軟件：工業(yè)的未來(lái)
　　魯思沃（Siegfried Russwurm）
　　概 論
　　工業(yè)企業(yè)欲在未來(lái)長(zhǎng)期保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，必須做好三件事：提高生產(chǎn)力、加強(qiáng)節(jié)能高效，提高生產(chǎn)靈活性。只有這樣，才能降低成本；縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并通過(guò)提高產(chǎn)品的種類，擴(kuò)大需求；滿足個(gè)性化的生產(chǎn)需求。為實(shí)現(xiàn)高度靈活的規(guī)�；�生產(chǎn)，對(duì)客戶和合作伙伴能夠在日益復(fù)雜的價(jià)值創(chuàng)造鏈條中進(jìn)行高效資源優(yōu)化，使生產(chǎn)和服務(wù)形成更加緊密的連接，工業(yè)企業(yè)還需要高效的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。
　　經(jīng)過(guò)了幾十年發(fā)展的制造業(yè)，如今正面臨著產(chǎn)業(yè)模式的轉(zhuǎn)變。隨著制造業(yè)中虛擬與現(xiàn)實(shí)的交互性不斷加強(qiáng)，生產(chǎn)方式必將因工業(yè) IT 和軟件技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)生根本性的改變。功能性工業(yè)軟件的智能應(yīng)用和研發(fā)，將無(wú)疑成為了影響制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)發(fā)展的一個(gè)決定性因素。這些行業(yè)現(xiàn)有的發(fā)展態(tài)勢(shì)，已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。
　　一個(gè)企業(yè)乃至一個(gè)行業(yè)的未來(lái)，越來(lái)越不取決于工廠本身。相反，軟件工程師的地位變得越來(lái)越重要。是他們使生產(chǎn)工序間有了交互性，這種交互性不只作用于生產(chǎn)層面，還作用于業(yè)務(wù)層面，例如：工程師所承擔(dān)的一部分工作，將企業(yè)和企業(yè)外部組織連接在了一起。通過(guò)工業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)了虛擬與現(xiàn)實(shí)的交互，顯著提高了生產(chǎn)力。因此，工業(yè)軟件也就成為了未來(lái)制造業(yè)研究的重要課題。
　　2.1 工業(yè)領(lǐng)域在全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的挑戰(zhàn)
　　在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，世界工業(yè)格局的劃分已經(jīng)基本完成：高科技產(chǎn)業(yè)在西方國(guó)家發(fā)展并不斷完善，這一事實(shí)毋庸置疑。而那些簡(jiǎn)單的加工產(chǎn)品，即使是在發(fā)達(dá)國(guó)家出售，也是在低收入國(guó)家、特別是亞洲國(guó)家生產(chǎn)的�！案呔�尖”產(chǎn)品的創(chuàng)新周期具備可規(guī)劃的特點(diǎn)，其產(chǎn)品上市時(shí)間也可預(yù)見(jiàn)。當(dāng)批量生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品本身的特點(diǎn)會(huì)減少。無(wú)論是規(guī)模經(jīng)濟(jì)（Economies of Scale，通過(guò)批量生產(chǎn)降低成本），還是范圍經(jīng)濟(jì)（Economies of Scope，通過(guò)產(chǎn)品組合獲得成本協(xié)同效益）的原理都已得到了驗(yàn)證。但對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)，大多數(shù)只能接到小批量訂單。
　　以前提高生產(chǎn)力的方法主要有以下手段：優(yōu)化現(xiàn)有流程、提高制造業(yè)的自動(dòng)化程度、改進(jìn)設(shè)計(jì)、降低勞動(dòng)成本以及完善供應(yīng)鏈管理模式。隨著經(jīng)濟(jì)全球化，特別是在資源嚴(yán)重短缺和技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，提高生產(chǎn)力的方法有了根本性的轉(zhuǎn)變。在過(guò)去60年中，全球貿(mào)易量增長(zhǎng)了20多倍。全球化是把雙刃劍：一方面，工業(yè)企業(yè)有機(jī)會(huì)獲得更大的市場(chǎng)，從而從中獲得更大的利潤(rùn)；另一方面，全球化也就意味著企業(yè)將面臨更加激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。價(jià)格更低、品質(zhì)更好、效率更高，這三點(diǎn)加在一起就是現(xiàn)代企業(yè)需要一直要追逐的目標(biāo)。當(dāng)前的企業(yè)價(jià)值鏈，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了地區(qū)界限。它跨越了國(guó)家甚至是時(shí)區(qū)的界限。在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)下，企業(yè)要不斷地改進(jìn)生產(chǎn)，其商業(yè)運(yùn)作模式的復(fù)雜性也在日益增加。
