數(shù)字化工廠建設(shè)的探索實踐

目前，AI人工智能對企業(yè)滲透率是4%，2025年將達到80%以上。這是一條可怕的數(shù)據(jù)，就像不會用智能手機將淪為邊緣人一樣，紡織服裝等傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型勢在必行。制造業(yè)將進入到全新的數(shù)字化時代，需要構(gòu)建新型智能工廠、數(shù)字化工廠與智能車間以助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能制造升級，將新一代信息技術(shù)貫穿到設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、物流等各個環(huán)節(jié)。

“他山之石，可以攻玉”，創(chuàng)嘉平臺以恒大新能源汽車智慧工廠構(gòu)建與運營的實踐為例，對數(shù)字化信息技術(shù)與傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新融合應(yīng)用實例展開研究，分析了構(gòu)建數(shù)字化工廠的目的、數(shù)字化工廠總體設(shè)計、數(shù)字化工廠建設(shè)路徑要素，以期為服裝等企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路提供參考。
  

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數(shù)字化工廠模型的設(shè)計與應(yīng)用

規(guī)劃以智慧園區(qū)為基礎(chǔ)，以IT技術(shù)和OT技術(shù)為支撐，以前瞻技術(shù)為引導(dǎo)，通過構(gòu)建支撐應(yīng)用場景的IOT架構(gòu)。

圖1 數(shù)字化工廠規(guī)劃導(dǎo)圖

廣州工廠投入了大量的自動化設(shè)備和信息化應(yīng)用系統(tǒng)，包含工廠級MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng)，質(zhì)量管理系統(tǒng)，SAP系統(tǒng)，供應(yīng)商管理系統(tǒng)，WMS系統(tǒng)，AGV智能調(diào)度系統(tǒng)，可視化監(jiān)控系統(tǒng)等。以往各個系統(tǒng)因為基礎(chǔ)軟件的不同，相互之間都是孤島，數(shù)據(jù)需經(jīng)過離線人為格式轉(zhuǎn)換從系統(tǒng)導(dǎo)入另外一個系統(tǒng)。因此，針對不同工業(yè)基礎(chǔ)軟件的面向業(yè)務(wù)需求的接口二次開發(fā)至關(guān)重要。通過MES結(jié)合智能識別RFID系統(tǒng)，從制造的角度、從生產(chǎn)計劃與生產(chǎn)過點動態(tài)角度把所有不同模塊從業(yè)務(wù)的角度串聯(lián)起來。

圖2 數(shù)字化工廠規(guī)劃結(jié)構(gòu)圖

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數(shù)字化工廠實施案例

2.1產(chǎn)品數(shù)字化
為了加快新產(chǎn)品開發(fā)的步伐，通過建立高效的PLM協(xié)同集成平臺，實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計CATIA和研發(fā)設(shè)計管理軟件PDM的系統(tǒng)集成，建立企業(yè)級中央集成BOM系統(tǒng)，對EBOM、MBOM、SBOM進行統(tǒng)一管理。

2.1.1機電軟一體化復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)
基于PDM系統(tǒng)的全球數(shù)字化協(xié)同研發(fā)平臺、結(jié)合CAD、CAE等數(shù)字化技術(shù)、利用CA PDS的研發(fā)數(shù)據(jù)管控及高性能計算系統(tǒng)，有效支撐了分布于全球多地的造型與總布置能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能開發(fā)能力、仿真分析能力、樣車制作與工藝能力及試驗驗證與評價等能力。

1、產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化
通過CAD與PLM系統(tǒng)集成，設(shè)計人員可以將本機CAD設(shè)計圖樣等數(shù)據(jù)直接上傳至PLM系統(tǒng)并與其產(chǎn)品物料相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)物料的電子化簽審和產(chǎn)品參數(shù)化集中管理，有效管控了零部件的重用、借用，依托于產(chǎn)品的架構(gòu)實現(xiàn)EBOM的快速搭建。

圖3 產(chǎn)品設(shè)計模塊

2、數(shù)字樣車（DMU）可視化
基于整車CAD BOM配置，對整車的物理集成進行虛擬評審，實現(xiàn)測量、斷面檢查、3D批注、靜態(tài)間隙檢查動態(tài)干涉檢查，以及可視化報告；定義靜態(tài)檢查標(biāo)準，按照整車艙室劃分，考慮不同車型、同動力總成、不同配置等因素進行定義；定義整車虛擬評審框架，虛擬評審流程；建立遠程協(xié)同評審機制及流程。

圖4 數(shù)字化樣車

3、產(chǎn)品配置管理
構(gòu)建全新的滿足定制化需求的車型配置選裝管理模式；基于中央制造BOM集中管控，實現(xiàn)面向多基地生產(chǎn)的制造管理模式；打通上下游（工程、制造、售后）協(xié)調(diào)一致的的變更實施管控機制；基于售后工程介入工程方案評估的同步工程設(shè)計模式。

