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当现在遇见未来:西门子数字工业软件战略观察

2019年9月16日             作者:e-works 王阳 黄培       
关键字:西门子  工业软件  
过去十余年间,e-works参加并见证了每一届西门子工业软件分析师会议,持续跟踪和观察西门子工业软件的技术与战略变化。

2019年9月3-6日,西门子一年一度的全球媒体与分析师会议在美国纽约举行。e-works总编黄培博士和首席记者王阳出席此次分析师会议,聆听了西门子高管解读其工业软件业务的发展战略、运营状况、主要产品线和行业解决方案的最新进展。过去十余年间,e-works参加并见证了每一届西门子工业软件分析师会议,持续跟踪和观察西门子工业软件的技术与战略变化。
    2019年,西门子分析师会议时隔十二年再度回到纽约,同时伴随着这一工业软件巨头名称的又一次更迭——西门子将“Siemens PLM Software”升级为“Siemens Digital Industries Software”(西门子数字工业软件公司)。十二年前,当时的UGS已在畅想借助PLM技术将虚拟世界与物理世界连接的愿景;十二年后,凭借超过100亿欧元的并购投入和技术整合,西门子完成了布局工业软件的巨大跨越。

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西门子数字工业软件公司CEO Tony Hemmelgarn

Tony Hemmelgarn在接受e-works采访时指出:“目前,在几乎所有行业和地区,各种规模的公司都选择与西门子合作,并选择我们的软件技术作为其数字化战略的基石。西门子广泛的软件组合支持独特的、面向行业的价值链,正在致力于帮助工业企业解决复杂性的问题。”

一、制造业复杂性带来的挑战
    随着全球经济竞争的日益加剧,制造企业面临减少产品开发成本和缩短产品开发周期的压力。当前越来越多产品是集机械、电子、液压、控制等多个学科领域子系统于一体的复杂系统,其创新开发从单领域到多领域,从单一应用软件工具到多种软件工具的综合应用,所涉及的团队成员、开发知识、数据资源更加广泛,开发过程的综合与协同更加复杂。
    这也意味着,复杂产品的开发对企业传统组织模式提出了新的挑战,包括各种软件工具的综合应用、产品数据的集成共享,产品知识的统一管理、业务流程的统一监控、研发资源的统一调度、多学科团队的协同优化等。

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制造业需要拥抱复杂性作为竞争优势

戴姆勒研发CIO Seigmar Hassis曾指出:“当前80%以上的产品创新和差异化来自于电子电气和软件层面。”以汽车为例,随着汽车越来越智能互联,从自动雨刮器到门锁,再到照明、空调、动力总成、信息娱乐系统甚至各种安全系统,都由电子系统来控制。汽车中的CPU也从个位数增长至近百个。

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戴姆勒搭建机电软一体化协同设计平台 

 因此,汽车设计要求将机械、电气和电子组件进行整合,同时软件使用率也前所未有的加大。这就相应地要求将所有与机械、电气和软件相关的信息整合到一个综合平台中,以便开展包括供货商在内的整个价值链的协同。
    从2012年开始,戴姆勒将其20多个研发中心及其最为重要的供货商整合到西门子这个单一的产品开发平台上,基于这一整合,戴姆勒从初期概念设计、到设计仿真以及设计验证等环节展开全面的数字化协同。
    在Tony Hemmelgarn看来,面对制造业不断加剧的全球激烈竞争以及日益沉重的成本与上市周期压力,节能减排、产品创新和提升效率已迫在眉睫。制造业应对复杂性归根结底要回归到基本,即保证速度、机动性、效率、质量和安全。西门子数字工业软件的战略定位,就是帮助企业积极拥抱复杂性、应对复杂性,借助数字化手段帮助客户利用其产品固有的复杂性作为竞争优势。 
二、西门子帮助制造业应对复杂性
    在这个过程中,西门子总结了利用复杂性作为竞争优势的几大关键——Comprehensive Digital Twin、Personalized Adaptable、Flexible Open ecosystem等。
Comprehensive Digital Twin
     Digital Twin的重要性毋庸赘述。对于西门子而言,它的目标是将Digital Twin应用到更加广泛的工业场景和流程中,贯穿从产品研发到工厂车间的生产控制。Tony Hemmelgarn结合案例逐一阐述了Digital Twin在不同阶段的应用价值。