　　汽車制造業(yè)就是商業(yè)模式改變最明顯的實(shí)例：目前汽車制造業(yè)產(chǎn)值占工業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值的35%。據(jù)奧緯企業(yè)咨詢公司和汽車行業(yè)協(xié)會(huì)的一份調(diào)查表明，到 2025 年，制造業(yè)的產(chǎn)值將減少五分之一，降至 29%。而研發(fā)環(huán)節(jié)的產(chǎn)值將會(huì)從現(xiàn)在的 60% 降至 47%，當(dāng)然這其中設(shè)計(jì)服務(wù)領(lǐng)域的產(chǎn)值反而會(huì)增長(zhǎng)將近一倍，從現(xiàn)在的 9% 增長(zhǎng)到 17%。這條產(chǎn)業(yè)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)作也會(huì)發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)變。甚至，這條產(chǎn)業(yè)鏈自身也會(huì)發(fā)生變化：除了如今沿產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)布局的縱向集成外，還包括了從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組裝、分銷、銷售到服務(wù)的業(yè)務(wù)流程間的橫向集成發(fā)展。
　　在這條產(chǎn)業(yè)鏈中，已經(jīng)不再是某個(gè)企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換了，而是通過(guò)跨企業(yè)的數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)潛力的優(yōu)化。并且可以預(yù)見(jiàn)的是，今后的終端客戶可以更加直接地參與產(chǎn)品工程及設(shè)計(jì)。因此，這條產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的管理也會(huì)變得更加復(fù)雜。
　　在未來(lái)，我們面臨的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是：產(chǎn)品種類的增多。假設(shè)，現(xiàn)在某人想訂購(gòu)一臺(tái)福特皮卡 F150。他大約有 16 種部件組合可供選擇。但當(dāng)有一天可以使用 6540 億個(gè)零部件，組合成一輛福特 F150 時(shí)，將會(huì)怎樣呢？零部件種類的增加是產(chǎn)品樣式增加的直接原因。從 1990 年初開(kāi)始計(jì)算，德國(guó)豪華汽車品牌的制造商，平均一年每個(gè)品牌生產(chǎn)的汽車款式大約是7到8款，這個(gè)數(shù)字在2012年時(shí)就已經(jīng)翻了將近2倍：僅奧迪、寶馬和奔馳三個(gè)品牌2012年在德國(guó)地區(qū)就推出了66款汽車。大眾集團(tuán)在世界100個(gè)地方推出了將近280款汽車。據(jù)德國(guó)杜伊斯堡汽車研究中心預(yù)測(cè)，2015年汽車款式將增加至415款，比1995年增加了將近200款。與此同時(shí)，從2000年起汽車款式的平均壽命周期幾乎縮短了一半——從8年縮短到4年。1974年，大眾品牌推出了他們的第一款高爾夫汽車，從那年起這款車生產(chǎn)了將近10年，直至1983年停產(chǎn)。而就在2012年，高爾夫七系替了僅僅生產(chǎn)了五年的高爾夫六系。整個(gè)行業(yè)的研發(fā)時(shí)間，從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)縮短了整整三分之一。
　　除了汽車制造業(yè)外，其他行業(yè)的發(fā)展同樣如此迅速：中國(guó)的計(jì)算機(jī)品牌聯(lián)想僅用了3個(gè)月的時(shí)間就開(kāi)發(fā)出了他們旗下一款智能手機(jī)。在2012年，中國(guó)共有42款新手機(jī)問(wèn)世。消費(fèi)品行業(yè)中，漢高集團(tuán)生產(chǎn)的清潔產(chǎn)品有42%的投產(chǎn)時(shí)間都不到三年。與此同時(shí)，該集團(tuán)的旗下品牌，碧浪、寶瑩、施普雷和白黎斯總共推出了37款產(chǎn)品。它們利用眾多的產(chǎn)品種類，打敗了對(duì)手。產(chǎn)品種類的增加和研發(fā)周期的減少成為了所有行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。與此同時(shí)，這種趨勢(shì)帶動(dòng)了企業(yè)成本的變化并令企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
