整车工厂数字化能力建设路径探讨

以下文章来源于智造汽车 ，作者胡昌华

导读

汽车整车厂一般包含冲压、焊装、涂装、动力总成、总装五部工艺部分，在汽车行业制造技术整体向数字化、智能化转型的大潮中，如何立于不败之地呢？本文与广大网友们一起做些深入探讨，以期起到抛砖引玉的作用。

文章来源

本文作者：「智造汽车」胡昌华，东风汽车集团有限公司技术中心架构开发中心总师，东风公汽车司一级专家。本文经授权发布。

汽车制造企业的智能制造可以分为自动化、信息化、数字化、智能化四个阶段，在前期的文章“汽车制造智能化发展趋势分析”中做过阐述，而数字化能力建设已经在各汽车公司年度规划项目之中。要想成功，需要适应趋势，顺势而为，对于个人是如此，对企业也同样适用。

经过之前多年的积累，汽车整车厂的自动化水平、信息化建设水平都站在一个新的高度上，整车厂都已应用了ERP、MES、SCADA、CAPP、PLM等系统，在冲压、焊接、涂装、总装、动力总成的一些主要工序实现了自动化生产或正在策划实施中，工业机器人及协作机器人的应用数量也越来越多，取代了许多繁重的工作，如宝马新大东工厂焊接车间装备了856台机器人，自动化率高达95%以上；一汽大众奥迪佛山工厂焊接车间配备了805台机器人，自动检测设备18套；东风日产花都工厂涂装车间自动化率达到了84%，采用自动换色高效静电喷枪，可以在一条生产线上喷涂出30种颜色的车身，按照设定程序在15秒内实现自动换色；上汽大众的MBE工厂焊接车间机器人数量为946台，自动化率为84%。

虽然总装的自动化率相对来说较低，但近年来总装自动化工作站也越来越多的落地实施了，改变了总装专业的生态。在这样的状况下整车厂如何更进一步提升数字化能力建设，实现高品质、低成本、短交期、个性化定制为终极目标的智能制造呢？下面以总装专业为例，从提升自动化智能工作站的应用深度和广度、搭建车间智能制造业务数字化管理平台、构建全流程数字化工艺设计平台三个路径予以分析。

01

继续提升自动化智能工作站的

应用广度和深度

自动化智能工作站是实现智能制造的重要手段之一，在“汽车智能制造技术之智能装备”一文中做过介绍。总装作为操作工人最多的专业，人员压力会越来越大，机器取代人的呼声会越来越高，因此需要在总装线上实现自动化技术、信息化技术、工业互联网技术、人工智能技术相结合，开发更多更好的智能化装备，推动汽车装配智能化向前发展。

总装的智能工作站主要为自动化装配、拧紧、搬运、检测四个方面，下列全自动化的智能装配站已经在新建的总装线上得到了实际应用，实现了车型识别、取料、装配、检测、预警等全工序自动化：

?前/后风挡玻璃智能装配站（含玻璃底涂及涂胶自动化工序）

?轮胎总成智能装配站（含备胎的随行自动投入）

?全景天幕智能装配站（含底涂及涂胶自动化工序）

?全景天窗智能装配站

?底盘动力电池与车身自动化合装智能工作站

?车门密封条自动化装配智能站

?仪表板总成自动化合装智能工作站

?座椅随行投放智能工作站（含后排座椅）

?蓄电池随行投放智能工作站

?顶棚自动化装配智能工作站

?车门总成自动化合装智能工作站

?底盘动力电池智能拧紧工作站

?后桥螺栓自动化拧紧智能工作站

?整车间隙面差自动化检测智能工作站

?底盘状态自动化检查智能工作站

?……等等

在智能工作站的广度应用上，下一步的重点在智能搬运、智能检测、智能拧紧、智能装配四个方向上开发更加精细化的应用案例，大幅度地提升总装的自动化水平。

在智能工作站的深度应用上，将与车间的数字化系统进行深度融合，建立智能工作站数字化模型，形成数字软孪生工作站，缩短新产品的柔性化调试及切换准备周期、更好的监控工作站的状态、提升工作站的精确性和准确性，提升其数据获取及分析处理能力。

02

搭建车间级智能制造

业务数字化管理平台

自动化的硬件和数字化的软件深度融合是向智能制造迈进的必由之路，搭建各大专业车间级的智能制造业务数字化管理平台，并与工厂级级或公司级的智能制造数字化管理中心互联互通，对促进智能制造的实施及深入发展有着重要的意义。以总装为例，总装智能制造业务数字化管理平台作为总装中央控制系统的各类信息管理、数据分发、数据采集、3D数模管理、大数据趋势分析、预警、决策、反馈、展示的平台，该平台管理以下数字化信息模块：

1.全流程整车及分总成自动识别及跟踪模块

?在各线车身滑撬、车身载具、大滑板、分总成托盘上均安装高频RFID电子信息标签，通过AVI整车跟踪系统可以自动识别车型及传递装配信息。

?自动识别车型

?自动生成和传递实时生产队列

?自动比对防错

?自动获取及传递车型信息

?自动定位车辆位置

?…….