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基于西门子Digital Twin的虚拟调试

 在西门子的数字孪体应用模型中,产品数字孪生(Digital Twin Product)、生产数字孪生(Digital Twin Production)和性能数字孪生(Digital Twin Performance)形成了一个完整的解决方案体系,并把西门子现有的产品及系统包揽其中:
    产品Digital Twin在产品的概念和设计阶段创建Digital Twin后,使得工程师可以根据相应的要求仿真和验证产品属性:例如评估产品是否稳定,是否直观易用?汽车车身是否提供尽可能低的空气阻力?电子设备是否可靠?无论是涉及机械、电子、软件还是系统性能,Digital Twin都可以用于提前测试和优化。
    其次是生产Digital Twin。它涉及从工厂的机器、设备、传感器等整个生产环境的各个方面。通过在虚拟环境中仿真和调试,在实际操作开始之前,就可以识别错误和防止故障。
    同时,性能Digital Twin不断地从产品或生产线获得运行数据。这样可以持续监控来自机器的状态数据和制造系统的能耗数据等信息。这使得可以执行预测性维护维修,以防止停机并优化能耗。
    LionElectric是一家重型汽车制造商,为学校、公共交通等场景设计制造各种电动公共汽车。在开发电池和车辆的热管理系统、以及预测影响车辆安全设计因素过程中,LionElectric遇到了诸多挑战。借助西门子Simcenter,LionElectric利用系统仿真优化电池设计和热管理,构建了基于电池热管理的数字孪生,加快了上市时间,并可以利用节省的时间进一步优化和改进其系统。

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LionElectric构建电池热管理的数字孪生

自HP推出Multi Jet Fusion 3D打印机以来,HP将西门子NX集成到多喷射熔融3D打印机中,共同推动增材制造技术的产业化。现在,客户将能够在单个软件环境中开发和管理HP 3D打印项目的零件。

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西门子助力HP打印机应对复杂性

 除此之外,借助西门子Star-CCM+仿真技术,HP打印机还提升了打印机喷头的冷却效率,将打印喷头冷却机的流速提升22%,打印速度提高了大约15%,产品研发速度提升75%,部件成本降低了34%。
Personalized Adaptable
     在数字化转型过程中,任何一个企业都希望能通过个性化、适应性强的软件解决方案来实现。西门子的云解决方案和Mendix赋予了它们这样的能力。

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西门子可提供个性化和高适应性解决方案 

首先,西门子的云策略可以根据客户的需求量身定制,提供本地部署、混合云以及公有云等多种灵活性的服务。Mendix则通过灵活、适应性强的快速APP开发技术,通过个性化应用加速企业创新。
    除此之外,西门子也在积极拥抱人工智能技术。譬如在NX CAD中集成了机器学习功能,可以针对不同用户实现自适应界面,这些功能帮助设计人员和开发人员更有效地使用软件并提高工作效率。
    今年5月,西门子在德国之外的首个人工智能实验落户北京,西门子正在发挥全球800多名人工智能专家的丰富行业知识和经验,针对行业迫切需求,与客户共同开发人工智能应用解决方案。这也是西门子在亚太地区建立的首个致力于培育创意构思和推进方案实施的工业人工智能中心。
    在Tony Hemmelgarn看来,凭借不断累积的洞察力,西门子可以根据用户需求预测和调整产品,最终满足快速变化的用户偏好。
Flexible Open ecosystem
    西门子在工业软件领域构建了三个维度的生态系统:
    首先,基于Parasolid内核用户已经超过400万。Parasolid是全球领先的3D 实体建模组件软件,除了是Siemens PLM三维产品的基础,也是目前绝大多数三维CAD产品的核心。其次,基于西门子轻量化三维数据格式的JT成员已经超过130个,这其中包含GM、微软、空客、Adobe、GE、宝洁等各个行业的领军企业。第三,基于西门子工业软件生态有超过9万名开发者。

