WMEM|長城汽車5A級智慧工廠與高端智能裝備的“融合”
2019-5-24 來源：轉(zhuǎn)載 作者：-
當(dāng)前，各大整車廠及零部件企業(yè)普遍應(yīng)用的自動化生產(chǎn)線、自動化物流系統(tǒng)，機(jī)器人、機(jī)械手等關(guān)鍵設(shè)備，絕大部分依托國外。提高自動化裝備行業(yè)的技術(shù)成熟度和競爭力，是實現(xiàn)工業(yè)強(qiáng)國的必由之路。
長城汽車通過實施智能裝備自主研發(fā)與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)高端智能裝備、柔性化工藝技術(shù)、無人化智能物流管理等核心技術(shù)的攻關(guān)與突破。該項目為我國汽車行業(yè)建立智能工廠奠定了良好基礎(chǔ)，項目智能化水平達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先，對加速我國汽車產(chǎn)業(yè)實行智能制造戰(zhàn)略具有積極作用。
5A級智慧工廠+智能裝備的有機(jī)融合
1.追求完美、匠心獨(dú)具的設(shè)計理念
智能裝備及其控制系統(tǒng)主要是在傳感器、PLC、機(jī)器人、機(jī)床、檢測設(shè)備、物流設(shè)備等方面的自主研發(fā)、集成。如通過自主研發(fā)智能裝備，實現(xiàn)噴漆室循環(huán)風(fēng)回用、車型自動識別技術(shù)、旋杯自動清洗技術(shù)、T型滑臺技術(shù)、膠條自動粘接技術(shù)、風(fēng)擋玻璃自動粘接的應(yīng)用。突破柔性工藝裝備技術(shù)難關(guān)，實現(xiàn)機(jī)器人在線檢測、底盤與車身自動合裝、車輛信息跟蹤等技術(shù)，進(jìn)而促進(jìn)整車生產(chǎn)過程高度柔性化，實現(xiàn)多車型、多品類車型的柔性生產(chǎn)。
本項目結(jié)合“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，實現(xiàn)制造工廠與科技的融合創(chuàng)新，打造適合本領(lǐng)域的智能化高端制造工廠，建設(shè)跨部門、跨地域、全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同工作研發(fā)平臺。以MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、LES（物流執(zhí)行系統(tǒng)）、WMS（供應(yīng)商門戶）、SRM（供應(yīng)商關(guān)系管理）為四大支柱，實現(xiàn)整車與零部件的研發(fā)數(shù)據(jù)交互，增強(qiáng)研發(fā)過程管理和協(xié)同；通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的建設(shè)，提升了設(shè)計過程數(shù)據(jù)的管理能力，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期20%，實現(xiàn)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化；通過實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與BOM管理系統(tǒng)、設(shè)計工具之間的集成，打通研發(fā)類系統(tǒng)的信息孤島；高度融合的信息系統(tǒng)和IT基礎(chǔ)架構(gòu)，實現(xiàn)以生產(chǎn)管理中心為樞紐。
以智能供應(yīng)鏈、智能監(jiān)控、智能一卡通、智能裝備為依托，打造“一個中心，四根支柱”的創(chuàng)新模式，實現(xiàn)“5A級（5A指：控制自動化CA、能源自動化EA、過程自動化PA、安全自動化SA、信息自動化IA）”智慧工廠架構(gòu)；構(gòu)建整車與零部件工廠的計劃協(xié)同平臺，實現(xiàn)運(yùn)營成本降低20%、生產(chǎn)效率提高20%以上。對30多項高端智能裝備核心技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，開創(chuàng)空中輸送及地面物流地緊密結(jié)合，實現(xiàn)輸送系統(tǒng)精準(zhǔn)化，國內(nèi)首創(chuàng)零部件與整車同廠的生產(chǎn)新模式。
2.高效率、智能化生產(chǎn)方式實施方案
產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)主要分為研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)和服務(wù)三個環(huán)節(jié)。產(chǎn)品在生產(chǎn)環(huán)節(jié)完成生產(chǎn)進(jìn)入到服務(wù)環(huán)節(jié)，服務(wù)環(huán)節(jié)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的功能主要有實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成和服務(wù)有關(guān)的決策，指導(dǎo)診斷和維護(hù)工作，新的服務(wù)記錄將被采集到數(shù)據(jù)系統(tǒng)。為企業(yè)實現(xiàn)智能制造提供計算資源，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，能夠提供可視化的應(yīng)用界面。