圖5 產(chǎn)品配置管理

4、問題管理系統(tǒng)開發(fā)
實現(xiàn)以管理虛擬問題為主的設(shè)計問題管理，包含問題定義、根本原因、臨時措施制定、永久措施制定、效果驗證、問題關(guān)閉等環(huán)節(jié)的管理；可根據(jù)問題發(fā)生的階段、問題發(fā)生的領(lǐng)域進行問題分類管理；支持分析圖表及報告生成、下載、發(fā)布功能。

2.1.2仿真建模及數(shù)字化交付

采用西門子最先進的“數(shù)字雙胞胎”智能制造系統(tǒng)。真實工廠與虛擬工廠同步運行，真實工廠生產(chǎn)時的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會通過虛擬工廠反映出來，虛擬與現(xiàn)實結(jié)合，并利用三維可視化技術(shù)將生產(chǎn)場景真實展現(xiàn)出來，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時驅(qū)動三維場景中的設(shè)備[7,8]，使其狀態(tài)與真實生產(chǎn)場景一致，從而更充分了解整個生產(chǎn)場景中各設(shè)備的運行狀況，達到監(jiān)測、分析的目的；通過大數(shù)據(jù)與分析平臺，將云端中匯集的海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、分析、挖掘，幫助工廠制定更明智的決策，快速提高生產(chǎn)效率、降低成本和實現(xiàn)質(zhì)量目標(biāo)[9]。主要功能介紹如下：

1、智能廠房設(shè)計
整個廠房的工作分區(qū)（沖壓、車身、涂裝、總裝、檢驗、物流、倉儲等）應(yīng)根據(jù)工業(yè)工程的原理進行分析，引入BIM（建筑信息模型），通過三維設(shè)計軟件進行建筑設(shè)計，可以使用數(shù)字化制造仿真軟件對設(shè)備布局、產(chǎn)線布置、車間物流進行仿真，尤其是水、電、氣、網(wǎng)絡(luò)、通信等管線的設(shè)計。

同時，智能廠房規(guī)劃智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能采光與照明系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、智能火警系統(tǒng)等。采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過人臉識別技術(shù)及圖像處理技術(shù)，過濾視頻中無用或干擾信息、自動識別不同物體和人員，分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其它動作。

2、虛擬仿真
通過詳細的仿真分析驗證，在計劃節(jié)點內(nèi)驗證方案可行性、設(shè)備數(shù)量及用地面積等信息，有效地將成本控制在預(yù)算范圍內(nèi)，從而約束線體供應(yīng)商不合理的預(yù)算追加；同時在前期進行生產(chǎn)能力仿真驗證，有效控制實際生產(chǎn)的CT、JPH、設(shè)備開動率及產(chǎn)能匹配；通過數(shù)字化分析和搭建，可以保障設(shè)備安裝進度、縮短在線調(diào)試時間。


3、數(shù)字化工廠搭建
通過數(shù)字化平臺將制造數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，提供一個制造數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用環(huán)境，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)工廠場景建模，構(gòu)建虛擬工廠。在數(shù)字模型的信息化，虛擬與現(xiàn)實高度一致的基礎(chǔ)上，進行硬件接口開發(fā)和軟件功能開發(fā)，建立虛擬與現(xiàn)實的數(shù)據(jù)通訊與互聯(lián)，搭建虛實融合的數(shù)據(jù)采集、分析、優(yōu)化平臺，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的工藝優(yōu)化和智能生產(chǎn)指導(dǎo)。

圖8 數(shù)字化工廠搭建

2.1.3工藝一體化平臺
基于3D的數(shù)字化工藝規(guī)劃、仿真和優(yōu)化平臺來幫助恒大新能源汽車建立高效的、高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝規(guī)劃水平，通過工藝一體化平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)向制造的同步，工裝和工藝派生數(shù)據(jù)的在線設(shè)計，以及工裝與產(chǎn)品數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)設(shè)計。建立以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方式整合在一起的產(chǎn)品、工藝、工廠、制造信息，實現(xiàn)制造、過程數(shù)據(jù)信息化和精細化管理。以產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在數(shù)字化環(huán)境內(nèi)，進行工藝布局、工藝設(shè)計、工藝仿真驗證。提高工藝文件編制效率，實現(xiàn)工藝經(jīng)驗積累、有效重用，最終實現(xiàn)設(shè)計面向制造[10]。

1、工藝數(shù)據(jù)中臺的工藝管理
通過三維設(shè)計數(shù)據(jù)的同步更新，進行工藝數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理；以產(chǎn)品、工藝、工廠、制造信息整合的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方式進行BOP發(fā)放管理?；诮y(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)協(xié)同管理平臺，進行標(biāo)準作業(yè)流程的固化，并形成標(biāo)準作業(yè)指導(dǎo)，為精益制造、敏捷生產(chǎn)提供有利的基礎(chǔ)保證。