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西门子在软件领域的伙伴生态

除此之外,西门子还在诸多领域与伙伴建立战略合作关系,共建灵活开放的生态。
   诸如与IBM合作扩大资产管理的支持,实现设备OEE的管理,监控设备的性能、提升物流环节效率等;与Bentley合作打造智能工厂的数字孪生,双方合作推出的PlantSight为工厂内跨数据源的数字组件打造全面的数字环境,从而帮助工厂运营方能够获取高度可信的高质量信息。

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西门子与Bentley打造的智能工厂数字孪生

在云技术领域,西门子与AWS、微软Azure、阿里云达成战略合作伙伴关系。从2015年将Teamcenter部署到AWS上至今,西门子的一系列工业软件都可以通过AWS交付给客户;西门子与微软Azure的合作也是全方位的;在中国市场,西门子则基于阿里云平台将MindSphere提供给广大的客户。
    以色列仪表、阀门和接头配件制造商Ham-Let集团,正在AWS上使用西门子Mindsphere服务。将阀门连接到MindSphere上,允许Ham-Let为其产品实施设备管理、分析和可视化。基于MindSphere构建的IIoT系统,Ham-Let可以查询到每个阀门的参数和历史数据。如今,Ham-Let阀门可以感知各种环境条件,如温度、压力、振动、湿度、声学等。结合机器学习、边缘计算等技术,连接到工业物联网的阀门可以为客户提供准确、经济的测量和监控功能。
    在位于墨西哥蒙特雷的西门子断路器和开关工厂,2017年底将MindSphere托管在AWS上,帮助蒙特雷工厂快速部署了工业物联网应用。从调研需求到投入生产,MindSphere和AWS团队在2个月时间内完成了在云端部署物联网解决方案。
Generative Engineering
    Generative Engineering(创成式工程)这一概念是西门子为实现下一代产品工程所提出的。Generative Engineering支持需要跨领域协作和优化(例如机械、电子/电气、嵌入式软件和控制)的复杂系统的创新设计、开发和制造。

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以仿真和AI驱动的Generative Engineering

 Tony Hemmelgarn指出,虽然工业领域已经有Generative Design(创成式设计),但其更多是将3D设计、仿真、拓扑优化、增材制造等新技术集中在子系统和组件级别。Generative Engineering(创成式工程)则将其扩展到产品的系统级,以更整体的视角来确定最佳的设计备选方案,在产品设计、系统和架构等各个维度进行管理,然后在闭环中迭代。
    马自达利用西门子基于模型的Generative Engineering实现电子电气设计的创新。基于Mentor的Capital设计套件,马自达建立了一个始终一致且相互连接的开发环境,实现跨多个学科领域(包括电气和机械领域)的数据集成,实现统一的车辆设计协作。
    随着汽车工业向电气化动力系统和自动驾驶系统发展,开发安全高效的电气设计已成为一项关键任务。这些设计通常基于全新的架构,并且变得非常复杂,需要高级软件工具来支持开发工作。在马自达,西门子Generative Engineering帮助其汽车设计团队管理整个汽车平台的设计复杂性和变化,最大限度地减少错误和降低成本。
MBE(Model-based Enterprise
    西门子完整的MBE解决方案,以系统工程思想为指导,贯穿从产品需求开始、经过产品设计、产品制造直至产品服务的全生命周期管理过程,在各个阶段,各种信息能够被准确地定义到以MBD模型为核心的数据中,并始终保持上游的技术数据能够被下游直接重用,一直拓展到生产现场或服务现场。
    总部位于芬兰的Polar Electro,是一家生产运动训练和心率监测设备的公司。通过应用Teamcenter、NX和Mentor等软件,西门子为Polar Electro创建了一个集机械设计、电子设计和管理平台的协作环境,为构建基于模型的企业奠定了基础。Polar Electro首席战略官Marco Suvilaakso在演讲中分享称,Polar Electro从2002年开始就与Teamcenter建立了合作,过去这些年,西门子帮助Polar简化了工程和制造过程,打造出一系列高品质健身追踪器、跑步心率监测器、铁人三项和交叉训练运动手表等明星产品。