　　伴隨著這些巨大的發(fā)展變化——增高的成本壓力、激烈的競(jìng)爭(zhēng)、更加復(fù)雜的價(jià)值創(chuàng)造網(wǎng)絡(luò)、更多的品種、較短的研發(fā)時(shí)間以及產(chǎn)品上市時(shí)間。社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)也在改變：在過(guò)去的15年里，許多政府都在加大對(duì)第三產(chǎn)業(yè)的投入。但新經(jīng)濟(jì)泡沫的幻滅和經(jīng)濟(jì)危機(jī)使政治家和企業(yè)家們認(rèn)識(shí)到，強(qiáng)大的工業(yè)是保證就業(yè)率、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)、社會(huì)和平、公民幸福的重要保障；也正是強(qiáng)有力的工業(yè)才促使了服務(wù)業(yè)的發(fā)展。因此，許多西方國(guó)家紛紛回歸制造業(yè)，在全球范圍內(nèi)大規(guī)模的數(shù)十億資金項(xiàng)目開(kāi)始啟動(dòng)。
　　因?yàn)閲?guó)際工資成本的上漲，以上所說(shuō)的這種“產(chǎn)業(yè)回歸”是有益的。據(jù)波士頓咨詢公司稱，中國(guó)的工資成本平均每年上漲 19%。如果不考慮一些企業(yè)管理類的相關(guān)因素，如短途運(yùn)輸、海關(guān)手續(xù)、質(zhì)量保證等，美國(guó)一些地方的工資水平與中國(guó)相比也只高出 7%。但就總成本而言，工資成本所占份額也在下降。其原因是自動(dòng)化程度的提高，特別是在高品質(zhì)商品的生產(chǎn)過(guò)程中，勞動(dòng)力成本在產(chǎn)品生產(chǎn)的總價(jià)值方面所占比例越來(lái)越少。
　　這個(gè)原理也同樣說(shuō)明了，為什么相對(duì)于高精尖的產(chǎn)品，那些對(duì)于科技含量要求不高的產(chǎn)品，即使在體積、重量上超過(guò)前者，其價(jià)值卻遠(yuǎn)少于前者。運(yùn)輸成本份額在產(chǎn)品總份額中的比例還是相當(dāng)大的。假設(shè)生產(chǎn)商將其產(chǎn)品生產(chǎn)場(chǎng)地設(shè)置在產(chǎn)品投放產(chǎn)地附近，雖然能減少一定的運(yùn)輸成本，但卻分散了生產(chǎn)且增加了生產(chǎn)的復(fù)雜性。丹麥玩具品牌樂(lè)高的產(chǎn)品策略就說(shuō)明了這一點(diǎn)：樂(lè)高把在北美市場(chǎng)投放的玩具生產(chǎn)基地設(shè)在了墨西哥，而面對(duì)一個(gè)十分繁榮的亞洲市場(chǎng)，樂(lè)高也只不過(guò)計(jì)劃在 2017 年，在中國(guó)嘉興的工廠招收大約 2000 名工人。
　　2.2 軟件對(duì)未來(lái)生產(chǎn)的作用
　　無(wú)論是玩具生產(chǎn)商、汽車制造商、機(jī)械工程制造商、飲料行業(yè)，還是化工和電子行業(yè)，雖然他們各自面臨的行業(yè)挑戰(zhàn)不同，但相同的是：他們都需提高自己的生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)靈活性以及生產(chǎn)復(fù)雜性的管理能力。
　　為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，制造業(yè)的產(chǎn)品自動(dòng)化必須從其局部自動(dòng)化開(kāi)始，并建立起一個(gè)明確的機(jī)制。在一個(gè)現(xiàn)代化工廠里，產(chǎn)品零部件、工具、運(yùn)輸箱、機(jī)器等每一個(gè)環(huán)節(jié)都配備有傳感器和通信設(shè)備，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和業(yè)務(wù)溝通。這種全面的信息自動(dòng)化代表了當(dāng)前最先進(jìn)的制造業(yè)水平。為進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)，企業(yè)需按以下順序不斷改進(jìn)工業(yè)流程：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實(shí)施以及生產(chǎn)服務(wù)。其中，服務(wù)環(huán)節(jié)還包括：產(chǎn)品維修及維護(hù)，以及節(jié)能環(huán)保服務(wù)等。
　　以上各個(gè)環(huán)節(jié)跨越的地區(qū)、國(guó)家乃至?xí)r區(qū)越多，其優(yōu)化的難度就越大。為了保證企業(yè)的長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)的整體優(yōu)化是必不可少的。因此，企業(yè)就需要一個(gè)全新的軟件系統(tǒng)，并覆蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期：從最初的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，到生產(chǎn)和物流，再到運(yùn)行與服務(wù)