通過智能裝備與信息化相結(jié)合，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，同時利用信息化技術(shù)，對公司的整體設(shè)計、制造鏈條進(jìn)行智能化、可視化、精細(xì)化管理，從而將設(shè)計與制造體系有機(jī)貫通起來，解決人員、工時、環(huán)保、材料的大量浪費(fèi)問題。
當(dāng)代信息技術(shù)系統(tǒng)在工業(yè)中支持并控制著許多流程，從產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃到工程與生產(chǎn)，直至維護(hù)保養(yǎng)，涵蓋了整個價值鏈和整個產(chǎn)品周期。通過建立一個數(shù)字信息無縫互聯(lián)的技術(shù)平臺，可實現(xiàn)工具或應(yīng)用程序的研發(fā)，不同的參與者還可以利用這個平臺，提供具有專業(yè)性和差異性的應(yīng)用程序。產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模越大，產(chǎn)品差異性越明顯，其市場反應(yīng)就越不確定。而通過實施ERP及協(xié)作數(shù)據(jù)平臺，就可以接受以上所有信息，并將其考慮在程序和流程中，數(shù)據(jù)生成一次，不僅可以滿足單一的目的，而且可以在已定義的數(shù)據(jù)格式下滿足所有可能的目的。除此之外，可以將現(xiàn)在的“數(shù)據(jù)山”或“數(shù)據(jù)島”轉(zhuǎn)化為一個結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)來源。
利用現(xiàn)在使用的各相關(guān)系統(tǒng)接口，要想實現(xiàn)數(shù)據(jù)在任何形式下都自動保持一致性，其數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出過程變得相當(dāng)費(fèi)時。因此通過實施G-BOM系統(tǒng)，將各個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，未來實現(xiàn)整個價值鏈的完整性和無縫集成，不但可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以提高生產(chǎn)力，進(jìn)而提高企業(yè)的競爭力。
5A級智慧工廠助推實現(xiàn)高效生產(chǎn)
在實現(xiàn)智能化的同時，以節(jié)能環(huán)保為標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)采用工廠寬帶、無線網(wǎng)絡(luò)等方式，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)絡(luò)分離，使數(shù)據(jù)通信保密性好、速度快、移動性強(qiáng)。
采用統(tǒng)一的通信平臺和統(tǒng)一的應(yīng)用服務(wù)平臺，提供統(tǒng)一的通信服務(wù)，節(jié)省企業(yè)在IT方面的重復(fù)建設(shè)與投入，實現(xiàn)資源共享，消除了數(shù)據(jù)孤島。突破性地將ERP、MES、LES、WMS、SRM多系統(tǒng)統(tǒng)一集成，實現(xiàn)基于實時制造數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，同時開發(fā)完成產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)，構(gòu)建整車與零部件工廠的計劃協(xié)同平臺，實現(xiàn)多種車間智能裝備之間的協(xié)同工作，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營成本。通過高度融合信息系統(tǒng)和IT基礎(chǔ)架構(gòu)，打造出“一個中心，四根支柱”的生產(chǎn)工藝創(chuàng)新模式。
“一個中心，四根支柱”示意圖
1.一個中心規(guī)劃
是指以生產(chǎn)控制為中心，包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺、信息系統(tǒng)平臺、自動化裝備平臺：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)；信息系統(tǒng)平臺包括ERP、MES、WMS、OA、PDM等；自動化裝備平臺包括焊接機(jī)器人、ANDON系統(tǒng)、智能料架系統(tǒng)、AVI系統(tǒng)、PMC系統(tǒng)、AGV系統(tǒng)。這是智能化工廠的中樞神經(jīng)，通過收集關(guān)聯(lián)系統(tǒng)信息，進(jìn)行分析，為快速處理現(xiàn)場問題提供依據(jù)。
2.四根支柱規(guī)劃
（1）智能裝備規(guī)劃。具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、智能化、精密化、綠色化，帶動工業(yè)整體技術(shù)水平的提升。