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西门子为Polar Electro创建一体化设计和管理环境 

传统模式中,清洗工业零件是一个昂贵而低效的过程。零件要么用非常大的机器分批清洗,但往往清洗得不均匀;要么在传送带上清洗,但会消耗大量的能源。WashTech则创造了一种类似洗衣机的一体式清洗设备集成在生产线中,可以更高效地清洗零件、节约用水和能源。

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西门子帮助WashTech打造工业“洗衣机” 

借助西门子SolidEdge和FloEFD,WashTech设计制造了非常小巧的机器,甚至可以集成在车床和磨床之间。WashTech一体式清洗机是模块化的,允许客户配置自己的系统。这台机器有一个可自动或手动加载的转盘、一个减少水蒸发的空气冷凝器、延长浴槽使用寿命的油分离器和一个随着时间保持表面活性剂浓度的洗涤剂加药系统。
三、西门子推动IT/OT战略融合
   在西门子官方的解读中,MindSphere是一个基于云的开放式物联网操作系统,它可将产品、工厂、系统和机器设备连接在一起,通过高级分析功能来驾驭物联网产生的海量数据。基于上述功能,MindSphere的最终目标是将真实物体连接到数字化环境中,并提供功能强大的工业应用,以及数字化服务。
   尽管西门子是以自动化技术起家的公司,但随着近些年积极拥抱IT,西门子正在不遗余力地致力于IT/OT融合,并使其成为推动企业数字化转型的重要抓手。在这一进程中,MindSphere是一个桥梁,承载着西门子OT与IT战略融合的重要使命。
    西门子云解决方案高级副总裁兼MindSphere CEO Stephen Michael Bashada接受e-works采访时明确指出,MindSphere在西门子的定位是扮演IT与OT战略融合的角色。
    在西门子为客户构建的物联网价值体系中,西门子现行技术堆栈最基础的部分是包括PLC、MCU、传感器、执行器、边缘设备等硬件,它们是物联网中“物”;以此为基础通过高性能、低延迟、即插即用和低成本的网络技术进行连接;MindSphere则承担着将“物”接入工业云服务的作用,它是操作系统平台;在MindSphere平台之上,是西门子面向产品全生命周期管理(PLM)提供的端到端工业软件套件;通过各类软件工具、应用程序,帮助企业创造价值打造最佳实践。

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西门子基于MindSphere APP Centers正在构建强大的生态

 西门子正在专注于一个全面的“IT+OT”领域。一方面,西门子技术堆栈将各项技术进行了整合,另一方面,随着西门子物联网生态系统的不断壮大,西门子可以为企业提供越来越完整的工业物联网服务,助力客户数字化转型。
    目前,MindSphere生态系统包含遍布全球的350多个合作伙伴,这其中还有50家大型系统集成商。通过与合作伙伴的共同努力,MindSphere已经开发了200多个应用程序,并正在服务包括大众汽车、科尼起重机等在内的大型客户。在大众汽车,其正在利用西门子MindSphere和自动化平台,将122家工厂的机械、生产系统和设备进行联网,从而使大众汽车更高效地利用生产数据,提高生产效率与灵活性,进一步提升产品质量。

