实至当下，我们似乎找到了打开中国智造大门的金钥匙：通过新一代信息技术“堆砌”而成的工业互联网作为基础设施，以数字化孪生（机理模型、数学模型）模型为核心，以IT+OT两化融合为手段。

智能化运营：Digital Twins

利用包括SIMATIC IT、PLM、MES和NX等软件系统，构建一套完整的、与现实世界互相对应的数字化模型，通过在虚拟的数字化世界当中充分模拟、分析和比较现实世界的物理场景，利用模型之间理想化的“孪生”特征，以数据的形式驱动现实世界的电气和自动化装置等硬件设备，从而实现虚拟世界对现实世界的驱动。

数字化创新：MindSphere

通过接入现实世界当中的各种硬件设备，在虚拟世界实现对现实数据的收集、传送、分析和利用，通过各种PLC，反馈给现实世界。

Digital Twins 的重中之重是机理模型，MINDSPHERE的重中之重是数学模型，两个模型综合应用产生新的产品、新模式和新业态。

"看西门子工业4.0，懂中国制造2025"由产业智能官编写，部分内容源于网络，仅供研究学习使用。

追根溯源：解决企业经营问题

面对当前的环境，企业迫切需要借助数字化改造的技术手段，推动企业经营效率的提升：

一是通过各个用户效率的提升，改变企业的经营效率。特别围绕消费者获取企业信息效率的提升、企业关键岗位作业效率的提升最终指向有效提升企业的经营效率。

二是通过连接与打通，提升企业的经营效率。特别是打通企业与消费者的链接，打通各个关键数字系统的链接，既有效改变企业的运行效率，又能够切实推动企业的经营改变。

三是挖掘数字化价值。借助企业的数字化改造，进一步提升企业的数字化运行能力，推动企业经营的更大发展。

四是用户思维，通过数字化改造，打破以往信息化时代的单纯管理思维，实现既能够保证管理效率，又能够切实提升用户的效率。

西门子工业4.0的打开方式

了解西门子的人都知道，从2009年率先在业界推出18项行业解决方案开始，其就已经在PLM领域当中，彻底淡化掉了软件的功能“硬标签”，转而从企业的现实业务出发提供解决方案。在此基础上，接下来的十多年里，西门子的融合，更多是希望将原有针对现实制造的工业自动化系统TIA与面向虚拟开发的PLM进行更深度的融合。

此时，恰逢云计算将互联网的应用大大推进了一步，包括AI、大数据、物联网等各种新兴IT技术，与在工业领域已经被应用得非常娴熟的自动控制、传感器等传统自动化、电气化技术，开始具有了某种内在的技术可能和数字化逻辑——将技术“隐藏”在业务背后成为可能。

与同样关注这一领域的其他竞争对手相比，由于同时拥有软件和硬件，西门子的优势是掌握更多的技术空间；而劣势是对原有知识的继承。实际上西门子也的确花了很长时间去找到一个能够同时符合工业领域需求，而且能够集中应用以往产品和技术的方式。

最终，在西门子面向未来的工业企业数字化蓝图中，Digital Twins和MindSphere成为两个最核心的关键字。

其中，Digital Twins利用包括SIMATIC IT、PLM、MES和NX等软件系统，构建一套完整的、与现实世界互相对应的数字化模型，通过在虚拟的数字化世界当中充分模拟、分析和比较现实世界的物理场景，利用模型之间理想化的“孪生”特征，以数据的形式驱动现实世界的电气和自动化装置等硬件设备，从而实现虚拟世界对现实世界的驱动。

而MindSphere则通过接入现实世界当中的各种硬件设备，在虚拟世界实现对现实数据的收集、传送、分析和利用，通过各种PLC，反馈给现实世界。

不难理解，Digital Twins和MindSphere实际上是完成从虚拟到现实、再从现实到虚拟这两个数字化过程的两条路径，而通过这两条相对完整的路径，不仅软件和硬件得以结合（软，云计算、大数据、物联网等各种新兴IT技术；硬，自动控制、传感器等传统自动化、电气化技术），而且也实际上是为工业企业提供一个优化现有业务流程，升级现有商业模式的机会，让虚拟和现实的融合更容易，边界更加模糊。

Digital Twins 的重中之重是机理模型，MINDSPHERE的重中之重是数学模型，两个模型综合应用产生新的产品、新模式和新业态。

Mendix为MindSphere构建的一个企业用户个性化接入点。

2018年8月2日，西门子宣布以6亿欧元的价格收购低代码应用开发平台Mendix。作为一家伴随着云计算应用而诞生的新兴公司，Mendix为终端用户提供的是一个PaaS平台。而与其他的PaaS平台不同，Mendix 实际上是面向业务认为，通过为其提供软件工具、方法和平台架构，支持其能够快速地在任何现有业务或者IT 环境下，构建、测试、集成、部署、管理和优化面向服务的业务应用程序。