　　由于產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)統(tǒng)一的整體，工業(yè)企業(yè)必須要考慮到產(chǎn)品每一個(gè)環(huán)節(jié)的生命周期成本。功能強(qiáng)大的硬件只有靠新興工業(yè)軟件作為支撐，才能使自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)技術(shù)產(chǎn)生根本的革新進(jìn)步。
　　工業(yè)行業(yè)正在面臨著全面的產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化——這種數(shù)字化涵蓋了幾乎所有的生產(chǎn)流程。由于虛擬與現(xiàn)實(shí)世界不斷交互融合，所以企業(yè)需要從新的角度來(lái)思考生產(chǎn)方法的改進(jìn)措施。工程數(shù)據(jù)可以直接轉(zhuǎn)化到生產(chǎn)過(guò)程中；相反，生產(chǎn)信息也可以直接作用于優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)過(guò)程的上游工序中，也就是將所有的數(shù)據(jù)都整合進(jìn)唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這種把產(chǎn)品和產(chǎn)品生命周期中每一個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化整合的軟件，已經(jīng)被推廣到了各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，并正在飛速的發(fā)展中。在這種數(shù)字化組織中，不僅產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，就連其制造過(guò)程都需要使用計(jì)算機(jī)。利用產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）和自動(dòng)化軟件技術(shù)，可以大大提高企業(yè)的生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力。一個(gè)新產(chǎn)品的上市時(shí)間可以因此減少50%。也就是說(shuō)，利用同樣的資源與能源成本可以生產(chǎn)出更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
　　2.2.1 軟件對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的作用
　　軟件可以用于價(jià)值創(chuàng)造鏈的所有環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，您可以應(yīng)用產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM），在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬的產(chǎn)品設(shè)備測(cè)試，以達(dá)到在不需要實(shí)物的情況下，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。數(shù)字虛擬化可以模擬出高精尖設(shè)備研發(fā)所需要的自然環(huán)境。例如，2012年8月此項(xiàng)技術(shù)被用于火星探測(cè)器的研發(fā)與制造全程：噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）為美國(guó)航空航天局（NASA）配備了一款西門子產(chǎn)品生命周期管理 （PLM） 軟件NX，用于數(shù)字化仿真及虛擬裝配，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)組件及其接口的測(cè)試。
　　這款軟件還可以應(yīng)用在汽車行業(yè)：可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，大幅提高靈活性。比如，戴姆勒公司將 NX 軟件首先應(yīng)用于其旗下汽車和卡車的研發(fā)部門。隨后，戴姆勒集團(tuán)為其超過(guò) 20 個(gè)研發(fā)中心和最主要的供應(yīng)商，都配備了這種新型研發(fā)平臺(tái)
　　2.2.2 軟件對(duì)生產(chǎn)規(guī)劃的作用
　　從大眾品牌改造一條汽車沖壓生產(chǎn)線的案例，就可以看出軟件在生產(chǎn)規(guī)劃中的作用。大眾汽車改造一條已經(jīng)使用了 17 年之久的沖壓生產(chǎn)線時(shí)，將產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM）與其自動(dòng)化軟件相結(jié)合，使得改造時(shí)間有了明顯的減少：在早期改造生產(chǎn)線的規(guī)劃階段，為提高生產(chǎn)效率，可以使用沖壓線仿真軟件，模擬出現(xiàn)有機(jī)器和處理設(shè)備，再對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。為了將沖壓件的模擬程序做到最精確，在使用仿真軟件的時(shí)候，還需要配合使用運(yùn)動(dòng)控制軟件（Motion Control Software）。運(yùn)動(dòng)控制軟件除可用于虛擬環(huán)境外，還可用于現(xiàn)實(shí)操作中。使用這種技術(shù)，在完成最后沖壓線改造工程之后，經(jīng)計(jì)算實(shí)現(xiàn)節(jié)能35%，每分鐘沖程數(shù)可由14次提高至16次，生產(chǎn)力明顯提高。雖然表面上看，這2個(gè)沖程數(shù)并不起眼，但放在每個(gè)班次上所提升的效率是相當(dāng)可觀的。