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大众汽车在122个工厂部署西门子MindSphere

值得一提的是,MindSphere于今年4月正式部署在阿里云上并开始运营,目前已有数家中国客户开始基于MindSphere开发自己的应用程序和产品。此外,Bashada特别强调,针对中国客户一些独特的需求,MindSphere不仅仅提供云服务,同时也提供本地化相关服务。
   在长城葡萄酒烟台工厂,面临着保持高品质标准、管理葡萄园和优化复杂精细的工艺流程等挑战。从葡萄园到用户的酒杯,西门子Opcenter(前身为SIMATIC IT)提升了长城葡萄酒酿酒链的每一个环节,成功将MES技术融入到传统酿酒工艺中。基于西门子MES系统构建了“葡萄酒全产业链信息化系统”管理平台,实现了整个生产过程的标准化管理。

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长城葡萄酒构建“葡萄酒全产业链信息化系统”管理平台

  随着应用的深入,长城葡萄酒产生的数据越来越多,如何利用现有的多维数据控制流程、以及如何与现有数据源集成?成为长城葡萄酒新的挑战。借助西门子MindSphere工业物联网系统、以及Mendix赋予的快速APP开发功能,结合之前Opcenter所部署的MOM制造运营管理系统,帮助长城葡萄酒构建了5C能力——collect(收集)、comprehend(理解)、coordinated(协调)、contextualize(情景化)、control(控制)。通过5C产生的智能数据有利于长城葡萄酒更好地进行决策,包括管理运营KPI、基于角色的仪表板和分析等;除此之外,智能数据可以最大化利用资源,譬如进行有效调度、实现数据可追溯和ERP互操作性等;更重要的是智能数据可以确保预测透明度,包括针对质量、物流和可操作性分析进行预测等。
四、支撑工业物联网应用
    
在谈及MindSphere的特点和优势时Bashada认为:首先,MindSphere具有超强的连接性,针对不同的协议、不同的应用、不同的设备都可以实现连接;其次,借助Mendix的快速APP开发特性,除了专业开发人员之外,包括业务开发人员、工程师和工厂运营人员都可以基于MindSphere进行物联网应用开发;第三,依托于“MindSphere World”的全球化生态系统可以持续推动MindSphere的技术发展、研究和教学;第四,基于西门子工业软件的精细化数字孪生为MindSphere提供了技术支撑,同时西门子还在布局机器学习、深度学习、人工智能等技术领域。
    在这个过程中,去年刚刚并入西门子的Mendix将发挥巨大的价值。
    据西门子Mindsphere COO Ralf Wagner介绍,西门子正在会把旗下所有的工业软件基于Mindsphere平台进行云化,作为工业APP推出。这需要借助Mendix的快速开发APP能力。
    Mendix是一款快速APP开发平台,通过可视化的软件功能组件的装配,通过模型化的驱动自动生成运行代码,特别适合于云环境的APP开发,包括组装基于云的各种API及数据模型、UI、BPM流程模型、消息流模型、数据处理算法模型等。

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快速APP开发平台Mendix的特色与优势

 在今年的分析师会议中,一个重头戏是西门子推出新的产品组合——集软件、服务和应用程序开发平台于一体的Xcelerator。作为西门子全新的产品品牌,Xcelerator涵盖了产品生命周期管理(PLM)、电子设计自动化(EDA)、应用程序生命周期管理(ALM)、制造运营管理(MOM)、嵌入式软件和物联网(IoT)等一系列应用程序和解决方案。
    “借助Mendix,你不必是专业的软件开发人员就可以编写应用程序,甚至可以成为一个接近解决问题的领域专家,” Tony Hemmelgarn说,Xcelerator允许任何用户(甚至那些没有开发技能的用户)快速构建应用程序并与现有数据和系统(包括ERP和其他类型的软件系统)集成。它使得前面提到那些技术领域的参与者(包括开发人员和工程师)可以轻松构建、集成和扩展其现有数据和系统来推动企业数字化转型。
   应该说,Mendix将与Mindsphere一起支撑起西门子的工业物联网平台使命。在这个过程中,Mendix起到了催化剂的作用,将更广泛的用户对象纳入到IT/OT融合的进程中,这对于西门子的意义无疑是深远的。
    在会议主旨演讲最后环节,西门子战略和市场高级副总裁Brenda Discher将公司更名、Xcelerator以及Mendix总结为本次会议的三大亮点,也进一步佐证了Mendix在西门子工业软件战略中正在扮演重要角色。
五、西门子数字工业软件全新出发
    目前,西门子业务主要分为三个方向:运营公司,战略公司和服务公司。