2、工藝管理平臺的工藝組織
通過工藝一體化平臺，構(gòu)建統(tǒng)一工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，形成工藝信息模版，實現(xiàn)工藝經(jīng)驗積累、有效重用。建設(shè)與PLM系統(tǒng)高度集成的三維數(shù)字化協(xié)同工藝設(shè)計與管理系統(tǒng)，工藝編輯按照樹狀結(jié)構(gòu)化方式進行組織管理，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品族的擴展和組織，進而搭建與制造工藝數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，形成多品種的工藝數(shù)據(jù)拓展和組織管理。將三維工藝模型、工藝文檔等數(shù)據(jù)直接與對應(yīng)的工序/工步相關(guān)聯(lián)，所有工藝數(shù)據(jù)均按照PBOM層級關(guān)系進行組織和展示。工藝輸出同時支持二維/三維、視頻動畫等多種工藝表達形式[11]。

圖9 工藝一體化平臺

3、工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
結(jié)合集團的業(yè)務(wù)特點和國內(nèi)外經(jīng)驗，梳理出工藝知識庫，包括標(biāo)準工藝庫、制造資源庫等，將知識積累固化并集成到工藝一體化平臺，供后續(xù)項目工藝規(guī)劃和分析參考使用[12]。

4、工藝數(shù)據(jù)中臺與PDM的集成
基于工時PDM系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)，結(jié)合以上核心需求，構(gòu)建基于PLM的三維數(shù)字化協(xié)同工藝系統(tǒng)。主要構(gòu)建模塊包括：三維結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計與管理、工藝檢驗一體化管理、多專業(yè)工藝協(xié)同設(shè)計管理、現(xiàn)場工藝執(zhí)行與更改管理、工藝資源與工藝知識管理等[11]。

5、工藝無紙化
一般生產(chǎn)過程中工件配有圖紙、工藝卡、生產(chǎn)過程記錄卡、更改單等紙質(zhì)文件作為生產(chǎn)依據(jù)。恒大在智能工廠規(guī)劃中普及信息化終端到每個工位，結(jié)合輕量化三維模型和MES系統(tǒng)，車輛抵達工位時，可以根據(jù)具體車輛配置信息在該工位顯示屏終端顯示對應(yīng)該車型配置的電子工藝卡片，操作工可直接通過工位顯示屏查看工藝卡片，而不需要自己去查找并切換；操作工人將可在終端接受工作指令，接受圖紙、工藝、更單等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以靈活地適應(yīng)生產(chǎn)計劃變更、圖紙變更和工藝變更。也可以利用智能手機作為終端，完成生產(chǎn)信息查詢等工作。

2.2生產(chǎn)數(shù)字化
恒大汽車廣州工廠聯(lián)合世界一流的西門子智能制造信息系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通；匯聚德國舒勒、庫卡、杜爾，日本發(fā)那科等全球頂級汽車工藝裝備；實現(xiàn)技術(shù)頂級，品質(zhì)一流，成本最優(yōu)，打造中國汽車工業(yè)“新智造”。

2.2.1全自動化沖壓

沖壓車間采用世界最先進德國舒勒伺服高速沖壓線，打造智能互聯(lián)全自動化工廠

1、先進智能工藝設(shè)備

圖10 先進工藝設(shè)備

1）德國舒勒智能全伺服高速沖壓線
伺服直驅(qū)的德國舒勒沖壓線，高速、柔性、靜音、節(jié)能。生產(chǎn)速度最快可達16SPM，可實現(xiàn)180s快速換模；頂級伺服直驅(qū)技術(shù)可實現(xiàn)壓力曲線編程控制，最優(yōu)成型性，智能MMS系統(tǒng)可全面監(jiān)控壓力、溫度、速度、震動等，大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自診斷預(yù)防維護和最優(yōu)化生產(chǎn)；靜音78分貝行業(yè)最優(yōu)；能源回收共享系統(tǒng)節(jié)能30%。

2）國內(nèi)首創(chuàng)線首板料AGV自動上線
國內(nèi)首家板料自動AGV上料系統(tǒng)，實現(xiàn)板料自動上線，突破線首單體運行的行業(yè)現(xiàn)狀，實現(xiàn)智能互聯(lián)：設(shè)備各組件自帶智能硬件配置，通過傳感和感應(yīng)，互聯(lián)互通。擁有智能調(diào)度系統(tǒng)，可實現(xiàn)生產(chǎn)計劃智能承接，自動識別前后工序狀態(tài)并做出運行決策，實現(xiàn)智能高效安全的板料上線。

圖11 線首板料AGV自動上線

2、國內(nèi)領(lǐng)先全零件自動裝框系統(tǒng)
1）線尾自動裝框采用機器人取代傳統(tǒng)人工裝框方式，實現(xiàn)全零件自動裝框，零件裝框后通過AGV小車自動輸送入庫；

2）國內(nèi)首家將線尾各種復(fù)雜人工作業(yè)，實現(xiàn)自動化、無人化的下料區(qū)，解決了沖壓行業(yè)線尾痛點。通過高精度的零件特征視覺識別技術(shù)，結(jié)合機器人自動糾偏和工位切換技術(shù)，創(chuàng)造性地實現(xiàn)各種造型零件的全自動裝箱；

3）結(jié)合生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，生產(chǎn)調(diào)度智能驅(qū)動，各組件無縫匹配，數(shù)據(jù)無感傳遞自動互聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)字智慧助力工業(yè)生產(chǎn)。