2.关键/重要项拧紧数据联网管理模块

总装线上的关键/重要拧紧项基本上都是采用伺服拧紧机拧紧，既可采用力矩法拧紧，角度监控，也可以采角度法拧紧，监控其力矩范围，需要将所有拧紧点的拧紧数据按照车型分类进行联网管理，传输拧紧参数、采集、传输、存储数据，进行拧紧数据的趋势分析，预防批量拧紧事故的发生。

?对于不在智能拧紧工作站拧紧的A/B类螺栓，在相应的工位采用伺服机拧紧，并在工位设有作业指导屏，指导工人操作；

?所有的A/B力矩都能得到有效监控和追溯管理等，防止有拧紧缺陷的车辆流出车间，全面提升整车螺栓连接质量水平。

3.一车一档的数字化整车装车质量精整管理模块

?建立整车装车过程质量及精整管理数字化系统，将装车质量问题记录纸质文档变成数字化的电子文档，操作者通过手机或平板电脑在系统内记录装车质量问题；

?在线质检发现的问题，操作者在系统内记录，在线返工合格后，班长在系统内确认;

?返修工在系统内接车返修精整或通过系统派单

?精整后的车辆，需要质检人员在系统内确认合格后才能放行。

?精整管理系统自动提供相关统计报表，帮助管理者制定前十大返工项目整改措施等,全面提升过程质量管理数字化水平.

4.零件装配指示模块

通过智能化的指示系统，提升预防错漏装的数字化水平。

?在集配区，实现零件拣选的灯光指示防错、无纸化拣选；

? 在生产线上，通过智能货架实现易错零件的装配指示

?通过智能工具台架，实现对多车型使用的设备工装、工具的灯光指示，防止加错液体、预防用错工装、工具等。

5.质量门管理及大数据分析模块

在每条装配线及检测线末端安装智能质量门，与AVI 系统相联，准确识别每一台车，读取在线的每一车的装车过程中记录的每一个质量问题:

如拧紧、加注、错漏装、电检、功能检测等方面的问题或缺陷，只要该通过质量的车辆未在线返工合格，则在相应的质量门亮红灯，全部合格则亮绿灯，并与返工精整管理系统、合格证打印系统相联。可通过质量门系统统计个班的装配缺陷及返工合格率，制订改善措施等。

大数据分析管理模块管理着生产线采取的所有制造过程数据，并将数据进行分类、清洗、建模等，提供需要的各类分析报表，根据积累的数据，开展大数据建模分析，为提升生产效率和降低成本、保证产品质量一致性提供解决问题的思路。如

?OEE数据分析报表；

?力矩数据分析报表；

?加注数据分析报表；

?检测线数据分析报表

?电检数据分析报表

?返工数据分析报表

?资源消耗分析报表

等等。

6.设备监控管理模块

该模块对生产过程中的主要生产设备进行实时状态监控，采取设备的运行数据，为制订预检修计划提供支撑，为设备故障分析提供基础数据，帮助现场维修人员及时找到设备故障问题，达到快速解决的目的，同时能查询故障历史记录，并通过图形显示、数据查询、数据报表、数据曲线等形式呈现给生产管理者。对设备的运行状态和寿命进行监控与预测，从而实现设备的预测性维修维护。

?通过系统读取各设备的PLC数据，对数据进行分析，对设备状态做出趋势分析及故障预测，结合易损件寿命，合理制定检修计划；

?建立设备维修知识库，提供检修技术指导等，减少异常停机和备品备件的储备，提升设备利用率，最终提升产能。；

?设备故障统计分析、预防重大设备停线等。

7.总装车间能源管理模块

在工艺设计时优先采用节能电机、LED节能灯、分布式电源控制、设备减重设计、空调系统节能设计、返工精整管理等措施。该模块实时采集及监控工厂能源信息，在显示屏上能显示即时能耗和平均能耗等；

动态统计、分析能源使用情况，根据各线或区域的能耗状态分析，合理制订降耗措施，该系统可与CCR系统互联。

8.高级排程管理模块

模拟生产线功能，通过扫码设备采集车身VIN号，生成车辆队列顺序，并发生给需要的信息系统及设备；

零部件扫码功能，PDA手持扫码设备，完成生产线对应零部件的扫码功能；

装配提示功能，装配提示单、电子装配指示等。

9.总装关键工艺设备管理模块

加注设备联网管理，生产车辆队列自动下发、加注参数自动调取、加注结果自动上传、系统判断结果、校核防错、结果保存；

电检设备联网管理：实现电检数据下发，电检数据查询、防错功能，在线电子加载车载ECU软件管理，电子钥匙密码管理、车载软件故障检测及清除、三电系统检测、整车及总成的电检数据统计分析、电气故障统计分析管理等。