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西门子集团的三大业务领域 

2018年8月,西门子宣布调整公司架构,取消先前的业务集团(Division)层级。调整后西门子“运营公司”的组织架构:“天然气与发电”、“智能基础设施”和“数字化工业”。该次调整中,数字化工业成为了西门子全新战略的重中之重,也成为其业绩增长的生力军。
    而在数字工业板块中,又分为五大业务方向:软件、工厂自动化、运动控制、过程自动化和客户服务。此次分析师大会则主要从“软件”维度来展望西门子的技术和战略发展方向。
    在分析师会议上,Tony Hemmelgarn宣布公司正式更名为西门子数字工业软件(Siemens Digital Industries Software)。目前西门子数字工业软件公司有超过22000名员工,在全球36个国家有250个办公地点,服务的客户超过17万。
    西门子数字工业软件的主要业务领域包含PLM(Product Lifecycle Management)、EDA(Electronic Design Automation)、MOM(Manufacturing Operations Management)、PAS(Performance Analytics Software)、Rapid Application Development tools and Services 。

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西门子数字工业软件目前的产品组合

具体到产品线,则对应为:Xcelerator与Mendix、MindSphere、Mentor、PLM等产品组合。值得一提的是,在西门子最新的官方网站信息中,Xcelerator与其他几大产品组合已经处于并列的位置。
 后记:
    在为期三天的会议中,令人印象最为深刻的案例来自越南初创车企Vinfast。作为越南房地产集团Vingroup旗下的汽车业务部门,Vinfast几乎是从零开始造车,21个月建厂完成,将汽车设计周期缩短到12个月,2019年6月首批车辆正式下线,均体现了越南希望建立现代制造业、领先于东南亚的愿望。而这背后,既有越南政府和企业家的鼎力扶持,也离不开包括西门子在内的各个领域合作伙伴的支持。Vinfast首席设计师Dave Lyon接受e-works采访时说,“得益于西门子工业软件技术,帮助Vinfast实现了下一代汽车和交通工具的设计与生产计划。”
    Vinfast汽车在短短两年里量产下线,是东南亚制造业快速崛起的一个缩影,同时也给了中国制造业发展一定的启示。一方面,我们应该意识到,借助先进的IT/OT技术,东南亚国家的制造业正在加速追赶我们的步伐;另一方面,我们应该继续保持理性,既不要妄自菲薄,更不能妄自尊大,敦本务实地推进中国制造业稳健发展。
    在今年的分析师会议期间,西门子展示了大量的应用案例和实践,将它们贯穿在西门子的产品路线和技术逻辑之中,形成一幅数字工业软件的全景图。西门子花了十二年时间、上百亿欧元来绘制这幅图,也取得了阶段性的回报——如今的西门子已跻身全球十大软件公司之列,也是业界拥有最广泛工业软件和服务组合的公司。
    某种意义上,西门子是全球唯一真正提供全面IT/OT融合解决方案的公司,而其他IT或OT公司则需要通过合作的方式构建IT/OT融合生态。
    当然西门子未来的挑战仍然存在。正如此次分析师会议的主题——Where Today meets Tomorrow(当现在遇见未来),西门子如何真正消解工程和运营领域之间的界限?如何将新品牌新战略更好的落地?以及如何成功地推动企业的数字化转型?还有待时间的检验,让我们拭目以待!

责任编辑:王阳
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