• 生产力提高20%。