圖12 機器人視覺引導(dǎo)抓取

3、工藝數(shù)字化開發(fā)
采用Autoform 軟件，實現(xiàn)零件成型全工序分析，識別零件剛度、滑移線、沖擊線、回彈等問題，并針對性的提出解決方案，確保零件質(zhì)量滿足要求，減少后期模具調(diào)試周期。

圖13 零件成型模擬

4、模具數(shù)字化開發(fā)
1）模具廢料滑落模擬
通過 ADAMS 軟件，模擬模具廢料滑落狀態(tài)，提前識別堵廢料風(fēng)險并針對性優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，降低后期生產(chǎn)過程卡廢料風(fēng)險。

2）生產(chǎn)線虛擬調(diào)試
通過使用PLS 、DIGSIM軟件進行虛擬仿真調(diào)試，實現(xiàn)沖壓線、端拾器、模具最優(yōu)匹配，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化自動化曲線，縮短調(diào)試周期，提高生產(chǎn)節(jié)拍。

圖14 產(chǎn)線虛擬調(diào)試

5、沖壓智能化MMS系統(tǒng)
通過傳感器進行數(shù)據(jù)的收集、存儲、分析和處理，設(shè)備自我監(jiān)控、自我診斷，提前識別設(shè)備異常問題并準確進行維護保養(yǎng)，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

圖15 智能沖壓系統(tǒng)

2.2.2車身黑燈工廠

車身車間自動化率達到100%，各生產(chǎn)線上的智能機器人協(xié)同工作，不但能輕松完成白車身的焊接、定型等工序，還可實現(xiàn)24小時全自動作業(yè)，是名副其實的高端智能“黑燈工廠”。KA生產(chǎn)線，采用六車型柔性生產(chǎn)線技術(shù)，隨機切換生產(chǎn)。共611臺機器人，244個NC定位機構(gòu)，148臺AGV，全力打造滿足多種車型、多種工藝、鋼鋁混合的自動化、柔性化、生態(tài)化、數(shù)字化、智能化生產(chǎn)車間。

圖16 車身全自動車間

通過數(shù)字化建模、仿真、VC調(diào)試、影像線體監(jiān)控，實現(xiàn)全工藝開發(fā)流程3D可視化管理。

1）工藝規(guī)劃：使用數(shù)字化手段實現(xiàn)工藝流程、BOM、工藝文件、焊點分配、資源調(diào)配等的工藝信息管理，可提高效率50%；

圖17 總裝工藝規(guī)劃

2）工藝仿真：在設(shè)計階段，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的仿真，減少現(xiàn)場調(diào)試問題80%，縮短項目工期1個月，降低項目成本5%。

圖18 總裝工藝仿真

3）虛擬調(diào)試：在設(shè)備安裝前，對機械及電氣系統(tǒng)進行仿真評估，縮短現(xiàn)場自動化調(diào)試時間超過1個月，減低工時成本20%。

4）虛擬影像：車身主線外總拼工位使用虛擬影像系統(tǒng)進行監(jiān)控維護，在二層參觀通道中布局VR體驗和數(shù)字化雙胞胎展示。用戶可不進現(xiàn)場，就能夠清晰的掌握線體內(nèi)的生產(chǎn)情況，身臨其境的沉浸式體驗自動化線體的車身制造過程，也可以嘗試對機器人進行示教，體驗自動化的樂趣。

圖19 總裝虛擬調(diào)試

2.2.3總裝智慧云工廠
總裝車間采用世界頂級德國杜爾裝配生產(chǎn)線，集成ABB自動化及西門子全球首創(chuàng)底盤自動合裝虛實匹配技術(shù)，融合西門子全球智能MES系統(tǒng)，實現(xiàn)高度的“智慧”工廠（HEAD-Factory）。

融合工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等前沿技術(shù)，實現(xiàn)車間及工序間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，300多套智能擰緊工具及全流程電檢診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)關(guān)鍵信息追溯及大數(shù)據(jù)管理；

運用數(shù)字雙胞胎技術(shù)助力產(chǎn)品全生命周期價值鏈整合，并通過西門子數(shù)字化仿真軟件進行虛擬仿真，建立虛擬與現(xiàn)實映射的工廠環(huán)境。實現(xiàn)從設(shè)計、工藝、生產(chǎn)一體化，生產(chǎn)、質(zhì)量和管理的縱向集成。

2.2.4智能匹配
總裝是所有尺寸偏差最終累積的集合點，新工廠新產(chǎn)品導(dǎo)入時尺寸配合有超出機器識別范圍的風(fēng)險，易導(dǎo)致高停線率，為此南沙工廠總裝車間投入機器人75臺，規(guī)劃整體自動化率達到20%以上，處于行業(yè)領(lǐng)先水平，并對自動裝配涉及的尺寸實測數(shù)據(jù)進行虛擬匹配，可預(yù)知和處理尺寸匹配風(fēng)險，提高設(shè)備開動率，并對不良數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)變化趨勢，找到根因，提前對策鎖定（設(shè)計問題、車身工藝、總裝托盤、裝配因素…..）。