整车检测线联网管理：实现检测数据的收集管理、预警分析、数据查询、免检单数据上传等功能。如制动力、前束值、辅助驾驶、液体管路系统密封检测和水密封检测的数据等，分析预测整车性能参数的变化趋势，提前采取工艺措施，预防批量故障。

其它设备联网管理：胎压设备联网数据、燃油密封测试仪联网数据管理等。

10.总装制造成本管理模块

该系统可以开展工量检具的消耗、标定、报废管理；易耗品品管理；废损管理；费用管理；材辅料管理等，实现制造成本管理数字化。

11.生产资源管理模块：

该模块用于对车间使用的工具、工装、检具的3D数模管理、标定管理、有效期管理、报废管理等，及时提醒各类管理工具/工装/检具的状态及送检；易耗品管理、废损管理、材辅料管理等，实现制造资源管理数字化。

?工具管理；

?工装管理；

?辅材管理；

?设备备件管理；

12.车间人员管理模块

人员基本情况、状态、岗位适配、关/重岗位操作证、岗位培训情况，员工3D画像管理等。

13.安灯管理分析模块

通过ANDON系统管理生产线的各种异常停线、停线时间统计、停线原因分析、异常呼叫等，进行生产信息汇总、故障分析、OEE指标分析及提升等。

14.总装自动化装配智能工作站监控管理模块

总装的自动化装配智能工作站越来越多，对智能工作站进行系统化管理也越来越重要，该系统可以管理数据的分发、采集、分析，可以监控智能工作站的状态。

03

建立总装全流程

3D数字化工艺设计平台

产品开发部门已经使用了3D数字化设计及仿真验证系统，提升了产开发设计的质量及效率，制造工艺部门也需要从2D工艺设计系统向3D工艺设计系统升级，建设总装全流程3D数字化工艺设计平台，形成体系化的3D数字化工艺设计系统，涵盖从新产品同步工程分析–工艺方案设计–数字化工厂装车验证–产品试制– 生产线小批量生产–正式投产全过程的数字化工艺设计工作，使工艺仿真分析真正融入工艺规划及设计过程中，提升工艺设计的质量和水平，减少实物装车验证的数量，缩短新产品的工艺调试周期。同时，工程师们通过该数字化设计平台，能够随时复用体系内的工艺知识和团体智慧，代替完全靠个人的知识工作模式，也可实现工艺设计无纸化管理，提升工艺设计效率和管理水平。

通过建设总装的数字化工厂，形成总装线数字模型及包含线边设备、工装、工具的3D数模，建成工艺资源库、再发问题防止库、技术经验库、工艺技术参数、标准工序库、质量知识库、工艺标准知识库、设备维修知识库、车型结构及电气线路知识库等；整合核心工艺数据，实现数据驱动业务，同时让工艺知识库数学化、模型化，并与产品及制造工序相联，工程师们在总装数字化工厂系统内开展新车型同步工程设计、工艺仿真分析、虚拟装车分析、工艺要望校核、新车型工艺文件设计等工作，更全面、更深度的应用各类仿真工具，实现虚拟的数字化系统对物理工厂制造系统的全面指导，打造高竞争力的模拟验证生产系统。并在工作中不断丰富工艺知识库，推动业务螺旋式迭代上升。

采用数字孪生技术推进自动化设备虚拟化调试、工艺参数的算法优化、机器人轨迹优化、升降机的节拍优化、底盘合装仿真分析等。使用数字化工具替代传统工具、传统的模式开展工艺设计和产线方案规划、新产品产线通过性分析，设备改造方案论证、变化预测分析等，推进智能制造的生产方式不断深入发展。

通过3D数字化工艺设计平台，实现全工序装配仿真、整车通过性仿真、装配机器人轨迹仿真、困难作业仿真、辅助装配机械手装配动作仿真、人机工程仿真、工艺流程仿真、物流路线仿真、装配工时平衡仿真分析等；通过工艺仿真把问题发现在工艺设计阶段、解决在工艺设计阶段，并在设计阶段解决工艺规划合理性验证问题。

该平台能提升工艺文件管水平，实现工艺文件编写一次，多个文件共享信息、保证工艺文件一致性、人员变动文件交接不出错。工艺变更履历清晰可查，产品变更后的工艺设计提醒，防止工艺变更滞后或遗漏。各基地工艺人员在同一系统内设计，知识互相借用，工艺模板通用。

总之，整车厂各专业的数字化能力建设是检验其制造能力的一个重要方面，也是产品制造能力竞争优势所在，加强和重视数字化能力建设是顺应技术发展趋势的大事。本文所提出的三条数字化能力建设的基本建设路径可作为开展这方面工作的参考建议，每家汽车公司、每个专业都有其特殊性，不可一概而论，希望广大的智友们都能找到正确的方向，乘势而起。

来源：数字化企业