（2）智能供應(yīng)鏈規(guī)劃。供應(yīng)鏈?zhǔn)瞧髽I(yè)的“價值鏈”，是企業(yè)運(yùn)營的核心，通過對信息流、物流、資金流的控制，從采購原材料開始，制成中間產(chǎn)品及最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費(fèi)者手中。它是將供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商，直到最終用戶連成一個整體的功能網(wǎng)鏈模式。所以，一條完整的供應(yīng)鏈應(yīng)包括供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商以及消費(fèi)者。
（3）智能監(jiān)控規(guī)劃。采用圖像處理、模式識別和計算機(jī)視覺技術(shù)，通過在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉視頻畫面的無用或干擾信息，自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息，快速準(zhǔn)確地定位事故現(xiàn)場，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)其他動作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警、事中處理和事后及時取證，實現(xiàn)全自動、全天候的實時監(jiān)控。
（4）智能一卡通規(guī)劃。該系統(tǒng)以智能卡為信息載體，集自動控制技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)于一體，是綜合性信息網(wǎng)絡(luò)平臺。通過系統(tǒng)可以實現(xiàn)員工門禁、考勤、水、電、氣、暖、停車場管理、保安巡視和內(nèi)部消費(fèi)結(jié)算等綜合應(yīng)用，加強(qiáng)對人、財、物流的有序管理，提高資源的共享利用率。
自主高端智能裝備突破瓶頸
以精益生產(chǎn)為主導(dǎo)，以創(chuàng)新工藝設(shè)計為中心，以智能裝備為依托，以“智能制造”為目標(biāo)，利用互聯(lián)網(wǎng)完成整個工廠的信息流、物流的協(xié)調(diào)統(tǒng)一；瞄準(zhǔn)高端智能裝備、自動輸送技術(shù)、智能化數(shù)據(jù)平臺、柔性化生產(chǎn)等核心技術(shù)推進(jìn)落實自動化、信息化、少人化、模塊化的智能工廠。
之所以稱為智能化工廠，在于智能裝備與信息化的有機(jī)結(jié)合，其必須解決智能化基礎(chǔ)管理、柔性化生產(chǎn)切換、高效自動化生產(chǎn)、信息共享、信息集成、自主控制、節(jié)能環(huán)保等多項主要技術(shù)難點(diǎn)。
智能化工廠整體完成30項重大難題的解決與再造創(chuàng)新：沖壓自動化生產(chǎn)效率提升、多車型共用生產(chǎn)線技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用、全景天窗頂蓋焊裝工藝研發(fā)與應(yīng)用、CMT焊接、同步生產(chǎn)上位系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用、全自動噴涂、TNV設(shè)備的應(yīng)用、噴漆室循環(huán)風(fēng)回用、車門膠條自動粘接、底盤模塊整體舉升自動合裝、扭矩管理系統(tǒng)、整車轉(zhuǎn)接吊裝方式創(chuàng)新、風(fēng)擋玻璃自動底涂和涂膠技術(shù)、玻璃自動安裝技術(shù)、柔性化生產(chǎn)線技術(shù)、天窗自動上線機(jī)械手、車門線EMS小車+橫向存儲技術(shù)、PBS區(qū)摩擦輥床輸送及空中拆車門方式研究應(yīng)用、自動化物流、模塊化裝配等。
1.沖壓工藝
采用先進(jìn)節(jié)能的連續(xù)生產(chǎn)模式，相比傳統(tǒng)的斷續(xù)生產(chǎn)模式，避免了因壓力機(jī)的頻繁啟停造成的時間及能源浪費(fèi)，綜合節(jié)能達(dá)20%，年節(jié)約用電152萬kWh。同時連續(xù)生產(chǎn)模式在不降低生產(chǎn)節(jié)拍前提下，降低了壓機(jī)滑塊速度約30%，更好地保證沖壓件質(zhì)量。所有線體均采用先進(jìn)的數(shù)控液壓拉伸墊，相比傳統(tǒng)的氣動拉伸墊，生產(chǎn)過程中壓力波動可控制在10%以內(nèi)，提高了沖壓件的成形質(zhì)量。
自主研發(fā)廢料雙層分揀智能裝備。為了消除廢料分揀過程中廢料二次轉(zhuǎn)運(yùn)，提高廢料分揀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省廠房面積，降低前期建設(shè)成本，開發(fā)了由上廢料分揀線、下廢料輸送線、廢料滑料斗組成的廢料雙層分揀技術(shù)。
2.焊裝工藝
這是自動化率最高的車間，使用機(jī)器人多達(dá)525臺，焊接自動化率達(dá)98.7%。門蓋外板料筐輸送、門蓋總成輸送及分總成輸送采用EMS，防飛濺液采用機(jī)器人噴涂技術(shù)，VIN打刻采用機(jī)器人在線打刻技術(shù)，最大化地減少了車間人員數(shù)量。