廣州工廠首先以底盤全自動合裝為項目試點，開發(fā)了一套數(shù)據(jù)互聯(lián)互通應(yīng)用方案。車身車間布置在線藍光檢測設(shè)備，測量每臺車的尺寸數(shù)據(jù)；總裝在前后橋區(qū)域布置在線測量工作站，測量每臺前后橋總成的安裝孔位尺寸；托盤緩存區(qū)布置藍光檢測設(shè)備，測量托盤定位銷尺寸數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼標(biāo)識后，通過MES系統(tǒng)上傳至智能匹配系統(tǒng)中，與質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)上傳來的來料數(shù)據(jù)一起，通過匹配算法，虛擬計算自動合裝尺寸匹配狀態(tài)，將結(jié)果輸出至工位上，提前應(yīng)對解決。

圖20 底盤合裝智能匹配方案

底盤合裝智能匹配主要從虛實結(jié)合-數(shù)字化雙胞胎技術(shù)、數(shù)據(jù)互聯(lián)-智能匹配應(yīng)用、大數(shù)據(jù)應(yīng)用-預(yù)測分析三個角度來闡述：

1、虛實結(jié)合-數(shù)字化雙胞胎
底盤全自動合裝以工業(yè)4.0為標(biāo)準，引入德國西門子頂尖技術(shù)，采用25臺ABB機器人配合完成。同時整合了數(shù)字化雙胞胎虛實結(jié)合技術(shù)：

1）項目規(guī)劃及調(diào)試階段，在虛擬世界搭建3D模型完成PLC程序虛擬調(diào)試，提前模擬驗證合裝過程、節(jié)拍瓶頸、干涉、人員安全等相關(guān)內(nèi)容，縮短設(shè)備導(dǎo)入及調(diào)試時間；

2）在生產(chǎn)過程中，通過3D仿真動畫與產(chǎn)線PLC實時通信，實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬世界同步對接，虛實結(jié)合，實現(xiàn)合裝工藝過程監(jiān)控，保證生產(chǎn)平穩(wěn)運行；

3）新車型導(dǎo)入時先在虛擬世界驗證，再進行實車導(dǎo)入，縮短停機改造時間及導(dǎo)入周期，形成工藝優(yōu)化的閉環(huán)。

圖21 數(shù)字化雙胞胎虛實結(jié)合

2、數(shù)據(jù)互聯(lián)-智能匹配
采用數(shù)據(jù)互聯(lián)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)實時監(jiān)控合裝過程質(zhì)量，保證自動合裝的一次通過率。從車身及總裝車間在線測量設(shè)備采集的數(shù)據(jù)中抓取與合裝相關(guān)的尺寸數(shù)據(jù)，上傳至工廠云端數(shù)據(jù)中心，根據(jù)匹配策略利用統(tǒng)計學(xué)相關(guān)算法，建立虛擬匹配模型，在實車進入合裝工位作前提前識別合車風(fēng)險，并將分析結(jié)果反饋至各車間工位上，提前應(yīng)對解決，保證自動合裝高質(zhì)量通過。

3、大數(shù)據(jù)應(yīng)用-預(yù)測分析
在云端數(shù)據(jù)中心將各車間的數(shù)據(jù)進行收集、處理、分析，根據(jù)質(zhì)量變化趨勢預(yù)測工藝及工裝夾具的調(diào)整周期，保證自動化設(shè)備無故障常態(tài)運行。

2.2.5智能物流
1、智能物流設(shè)備
智能物流設(shè)備具有極高的先進性。單機設(shè)備自動化程度高，使用業(yè)內(nèi)高性能高可靠的國際知名品牌，智能設(shè)備作業(yè)流暢，同時可實現(xiàn)無感高效的智能化設(shè)備交互，系統(tǒng)操縱簡潔智能，可實現(xiàn)虛實現(xiàn)實數(shù)據(jù)互通，助力數(shù)字化工廠，基于性能卓越的單機設(shè)備，智能匹配使用場景，最大化發(fā)揮設(shè)備效能，打造不凡的先進物流智造。

2、先進物流系統(tǒng)
恒大汽車生產(chǎn)物流系統(tǒng)由PTMS、SRM、EWM、MES系統(tǒng)構(gòu)成，基于智能化、網(wǎng)聯(lián)化、數(shù)字化的生產(chǎn)目標(biāo)，打造基于工業(yè)4.0標(biāo)準下智能駕駛艙管理系統(tǒng)，實現(xiàn)零部件從供應(yīng)商端到運輸、入廠及上線的全流程管理PTMS與SRM系統(tǒng)實現(xiàn)了訂單與運輸精細化管理，EWM系統(tǒng)有效支持物流倉儲管理業(yè)務(wù)，集成系統(tǒng)的智能交互，為無人化、柔性化生產(chǎn)提供了強有力的網(wǎng)聯(lián)調(diào)度支持。

圖22 物流倉儲管理系統(tǒng)