　　2.2.3 軟件對(duì)生產(chǎn)工程的作用
　　數(shù)字化規(guī)劃和生產(chǎn)流程向?qū)嶋H工程環(huán)境轉(zhuǎn)化時(shí)，會(huì)涉及到不同生產(chǎn)自動(dòng)化和產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件模塊間的相互協(xié)同。只有實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、機(jī)械和工序之間的最佳工作流，以及各個(gè)系統(tǒng)之間的無(wú)縫通信，才能顯著提高生產(chǎn)力，使企業(yè)自身、客戶和終端用戶均受益
　　醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域通常是被業(yè)界拿來(lái)說(shuō)明以上觀點(diǎn)的最好實(shí)例。因?yàn)�，醫(yī)療技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)是先遇到挑戰(zhàn)，然后建立必要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而不像其他行業(yè)一樣，用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)去解決出現(xiàn)的問(wèn)題。為了在節(jié)省成本的同時(shí)，制造出適合患者的膝關(guān)節(jié)植入體，西門子醫(yī)療業(yè)務(wù)領(lǐng)域和工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域通力合作，通過(guò)創(chuàng)新，制造出了一種膝關(guān)節(jié)植入體。這種創(chuàng)新至今還被廣泛應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)植入體的制作流程中：因?yàn)橄リP(guān)節(jié)植入體有尺寸與形狀的限制，所以醫(yī)師在為患者植入這種膝關(guān)節(jié)植入體時(shí)，必須為患者施行削骨手術(shù)。由于人工關(guān)節(jié)使用量很小，且關(guān)節(jié)的制作必須由人工完成，因此它的造價(jià)非常昂貴。按西門子公司的新思維：可以在為患者訂制第一個(gè)骨模型之前，先搜集患者有關(guān)數(shù)據(jù)。然后將這些數(shù)據(jù)快速進(jìn)行自動(dòng)化處理，轉(zhuǎn)化成一個(gè)假體模型，再通過(guò)數(shù)控設(shè)備的加工，最終制作出來(lái)。而對(duì)患者的膝關(guān)節(jié)進(jìn)行掃描，主要是通過(guò)CT和核磁共振成像（MRT）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。西門子PLM軟件部的NX CAM 系統(tǒng)可以在半個(gè)小時(shí)之內(nèi)生成生產(chǎn)用數(shù)控?cái)?shù)據(jù)。而用人工制作的話，至少需要兩天。
　　膝關(guān)節(jié)植入體的實(shí)際生產(chǎn)采用西門子 Sinumerik 840D sl 數(shù)控系統(tǒng)。安裝有該開(kāi)放式控制系統(tǒng)的機(jī)床可以無(wú)縫集成到上位生產(chǎn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從患者的數(shù)據(jù)輸入開(kāi)始直到植入體被運(yùn)送到患者手中的連續(xù)過(guò)程鏈。
　　在生產(chǎn)工程中，這種工業(yè)軟件與自動(dòng)化技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)相互協(xié)同的生產(chǎn)模式，在西門子已經(jīng)被成熟地運(yùn)用了許多年。集合豐富的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)，最終西門子開(kāi)發(fā)出了TIA 博途軟件平臺(tái)。TIA博途軟件平臺(tái)是一個(gè)被稱作“單一工程環(huán)境”的自動(dòng)化軟件。也就是說(shuō)，用統(tǒng)一的操作平臺(tái)和畫(huà)面，可以操作整個(gè)價(jià)值創(chuàng)造鏈——從規(guī)劃、調(diào)試，到運(yùn)行和維護(hù)，以及自動(dòng)化系統(tǒng)擴(kuò)展。通過(guò)工業(yè)軟件與自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)工程技術(shù)的結(jié)合，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)施和服務(wù)三個(gè)環(huán)節(jié)緊密相連。通過(guò)該軟件平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)最佳工作流程，降低工程成本高達(dá) 30%。
