西门子CP5614网卡

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西门子可编程控制器：S7-200CN、S7-200SMART、S7-300、S7-400、 S7-1200、S7-1500、ET200、LOGO逻辑控制模块 
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：康奎

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机器人翩翩起舞

汽车工业机器人消耗的电能占车身制造能耗总量的一半以上。西门子携手大众汽车和弗劳恩霍夫协会共同开发运动优化算法，大大降低了机器人的耗电量。

一家汽车制造厂一年消耗的电能堪比一座中型城市。工业机器人是其中的能耗大户。通过优化其运动，可以将耗电量zui多降低50%。

一只巨型机械臂轻而易举地举起车门，并以毫米级的精度将其安装到车身上。其他机械臂也几几乎同时迅速靠拢，相互之间以毫厘之距擦肩而过。这些机械臂是用来对车门进行焊接的，一时间，火花四溅。当这项任务完成之后，这些机械臂和来时一样迅速离去，而车身则滚滚向前，前往下一个装配站。这如同一场精心排演的芭蕾舞，数以千计的工业机器人在工厂随时“翩翩起舞”。然而，与舞者不同的是，机械臂不需要任何休息。但是，它们对电能的胃口则*餍足。

一家日产千辆的汽车厂，每年可轻而易举地消耗数亿度电能——堪比一座中型城市。负责驱动传送带、机器和泵的电机，以及操作机械臂关节的电机，所消耗的电能要占工业耗电量的三分之二左右。然而，要从负责装配车身的工业机器人的控制系统中挖掘节电潜力，还有很长的路要走。

为了找出行之有效的办法，大众汽车、西门子和弗劳恩霍夫协会联合发起了一个为期三年的研究项目，细致深入地考察制造机械臂的运动。这个名为“绿色车身技术创新联盟（InnoCaT）”的项目，旨在使用高效的软件解决方案来优化生产过程，以大幅降低其耗电量。迄今为止，生产线机械臂的运动路径通常是由人工编程。机械臂运动过程中遇到的障碍物和设置安装高度时的失误，是推高耗电量的一般因素。然而，zui费电的过程是机械臂频频变换运动方向时发生的减速和加速。

西门子工业的整合Matthias Frische是InnoCaT一个子项目的负责人，他说：“目前，几乎所有工业机器人都尚未实现运动优化。但突发运动会造成耗电高峰和机械应力。”有鉴于此，Frische取得的一个重要研究成果是一个模拟模型，它能计算出不存在任何方向突变的优化曲线。这个模型值得称道之处在于，它不要求更换机械臂，因为它只是改进了它们的运动方式。Frische说：“这就好比学跳芭蕾舞。练习一段时间后，舞者的动作会变得更加优雅、高效，哪怕身体还是原来的。”

为了开发运动优化算法，项目团队将一个典型的汽车工业机器人搬到实验室，对它执行多种不同任务时的能耗进行了分析。然后根据分析结果，创建了一个模拟模型。每一次测定之后，科学家们都要调节多种不同的参数，由此逐步确定哪些设置的节电潜力zui大。Frische解释道：“人类在搬运重物时，他们会本能地以尽可能zui符合人机工程学的方式运动。同样，模拟模型可以为机器人计算出实现了动力学优化的节电运动路径。这样的路径，堪比跑车在弯道上行驶的轨迹。”试验结果令项目团队惊喜不已，因为结果表明，优化路径的节电潜力高达10%到50%。Frische补充道：“通过从突发运动改为弧线运动，机械臂的机械应力得以降低，从而降低了维护要求，缩短了停工时间。”

项目团队对所取得的满载希望的试验结果进行了分析，以确定能否将之转化为实际操作。因为沿生产线分布的装配站必须进行严丝合缝的装配，所以重新设计的机械臂运动，必须与过去那种突发运动一样迅速，并且精确匹配动作周期。

在*阶段的工作中，研究人员为用于车身制造的机械臂人工编写了运动路径程序。这些路径基于模拟中计算出的理想曲线。测定结果表明，甚至在实际生产条件下，节电也可高达50%。在2014年初开展的第二阶段工作中，工程师测试并改进了一个能自动优化特定运动耗电量的软件模块。

程序员首先规定机械臂必须到达的位置，如一系列焊点。软件仅需数秒钟就能计算出焊点之间zui节电的路径。软件还能保证机械臂相互之间保持zui短距离。这不是一件容易的事，因为机械臂必须沿着复杂的位置顺序快速移动。软件需在短短数秒之内完成全部计算。相比之下，以人工方式优化每一条机械臂运动路径，则要花好几天时间。由于汽车装配厂通常具备数以千计的机械臂，因此，若以人工方式执行这一任务，所需的工作量将高得惊人。对Frische而言，其益处显而易见，他说：“我们的软件，将有史以来*次允许自动优化运动路径的能效，因而十分经济划算。”