3、沖焊物流先進性
焊裝車間物流體系搭建基于“智慧物流、綠色物流、敏捷物流”的戰(zhàn)略[13]，在生產(chǎn)物流構(gòu)建中導(dǎo)入目前國際上一線智能化設(shè)備供應(yīng)商研發(fā)生產(chǎn)的AGV智能小車，運用RCS（AGV智能調(diào)度系統(tǒng)）與MES(生產(chǎn)管理系統(tǒng))、EWM（倉儲管理系統(tǒng)）互聯(lián)，實現(xiàn)自動化物料分揀和搬運上線，并結(jié)合線體視覺取件機械手達到配送-上件全流程無人化，大大降低了物流成本并減少了人員波動對生產(chǎn)帶來負面影響。

依靠視覺感知機械手和高精度器具，在重載激光導(dǎo)航AGV的支持下，沖壓車間成品物流自線尾開始，從下線裝箱/搬運到入庫實現(xiàn)全流程的物流無人化；通過RFID電子標(biāo)簽的引入，在生產(chǎn)中的任一環(huán)節(jié)可對每框零件進行詳細追溯，實現(xiàn)對自制件的全生產(chǎn)過程管理。

圖23 沖焊物流系統(tǒng)（RCS系統(tǒng)監(jiān)控界面）

4、總裝物流先進性
1）智能物流AGV
總裝車間大件共采用38臺潛入式AGV，實現(xiàn)全流程智能配線。

傳統(tǒng)模式：使用作業(yè)人員駕駛廠內(nèi)牽引車，從庫區(qū)配送到線體投料點，人工將每一托物料逐一從牽引車脫鉤后，推到滿箱物料緩存工位，再將空箱逐一掛接至牽引車上，返回庫區(qū)的循環(huán)作業(yè)流程。

智能模式：此項目為汽車行業(yè)首創(chuàng)大批量導(dǎo)入的二維碼導(dǎo)航AGV，基于AI智能算法，具有集群調(diào)度分配任務(wù)、自主規(guī)劃路徑、高度智能避障，實現(xiàn)從庫區(qū)準備物料到線體工位料箱空滿置換，最終返回庫區(qū)全流程閉環(huán)無人化作業(yè)，解決了汽車行業(yè)車間物料配送的最后100米，真正意義上解決了行業(yè)的痛點和難點。

圖24 零部件智能物流

5、智能立體庫
總裝車間采用了一套智能立體庫，打造顛覆傳統(tǒng)的小件拆垛、入庫、存儲、揀選、出庫、上線全自動的智能解決方案，行業(yè)首創(chuàng)實現(xiàn)總裝車間小件從收貨到上線的全程的無人化。項目投入了兩臺工業(yè)機器人，一臺進行拆垛，一臺進行入庫、出庫作業(yè)。其中拆垛機器人配合可以自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自決策的3D視覺技術(shù)進行快速拆垛，拆一箱的平均時間僅為14S，3D視覺技術(shù)的應(yīng)用以及拆垛夾具的柔性化設(shè)計降低了對周轉(zhuǎn)箱及碼垛的要求，目前可以實現(xiàn)5種不同尺寸型號的周轉(zhuǎn)箱任意碼垛方式的拆垛；另一臺機器人在智能立體庫內(nèi)部，在系統(tǒng)的控制下進行入庫及出庫操作，可滿足每小時120箱的流量要求。

6、智能分揀機器人
傳統(tǒng)的SPS和排序人工揀選部分確一直以來都是汽車制造物流的智能化瓶頸，要實現(xiàn)物流配送和揀選全流程無人化就須對分揀部分進行研究，對物流SPS機器人分揀進行案例實施，整合物流智能搬運，視覺的有序/無序識別，智能升降設(shè)備，自動空滿交換技術(shù)，實現(xiàn)了無人化的作業(yè)。

圖25 物流智能分揀系統(tǒng)

1）通過MES系統(tǒng)與分揀機器人控制PLC交互，實現(xiàn)生產(chǎn)信息自動下發(fā)至分揀機器人，指導(dǎo)機器人按照生產(chǎn)信息作業(yè)；

2）通過2D/3D視覺設(shè)備對分揀零件進行數(shù)據(jù)建模，PLC控制機器人抓取零件時，視覺設(shè)備對零件拍照識別，指導(dǎo)抓手調(diào)整方位合理的抓取零件和將零件放置在SPS小車上[14]；

3）為了解決滿箱零件分揀完成后空箱回收問題，采用將傳統(tǒng)的SPS流利貨架進行改造增加氣缸和光電傳感器，通過視覺系統(tǒng)識別和計數(shù)分辨零件箱中零件是否抓取完，以此指導(dǎo)控制氣缸上下擺動，通過零件箱自身重力實現(xiàn)空滿交換作業(yè)，同時光電傳感器識別零件箱的到位情況，確保作業(yè)的可靠性。

圖26 智能分揀協(xié)助

2.2.6工廠實時監(jiān)控

恒大汽車廣州工廠引入SIEMENS智能制造標(biāo)桿方案，開發(fā)具有恒大特色的生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)，采取SCADA集中數(shù)據(jù)采集方式，打通上下游系統(tǒng)，實現(xiàn)四大生產(chǎn)車間、質(zhì)量、物流、工藝數(shù)據(jù)的一體化控制和管理，實現(xiàn)了訂單至交付全流程數(shù)據(jù)實時互通，滿足客戶查詢訂單的實時位置的需求。