物联网的应用，让知识积累在用户者一方，而不是积累在开发者一方。所以在未来，现在使用软件的人，都会成为软件的开发者。譬如，如果业务人员在管理的物联网工厂过程中，有一个设备的数据是业务人员每天都要看的，对他来说是最重要的，但是如果专门的软件，所有的需求都没有办法得到满足。有了Mendix以后，这个APP就可以很快自己就开发出来，而无需等软件公司去开发了。

很显然，Mendix的出现，将使得企业级用户对MindSphere的使用更加具有针对性，更加简单，直接关联业务。现在我们处在一个普遍创新的年代，创新和技术能够融入到企业的业务创新当中去，让用户在不知不觉当中，使用更好的技术。

不得不说，Mendix的出现，让广大的工业用户真正看到了应用MindSphere的可能性：不仅是应用门槛的降低，灵活度的提高，更是从中看到了自己在应用技术过程中的主动权——在一个IT技术主导未来趋势的当下，掌握发展的主动权在很大程度上就代表了用户所能获得的安全感。

MindSphere最关键的价值，在于通过接入现实世界当中的各种硬件设备，对现实世界当中的硬件设备（传感器、机器人、PLM等）所产生的即时数据，进行收集、传送，并能够在虚拟世界当中被各种软件进行分析和利用；同时，虚拟世界当中各种软件所运算的结果亦可通过相同路径，反向被传递到现实世界中的硬件设备上，驱动设备运行。这，是西门子面向未来工业数字化定义框架的现实路径。

西门子工业4.0工厂解决方案

接下来，以新能源行业为例，一起来看看西门子工业4.0数字化智能制造的具体做法。

西门子数字化的解决方案从三个方面入手：产品设计数字化双胞胎，生产的数字化双胞胎和产品服务双胞胎三个领域展开。数字化企业的套件，包含了从产品研发、生产规划、生产工程、制造执行以及服务，贯彻到整个产品生命价值的解决方案。

来自电池制造企业面临的挑战是这样的：希望产品更快的上市，希望生产能力，生产线，生产车间有更多的柔性来满足越来越多客户的个性化的需求，希望提升产品的品质，来达到最高的客户满意度，希望整个效率做到最高。

满足这样几种特征的情况下，这形成了一个新的业务模式，新的业务模式里边同时安全，不管是信息安全还是工厂安全等等安全因素贯穿到整个数字化企业的全液态当中。

从需求到产品下线的生命周期西门子是怎么做的？

1、产品设计：电池能量密度要求越来越高，怎么完成这样的设计来符合这样的要求呢——设计平台，仿真平台。通过设计仿真一体化平台完成这样的产品设计和验证。针对于整个电池单元里边的化学成分进行了配比，验证完之后储能和认证要求，生产什么样的单体来最后满足最终交付给客户的东西，这些单元按照特定的组合放在一起，其中集成了各种各样的技术，比如说热仿真，疲劳仿真这样的技术，要求锂电池有5000家的充放次数，怎么保证设计出来的产品它的质量性能是最优的呢，5000次的充放不借助仿真的技术手段，只靠老的技术手段是无法完成的。要更多的引入虚拟世界的产品，就是数字化双胞胎里边虚拟设计的东西，把这些验证，把电池行业电池本身设计时候的关键要素在这样的平台里边不断的验证，最终能够保证的设计产品是满足客户要求的。这个是完整的数字化双胞胎概念在产品设计端产品层面的应用。

2、规划工程：设计出来这样的一个产品，用什么样的工艺加工制造，装机什么应该怎么做，符合什么样的工艺要求，如何加剧单机设备在我厂线的部署，这是生产数字化的双胞胎为大家带来的加剧。生产的数字化双胞胎，借助西门子的系统可以在很早对整个车间的工艺流和物料流做一个完整的规划，同时它的模型信息会的工艺过程仿真，因为知道完成任何一个产品的加工是由若干个工艺组成的，怎么把前期建立的模型最终运用到我的工艺仿真方针里边去，最大限度的提高我的生产节拍。产品设计本身更看重的是整个模型的重用，依托于产品周期管理平台跟它做交互存储。做完了一个工艺之后，在这样的平台一步一步的验证，然后做仿真。

譬如西门子交付了一个三级模型，在跟前期OEM厂商提供了电池生产线的模型，可以根据参数进行复制，复制完了之后借助自动化工具它会生成一些主要的PRC代码，这些代码会做什么呢，电池设计的人员会基于这个把工艺带进来，然后在这里边加一些PLC相关的报警处理的信息来完善整个的运转，这样最大程度的保证我的设计，我的工艺信息在上游被输入得到传递，我交付这样的一个产线到最终客户手里的时候，最大限度运行的时候不会出什么问题，这就是西门子的一个理念。