今年晚些时候，一个与西门子Tecnomatix生产规划软件有关的软件模块可能面市。Frische表示： “事实上，制造企业仅需按下按钮就能降低其耗电量，同时为保护环境做出贡献。我们的软件有助于程序员为机械臂设计出能节约资源的交互动作。”

Stefan Schröder

机械臂和机床：智力融合

制造业的自动化程度越来越高。因此，制造商正在探索既能提高资源使用效率，又能同时提升其生产过程灵活性的新途径。要实现这样的发展，一个重要的前提条件是，着眼于机械臂与机床的交互作用方式，使生产机器精确地协调运转。正因为如此，西门子正在与KUKA合作研究如何将机械臂和机床的控制系统合为一体。KUKA是机械臂和机器生产领域的//供应商之一。

对企业而言，技术*的机床是一笔重大投资。因此，zui大限度地提高其利用率和效率是明智之举。过去，负责将工件插入机器，并在加工完毕之后将之取出的工业机器人的程序，是利用其自有控制单元来编写的。然而现在，可以在机床的用户界面上直接为这样的机械臂编程。这样一来，就能更好地协调机器的加工工序，同时大幅降低为相关机械臂编写程序的工作量。

另一个目标是，进一步改善工件加工过程中机械臂与机床之间的交互动作。未来，将要求机械臂执行诸如磨、铣等简单任务，特别是在加工新材料时。到那时，机床将被专门用于要求巨大力量或*精度的生产工序。这有望提高机床的利用率。

由于其工作范围广，并且具备灵活的运动轴，因此，机械臂也可以加工复杂或大型的部件。譬如，它们可以取代成本不菲的特制设备，加工风轮机叶片或机翼等部件。在这种情况下，也可以在共享用户界面上控制系统。从设计到模拟生产，再到工程和车间投产阶段，所有这一切，将改善机器在其整个生命周期内的相互协调性。

廉价劳动力不再是中国的主要优势。中国已开始转变经济发展方式，曾经的“世界工厂”今非昔比，现如今中国生产着复杂的产品，而其生产过程则需要*的自动化和信息管理解决方案。

中国已一跃成为*二大经济体。同时很多迹象表明，2020年之前，中国将赶超美国，成为世界zui大的经济体。在这场宏大的经济转型的初期阶段，中国zui大的优势是仿佛*的劳动力资源，正是这种丰富的人力资源使中国被冠以“世界工厂”之称。不过初期改革的成功开创了新形势。富裕起来的中国很快将不再满足于在价值链的低端徘徊。

早在2001年，广东省政府便开始实施激励技术密集型企业的结构性改革计划。这项改革带动当地工资水平快速上升。举例而言，深圳的产业工人平均月工资约为320美元。相比之下，柬埔寨当前的法定zui低工资标准只有50美元。这种发展所带来的结果是劳动密集型行业正撤出广东，甚至撤出中国。如今球鞋和T恤衫的产地已逐步从珠三角地区转移至孟加拉、越南或柬埔寨。与此同时，中国的生产重心开始向更为复杂的产品转移，例如高速列车、电脑、机械和汽车等。在这些领域，廉价劳动力不再是。真正让中国获得竞争力的是高效的流程、专业技术和组织管理能力。中国的汽车行业就是一个很好的例子。

越来越多的中国汽车制造商开始采用西门子的解决方案，包括奇瑞和吉利，其目的是优化生产过程。

“汽车研发是一个极其复杂的过程。”西门子工业软件（上海）有限公司的高级业务顾问周克虎说，“一方面，它需要多个职能团队的通力合作。另一方面，所有这些团队还要处理大量的数据。所以可想而知，单是协调数量众多的数据就不是件轻松的事。”为避免沟通不力，确保生产过程的顺畅运行，工程团队不仅要管理团队内的数据，还必须时刻掌握生产部门和质量控制团队的工作进展。

西门子实现产品生命周期管理（PLM）的软件解决方案，帮助工业企业解决上述难题。PLM汇集从初稿到详细设计过程、再到实际生产的所有相关信息。因此，企业可以通过PLM收集的此类数据来优化设计和生产过程。