MES系統(tǒng)追溯模塊實現(xiàn)了將精益生產(chǎn)粒度下沉到分總成件，通過上下位系統(tǒng)的信息互通和分總成件單件標(biāo)識化管理，提升了車輛生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)細化管理的程度，為車輛全過程信息追溯和分析提供了數(shù)據(jù)支持。分總成工藝數(shù)據(jù)的采集，也為下游智能裝配的精準化定位提供數(shù)據(jù)支撐。

MES系統(tǒng)可支持從工廠整體到工位級別的生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控。

1、MES提供生產(chǎn)狀態(tài)整體監(jiān)控
通過MES系統(tǒng)可實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)提高生產(chǎn)能力，解決了當(dāng)前管理層關(guān)注的問題，能通過MES系統(tǒng)可了解當(dāng)前訂單執(zhí)行情況、運行情況并得到實時管理報表。系統(tǒng)集成了現(xiàn)場生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)計劃進度、車間生產(chǎn)實時隊列，生產(chǎn)質(zhì)量數(shù)據(jù)等，方便生產(chǎn)管理人員實時掌握車間現(xiàn)場情況，作出生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整，提高生產(chǎn)效率。MES系統(tǒng)實現(xiàn)了生產(chǎn)過程透明化，MES系統(tǒng)監(jiān)控畫面通過軟件客戶端發(fā)送至CCR集中監(jiān)控室，信息從決策層、管理層，操作層同步傳遞，為后續(xù)生產(chǎn)及生產(chǎn)管人員提供決策支持。

圖27 生產(chǎn)狀態(tài)整體監(jiān)控

2、車間級監(jiān)控
MES系統(tǒng)通過運用RFID和線體上的編碼器結(jié)合實現(xiàn)整車的實時跟蹤定位，將車輛定位信息傳送到車間線體的ANDON顯示屏上，可以及時了解車間的在制品情況，并通過分析原因不斷減少在制品實現(xiàn)精益生產(chǎn)，能有效的制定出合理的總裝生產(chǎn)計劃以及各分裝線、焊裝、涂裝的對應(yīng)節(jié)拍和解決焊裝車型生產(chǎn)批次以及涂裝顏色生產(chǎn)批次的問題[15]。能實現(xiàn)了解車間停線情況，提高了維修可達性。如現(xiàn)場異常需要跨車間處理，現(xiàn)場觸發(fā)異常Andon，系統(tǒng)會自動推送請求信息到對應(yīng)部門的Andon大屏。

3、線體級監(jiān)控：
實時自動顯示生產(chǎn)區(qū)域的生產(chǎn)信息、呼叫信息、JPH信息、停線時間日期等內(nèi)容[16]。操作班組長可以通過通知、虛擬畫面等不同方式根據(jù)不同的顆粒度獲得生產(chǎn)、設(shè)備、工藝、產(chǎn)品的實時狀態(tài)。

圖28 線體級生產(chǎn)監(jiān)控

4、工位級監(jiān)控：
現(xiàn)場工位安裝軟Andon屏呼叫取代傳統(tǒng)物理按鈕呼叫方式，減少硬件投入及后期維護成本。呼叫信息更精準，方便現(xiàn)場快捷及時的發(fā)送異常信息及請求信息到對應(yīng)負責(zé)人，提高現(xiàn)場問題解決效率，如現(xiàn)場異常需要跨車間處理，系統(tǒng)會自動推送請求信息到對應(yīng)部門的負責(zé)人。

圖29 工位級生產(chǎn)監(jiān)控

2.3運維數(shù)字化

2.3.1生產(chǎn)運行監(jiān)控
傳統(tǒng)焊點質(zhì)量檢測方法是通過人工破解、超聲波檢測、渦流在線檢測等手段來控制焊點質(zhì)量。以上方法都是抽檢，不能達到100%檢測，且焊接參數(shù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)沒有實時的互通，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后去追溯，缺乏時效性。

焊點質(zhì)量智能預(yù)測系統(tǒng)將焊接參數(shù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)緊密關(guān)聯(lián)，形成焊接質(zhì)量數(shù)據(jù)模型，能夠通過監(jiān)控參數(shù)的變化，更好地控制焊點質(zhì)量并及時的進行預(yù)警，遏制不良品的產(chǎn)生。打造數(shù)據(jù)采集、上傳云端、大數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)測的智能化流程，同時建立了一車一檔的焊接質(zhì)量記錄，利于后期問題的追溯。

該系統(tǒng)通過智能儀表測量采集溫度、振動、電流、電壓、水流量等參數(shù)，并將參數(shù)上傳至系統(tǒng)，與焊點質(zhì)量測量數(shù)據(jù)一起進行分析、訓(xùn)練，最終得到焊接參數(shù)與質(zhì)量數(shù)據(jù)的相關(guān)性，建立焊接質(zhì)量智能預(yù)測數(shù)據(jù)模型。積累焊接參數(shù)和焊接質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)，與質(zhì)量問題庫一起作為企業(yè)的知識庫沉淀下來。后續(xù)新車型根據(jù)車身位置、材料、板厚等信息可以快速的在系統(tǒng)庫中找到準確的參數(shù)，從而節(jié)約新車型焊接參數(shù)調(diào)試時間。