　　2.2.4 軟件對(duì)生產(chǎn)實(shí)施的作用
　　企業(yè)通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)鏈條的第一個(gè)環(huán)節(jié)（產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)工程），可以在整個(gè)生產(chǎn)流程中起到事半功倍的效果。借助于全集成自動(dòng)化，可以優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化解決方案以及之后每一個(gè)環(huán)節(jié)。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），如 Simatic IT 平臺(tái)可保證生產(chǎn)的高性能。通過(guò)數(shù)據(jù)融合，所有生產(chǎn)流程的管理變得十分透明，工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。
　　通過(guò)采用集成自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)解決方案，能夠顯著提高生產(chǎn)效率和靈活性。原東德玻璃制造商 f|glass 就是一個(gè)很好的實(shí)例。它的工廠可以算得上是全世界最先進(jìn)、最節(jié)能的工廠之一了。該工廠采用了一套集成自動(dòng)化解決方案、一個(gè)先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)以及一個(gè)創(chuàng)新的熱回收系統(tǒng)。從原材料供應(yīng)和混合，到熔化過(guò)程，再到玻璃表面的精加工和調(diào)試，生產(chǎn)與物流均完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。通過(guò)全集成自動(dòng)化（TIA），所有集成儀表、驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)化及配電解決方案相互協(xié)同，所有生產(chǎn)流程高效而靈活。過(guò)程控制系統(tǒng) Simatic PCS 7 可視化控制著 700 米長(zhǎng)設(shè)備上的 3000 個(gè)測(cè)量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了一年 365 天連續(xù)可靠的運(yùn)行
　　玻璃制造商f|Glass工廠中的觸屏控制系統(tǒng)
　　2.2.5 軟件對(duì)生產(chǎn)服務(wù)的作用
　　在過(guò)程工業(yè)和制造業(yè)中，能否為客戶量身訂制服務(wù)解決方案，日益成為企業(yè)能否成功的一個(gè)決定性因素：除了傳統(tǒng)意義上的維修保養(yǎng)、故障修復(fù)、能源與環(huán)境服務(wù)、綜合性維修解決方案外，還包括遠(yuǎn)程維護(hù)。
　　為了提高設(shè)備的利用率，降低維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和維護(hù)是一項(xiàng)行之有效的措施。在線訪問(wèn)將比現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)更經(jīng)濟(jì)、更快捷、更靈活。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以對(duì)設(shè)備實(shí)施預(yù)防性檢測(cè)與維護(hù)（狀態(tài)監(jiān)測(cè)）。
　　特別是像航空航天這種特殊行業(yè)，往往承擔(dān)著極為復(fù)雜的設(shè)備和系統(tǒng)維護(hù)任務(wù)。如果沒(méi)有預(yù)防性和預(yù)測(cè)性的技術(shù)手段，這項(xiàng)維護(hù)任務(wù)是象的。因此，西班牙的空客工廠（見(jiàn)）請(qǐng)西門子為其進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。維護(hù)范圍包括制造設(shè)備維修和備件管理。
　　服務(wù)解決方案并不僅僅局限于提供解決方案。通常人們所理解的解決方案比較適合大型公司。但一些沒(méi)有全球性服務(wù)團(tuán)隊(duì)的中小型公司，也可以利用這些解決方案。比如說(shuō)，西門子強(qiáng)大的在線服務(wù)網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)為 Schwbische 機(jī)床公司提供的服務(wù)。該公司是一家只有大約300名員工的多軸機(jī)床原始設(shè)備（OEM）制造商和供貨商，其客戶遍及世界各地。
　　2.2.6 所有生產(chǎn)流程中的軟件集成