在汽车行业的应用中，PLM能够使设计更加成熟，促进质量管理的显著改善。因此，中国的*汽车制造商和供应商很早以前就根据PLM的需求，调整他们的产品开发和生产计划。

奇瑞汽车有限公司就是一个例子。该公司去年的产量约为67万辆，其中约有17万辆销往国外。这也使奇瑞成为中国汽车出口的。与其他所有中国汽车制造企业一样，奇瑞的发展历史并不长。该公司成立于1997年，自2003年以来，一直采用西门子的PLM解决方案。

在奇瑞采用的多种PLM工具中，zui重要的工具之一是Tecnomatix。从过程定义和规划到模拟和实际生产，Tecnomatix把制造和产品研发紧密在一起。奇瑞利用PLM的这一工具进行尺寸分析。“尺寸分析在车身设计中具有重要作用。” 奇瑞汽车股份有限公司规划设计一院工艺技术部部长吴世强表示，“通过尺寸分析，我们在车身设计的早期阶段就能确定设计结构和生产方法是否符合技术规范。所以我们可以及早制定解决方案来优化这些因素。”

西门子的Tecnomatix软件还有一个重要组件，叫做差异分析，即VSA。VSA也是一种尺寸分析，它在计算机生成的三维模型的辅助下模拟生产工艺。VSA的设计用途是在执行实际生产之前洞察生产工艺中的薄弱点。比如，奇瑞曾利用VSA查出某车型头灯生产中的问题，仅仅是这一次软件诊断就为奇瑞挽回了近15万美元的损失。“当然，这种诊断还避免了生产的延误。”吴世强指出。

在选择西门子的Tecnomatix之前，奇瑞曾考察过很多软件解决方案。“zui打动我们的是Tecnomatix的多功能性。”吴世强介绍道。奇瑞考虑的其他重要因素还有西门子在该软件领域的。。地位、*的客户服务、在该领域的丰富经验，以及西门子与世界各地。。汽车制造商的*合作。“鉴于上述原因，我们zui终选择了西门子。”吴世强说。其他很多汽车制造商和供应商做出了同样的选择。因此，西门子成为中国汽车业zui大的PLM解决方案供应商。根据独立的PLM咨询公司CIMdata的数据，2011年，西门子在中国拥有27%的PLM*。

中国为何转向自动化。西门子为汽车制造商带来的优势十分显著。例如，作为中国。。汽车制造商之一的中国一汽采用西门子的Tecnomatix等PLM解决方案后，其规划流程缩短了数月时间，同时工序的精确性得到显著提高。“我们的规划效率提升了35%。”中国一汽的技术副总监苑学愚说，“另外，我们的过程规划整改数量减少了18%，组装线生产率提高了25%，并且显著提高了所有相关资源的利用效率。”

这样的自动化解决方案和工作流程与中国作为世界工厂的旧形象相去甚远。的确，自动化在中国正变得日益重要。毕竟，中国的劳动力资源已经不像过去那般取之不尽用之不竭。在中国的主要工业区（香港和深圳之间的珠三角地区和靠近上海的长江口地区），企业已经感受到招工难的压力。这个问题在今后几年只会有增无减。中国面临着人口老龄化加速问题，单是人口因素就会产生巨大影响。到2050年，中国人口的平均年龄将突破48岁，比日本目前的平均年龄高出四岁，而日本和摩纳哥是当前世界上人口平均年龄zui高的两个国家。

“自动化工艺的一大优势是可以确保一定程度的质量稳定性和规划安全性，如果没有自动化，即便拥有再多的劳动力资源，也无法实现这一点。”上海西门子汽车工业培训中心的系统应用Chen Wei如此评价，“所以，生产工艺自动化方面的投入直接关系到产品质量。”

解决方案的复杂程度随生产的复杂程度而异。汽车行业目前属于复杂度较高的领域，在生产线中，需要众多机器人、传感器、人机界面及其他设备协调工作。这种协调可以通过可编程逻辑控制器（PLC）来实现。PLC是一种功能强大的计算机，其作用相当于自动化工厂的“神经中枢”。奇瑞、吉利以及中以合资企业观致汽车有限公司等。。汽车制造商均在生产中引入了西门子的此类高性能组件。

像奇瑞汽车这样的市场客户使用的是西门子在德国生产的组件。不过，目前西门子在中国本地也开始研发其他PLC及类似设备，这些设备不仅供应给中国市场，还出口到其他国家，尤其是新兴市场。所有这些都是西门子通过在各地设立研发部门以增强自身创新网络实力的战略的组成部分。同时这种发展也符合中国转变经济增长方式的战略——中国希望从世界工厂转型成为*自动化解决方案的应用地和研发地。30年来，中国的确取得了不俗的成就。