圖30 焊點質(zhì)量智能預(yù)測

2.3.2智能運維
設(shè)備自動化率越來越高，設(shè)備復(fù)雜程度越來越高，對設(shè)備管理要求越來越高，PHM屬于智能制造一部分，通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析處理，提高設(shè)備管理效率。
充分利用沖車涂總已有設(shè)備自帶的監(jiān)測傳感器，通過設(shè)定的閾值形成簡單的預(yù)警曲線，代替人工點檢節(jié)省人工工時，從而避免設(shè)備出現(xiàn)大故障引起的長時間停機所帶來的經(jīng)濟損失，同時還能延長設(shè)備的使用壽命從而降低備品備件的需求。

圖31 智能運維結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)通過采集底層傳感器的數(shù)據(jù)，或通過其它協(xié)議方式接入設(shè)備的運行、狀態(tài)等多種類型的數(shù)據(jù)，對關(guān)鍵設(shè)備的振動、溫度及關(guān)鍵參數(shù)進行展示和分析。監(jiān)控室人員或狀態(tài)監(jiān)測中心工程師利用網(wǎng)頁瀏覽器即可滿足對關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、遠程監(jiān)視及分析的要求。同時，也可利用移動端微信小程序方式獲取狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)支持服務(wù)報告和診斷報告的管理功能，可以對月度運行報告和診斷分析報告進行上傳管理，在線查看，下載等操作，方便用戶對報告的管理。

2.3.3可視化培訓(xùn)和遠程維修支持
1、VR培訓(xùn)系統(tǒng)
VR培訓(xùn)系統(tǒng)通過頭戴沉浸式VR設(shè)備，為總裝生產(chǎn)培訓(xùn)提供與現(xiàn)實產(chǎn)線無異的虛擬培訓(xùn)環(huán)境，模擬產(chǎn)線各工位動態(tài)組裝過程，在此過程中，實現(xiàn)對產(chǎn)線、產(chǎn)品、裝配工藝乃至上下游工作流的整體認知，應(yīng)用逐步引導(dǎo)式的培訓(xùn)方式，使學(xué)員能夠快速掌握操作工序及工藝要點。

VR培訓(xùn)系統(tǒng)，針對車輛總裝產(chǎn)線的人工操作培訓(xùn)及保障維修培訓(xùn)，在理論學(xué)習(xí)與實操訓(xùn)練之間，構(gòu)建三維虛擬的裝配與養(yǎng)護環(huán)境，使受訓(xùn)人員在沉浸式的感官體驗中認知、學(xué)習(xí)、鍛煉及考核。

培訓(xùn)系統(tǒng)支持2人以上的多人協(xié)同操作培訓(xùn)，技術(shù)人員分別在VR環(huán)境內(nèi)，進行汽車產(chǎn)線裝配練習(xí)以及虛擬培訓(xùn)，同時可支持以觀看人員身份進入觀看。

圖32 VR視覺培訓(xùn)系統(tǒng)示意圖

應(yīng)用VR技術(shù)手段，用戶可通過環(huán)繞觀覽、透明剖切、規(guī)格標(biāo)注、講解說明等形式，完成對設(shè)備結(jié)構(gòu)、產(chǎn)線功能、關(guān)鍵性能參數(shù)及各工位任務(wù)、工作流程、關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)的認知學(xué)習(xí)。

2、AR遠程設(shè)備運維系統(tǒng)
更便捷、準確地指導(dǎo)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程，為操作工人提供更加直觀的工藝指導(dǎo)，而不再只是復(fù)雜、枯燥的作業(yè)指導(dǎo)書和圖紙。通過采用AR技術(shù)，即使是能力一般、經(jīng)驗不足的使用者，也可以準確地完成各種各樣的現(xiàn)場維護作業(yè)[17]。通過智能眼鏡使用者可以看到高亮顯示的零件，計算機會提示使用者按照何種順序如何安裝，大大提升生產(chǎn)效率并減少安全隱患。

通過AR遠程運維系統(tǒng)和預(yù)留對4S維修現(xiàn)場的支持接口，各車間工程師可得到設(shè)備原廠專家遠程實時的AR多媒體維修指導(dǎo)和設(shè)備程序遠程控制，讓各車間工程師得到最及時的技術(shù)支持。

  3  

展望

當(dāng)前，恒大新能源汽車通過大量使用全球最頂尖技術(shù)，融合工業(yè)4.0、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)在數(shù)字化智能工廠建設(shè)上頗具規(guī)模，取得的成績無疑是令人矚目的。與此同時，恒大汽車始終保持著對前沿技術(shù)的不斷探索與精進精神，對5G及區(qū)塊鏈創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用研究也在緊鑼密鼓的開展中。

恒大在國家政策的引導(dǎo)下深耕新能源汽車制造領(lǐng)域，致力于構(gòu)建世界級的“智慧工廠”，與中國制造一同在世界崛起，譜寫新華章。