焊接工裝
研發(fā)的主要裝備有：T+型滑臺自主研發(fā)輔助裝備、夾具切換推進(jìn)式智能裝備、在線檢測系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用等。
3.涂裝工藝
被定義為綠色、環(huán)保、高效的噴涂車間。在節(jié)能減排方面，應(yīng)用先進(jìn)的TNV及循環(huán)風(fēng)回用技術(shù)及中水回用技術(shù)，單車消耗標(biāo)煤74.86kg，單車VOC排放20.97g/㎡，達(dá)到清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平。應(yīng)用124臺噴涂機(jī)器人，節(jié)省操作人員98人，自動化程度在國內(nèi)領(lǐng)先。內(nèi)腔噴蠟采用的半自動噴蠟設(shè)備，內(nèi)腔防腐能力進(jìn)一步提升，噴漆設(shè)備油漆利用率達(dá)到80%，采用熱量回收系統(tǒng)，對烘干釋放的熱量進(jìn)一步回收用于前處理槽液加熱。
涂膠
主要研發(fā)的裝備技術(shù)有：旋杯自動清洗裝備、噴漆室循環(huán)風(fēng)回用技術(shù)、自動涂膠智能裝備、車型自動識別智能裝備等。
4.總裝車間
具有高度靈活性、高效性、環(huán)保和人性化特點(diǎn)。底盤高工位采用升降旋轉(zhuǎn)吊具，組裝線采用升降滑板代替?zhèn)鲃拥妆P線半高和低工位作業(yè)內(nèi)容，減少底盤線和組裝線160人走動用時，每人每年減少走動路程為1250km。車間大量采用電動和電池工具，在保障產(chǎn)品質(zhì)量前提下降低車間噪聲，減少車間尾氣排放，保障人員在健康環(huán)境下輕松工作。車間整體噪聲平均控制在74dB以下，每年減少尾氣排放量34.6萬m3。
主要研發(fā)的裝備技術(shù)有：底盤自動合裝裝備，全自動車門密封膠條粘接裝備，自主研發(fā)上中下物流成套裝備，風(fēng)擋玻璃自動底涂、涂膠技術(shù)，以及玻璃自動安裝技術(shù)等。
主要技術(shù)成果及效益分析
項目順利實施后，徹底消除了現(xiàn)存的生產(chǎn)工藝?yán)速M(fèi)，實現(xiàn)了高效率、靈活的生產(chǎn)，生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到52s，日產(chǎn)1000臺以上，白車身骨架精度95%以上，車身防腐年限提升至5年無銹蝕、12年無穿孔，焊接自動化率達(dá)98.7%。建設(shè)完成跨部門、跨地域、全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同研發(fā)平臺，產(chǎn)品開發(fā)周期縮短20%，生產(chǎn)效率提高30%以上。
通過在焊裝、涂裝、總裝車間輸送線體，布置車輛自動識別系統(tǒng)，從焊裝EMS/滾床輸送/工藝線體、涂裝全車間到總裝PBS區(qū)/底盤線/組裝線，布置讀寫站80余個、載碼體500余個，僅在涂裝車間就分布車輛跟蹤站點(diǎn)47個，含路由站點(diǎn)12個、計劃比對站點(diǎn)10個，車輛信息跟蹤和路由控制精準(zhǔn)率達(dá)到100%。
打造完成“5A”級智慧工廠，使產(chǎn)品不良品率降低20%，運(yùn)營成本降低20%，能源利用率提高10%以上。該項目的實施及技術(shù)的推廣，符合國家智能化工廠發(fā)展策略，項目產(chǎn)品的質(zhì)量相對穩(wěn)定，在本領(lǐng)域具有廣泛引導(dǎo)作用和良好的市場效益。項目完成投產(chǎn)后，智能化工廠生產(chǎn)能力為年產(chǎn)25萬輛轎車，項目總投資為37.8億元，達(dá)產(chǎn)時年銷售收入約為50億元。不僅利于企業(yè)自身發(fā)展，同時為我國汽車產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)。
結(jié)語
該項目實施過程中，獲得國家發(fā)明專利10項，實用新型專利15項。項目結(jié)束后沉淀總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗，形成了關(guān)鍵設(shè)備相關(guān)設(shè)計規(guī)范17項，形成了從產(chǎn)品方案規(guī)劃、圖樣設(shè)計到現(xiàn)場調(diào)試的核心研發(fā)團(tuán)隊。
該項目的實施拉動了區(qū)域消費(fèi)需求，有利于完善汽車供應(yīng)市場品種結(jié)構(gòu)，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)社會需求建設(shè)，加快汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，節(jié)能環(huán)保。是貫徹國家汽車工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策，推動我國汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的有益嘗試，將為中國自主汽車品牌的持續(xù)發(fā)展提供支持。
來源：《世界制造技術(shù)與裝備市場（WMEM）》
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