刚才提到PLC的程序，PLC有全集成自动化的产品，不仅仅有软PLC，还直接和物理PLC连接的条件，PLC代码的运行怎么监控，它的质量怎么做呢？借助模块让软件和软件互联，形成软件的闭环。我虚拟的线级跟虚拟的PLC做一些活动，它可以监测到最终验证我PLC经过电机工程师加工的PLC的代码是不是可靠的。同时PLC在运行的时候把PLC代码真实的输送给我的物理PLC，物理PLC让我的自动化产线好起来。这个是从研发到交付的一条线，刚才讲的包含了整个OEM的内容，我做产线设计的时候需要哪些信息，信息输入要什么样的平台，在数字化的平台通过什么样的信息流实现的。包含单机设备，整条线的调试。准备完了产品，线都准备好的情况下最大限度的降低了现场的调试人员，让客户拿到设备的时候就尽可能的投产运营给客户，给电池生产厂商带来实际的收益，这是最终的一个目标。这些条件都具备的情况下有限产能排程，它会搜集设备，整个车间，人员排班等等的情况，把来自不同电池厂商、生产厂商，来自不同客户的工单，这些因素综合起来最终完成我生产制造的排产。

3、制造执行：做完了这些，我的订单，我生产电池的工单传送到我的制造现场，那我的MES是怎么做呢，这里边是一个案例，关于工艺信息。产品生命周期管理平台，做完了工艺规划，这个工艺规划产生了检测参数，电池的各种线上检验的信息会随着工艺设计同步给MES，MES在执行的过程中基于一些自动化检测的前提把这些信息抓取到，最终给过单的产品和过单的信息做一个反馈，这样我整个产品生产过程中所有的数据采集都可以实现，并且得到验证，这样不管是我的单元生产，模块生产，我的质量会得到有效的控制。这是数字化双胞胎在生产制造领域的应用，其中包含了OEM厂商设备类的。

4、创新型应用：接下来数字化双胞胎在云平台的应用，西门子有自己的云平台，云平台是开放互联的云生态系统，数据采集的信息包含了我产品生产过程中质量的信息，所有的信息我都可以搜集起来，采集起来，海量的数据做一些分析上传到云平台，如果是跟车床数控相关的有数控的专家，会基于这些数据开发一些APP，APP会分析整个生产现状和设备本身的性能参数，基于这些性能参数做一些预测性的分析。性能还有单机设备，这是真实的案例，这里边融入了大量的西门子的工厂自动化的技术，比如说通讯，PLC的产品等等的，这些东西在一个单机设备里边被重复的应用，帮助客户达到的工艺。西门从设备提供商转变为整体方案供应商，能够提供的不仅仅是PLC的产品，而且包含了整个从PRM到RES到现场自动化评测的检查。

能源管理，电池行业我要储能，我去排我储能的工艺，我可以监控我整个车间能源消耗的情况，基于能源消耗的波峰波谷的信息来安排我这些工艺，在波谷的位置我安排一些储能，最大程度的降低整个企业在这方面的投入。知识都是在这样的平台上存储，设备运行状态执行情况，这些信息都会同步到我的云平台里边去，云平台基于企业的运行数据，车间的运行现状来帮助各个阶层的管理人员去支撑它做这个决策，包含工程师去做设备的检修等等这些方面的预警，认为数据给企业带来的价值，平台可以承担起这样的作用给企业带来作用。数字化的套件在产品数字化的设计和数字化生产和数字化服务三个大领域里边它不是简单的堆砌，希望它用数据，用生产现场来指导完成生产，比如说真实生产过程中希望遇到的问题反馈到工艺，是不是设备的原因导致缺陷，还是缺陷在产品设计的时候就已经埋下了，去追根溯源把产品做到最棒，去优化整个产品。这是闭环制造，闭环的依据是什么，你没有这些数据支撑，你没有这些信息系统的互联互通怎么去做这样的一个闭环制造。当然最终的目的还是要不断的去把产品的竞争力提高，把产品性能提高，把客户的满意度提高。

看相对比较完整结合能源管理的应用，PRM，MES，这样的数字化企业套件，结合我能源管理把整个工厂推向了一个新的高度，这是西门子能够在这样的一些领域，不管是OEM厂商还是电池生产厂商能够带来一些新的思路。

针对整个产品设计、生产规划、生产工程、制造执行和服务里边西门子在整个增值环节里边提供了完整的解决方案。柔性制造，实现了柔性制造意味着你不用重复投资一条一条的产线满足客户的多样化的需求，这个是实实在在的价值。品质提高了，客户的要求越来越高，品质提高了客户满意度提高了是保持你这个企业订单源源不断的前提。.