　　如今是一個(gè)創(chuàng)新軟件與高性能硬件、虛擬網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境交錯(cuò)的時(shí)代。所有產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程都需要軟件應(yīng)用。先進(jìn)的精密光學(xué)設(shè)備行業(yè)最能說(shuō)明這一點(diǎn)。由德國(guó) Opto 光學(xué)儀器有限公司研發(fā)了一款重達(dá) 85 噸的龐然大物。這臺(tái)機(jī)器可以用來(lái)制造直徑長(zhǎng)達(dá) 2 米的高精度太空探測(cè)望遠(yuǎn)鏡。其測(cè)量精度可達(dá)30納米。這款測(cè)量距離超過(guò)了130億光年的望遠(yuǎn)鏡鏡片也是由Opto 公司研制的。首先，Opto 的光學(xué)工程師們使用西門子PLM軟件NX CAD解決方案在電腦屏幕上虛擬出一個(gè)機(jī)器。然后，西門子機(jī)電一體化技術(shù)人員不斷分析、模擬、優(yōu)化這臺(tái)“虛擬機(jī)”，配套使用了西門子數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik840D，并為Opto公司專門設(shè)計(jì)了專屬用戶界面。通過(guò)采用西門子 Sinamics系列驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，Opto公司實(shí)現(xiàn)了八軸超精密磨削和研磨拋光機(jī)的精確運(yùn)動(dòng)。CAD軟件與高性能硬件的結(jié)合不僅在精度上更上了一個(gè)臺(tái)階，也加快了制造過(guò)程。由于天文光學(xué)在全球的需求度非常高，所以其定制的時(shí)間難以保證，因此，望遠(yuǎn)鏡能否在最短的時(shí)間制作完成，是非常關(guān)鍵的。
　　2.3 工業(yè)4.0
　　德國(guó)創(chuàng)造出了一個(gè)詞叫做“工業(yè)4.0”，定位于以蒸汽機(jī)、大規(guī)模流水線生產(chǎn)和電氣自動(dòng)化為標(biāo)志的前三次工業(yè)革命之后的第四次工業(yè)革命。該理念意在通過(guò)充分利用嵌入式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新交互式生產(chǎn)技術(shù)的聯(lián)網(wǎng)，相互通信，即物理信息融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems），將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
　　2.3.1 釋義
　　在“工業(yè)4.0”的理念中，產(chǎn)品本身就是生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)十分活躍的元素。這個(gè)理念也可以用“智能工廠”來(lái)解釋，也就是說(shuō)在這個(gè)工廠中，數(shù)字世界與物理世界無(wú)縫融合。在這些產(chǎn)品中包含有全部必需的生產(chǎn)信息。通過(guò)物理信息融合系統(tǒng)，企業(yè)不僅可以清晰地識(shí)別產(chǎn)品，定位產(chǎn)品，而且還可全面掌握產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)過(guò)、實(shí)際狀態(tài)以及至目標(biāo)狀態(tài)的可選路徑。在“工業(yè)4.0”時(shí)代，機(jī)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)和生產(chǎn)手段構(gòu)成了一個(gè)相互交織的網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，可以進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)交互、調(diào)準(zhǔn)。同時(shí)，物理信息融合系統(tǒng)還能給出各種可行性方案，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的優(yōu)化準(zhǔn)則，將它們進(jìn)行比對(duì)、評(píng)估，最終選出最佳方案。這就使生產(chǎn)更具效率，更環(huán)保，更加人性化。同時(shí)，因?yàn)檎{(diào)動(dòng)了“元信息”，所以提高了過(guò)程透明度。
　　這種以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，整合軟硬件的系統(tǒng)又稱嵌入式生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面使得企業(yè)與企業(yè)之間縱向一體化程度加深；另一方面，在從預(yù)訂到交貨的橫向一體化中，各個(gè)環(huán)節(jié)也被緊密地聯(lián)系起來(lái)了。正如德國(guó)技術(shù)科學(xué)協(xié)會(huì)（Acatech）發(fā)表的一份文件中預(yù)測(cè)的那樣：“物理信息融合系統(tǒng)（嵌入式系統(tǒng)）將徹底變革制造業(yè)、交通業(yè)和醫(yī)藥業(yè)�！蔽募�還進(jìn)一步提到，采用新的生產(chǎn)工藝，可以將生產(chǎn)力從30%提高至50%。
　　2.3.2 成功之路
　　在“工業(yè)4.0”時(shí)代，數(shù)字化的靈活性，將更強(qiáng)烈地影響現(xiàn)實(shí)世界。要實(shí)現(xiàn)