汽車零部件智能制造研究和實(shí)踐

王宗雙，黃　好

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西柳州545007）

汽車零部件智能制造研究和實(shí)踐

王宗雙，黃好

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西柳州545007）

分析了智能制造提出的背景、概念與理解、系統(tǒng)平臺的定位，以及智能制造建設(shè)的幾大誤區(qū)，并結(jié)合生產(chǎn)線智能化部署項(xiàng)目的具體實(shí)踐進(jìn)行具體說明。

智能制造；自動化；信息系統(tǒng)

在我國已成為制造業(yè)大國的今天，總體表現(xiàn)為大而不強(qiáng)，急需從資源消耗型發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新驅(qū)動、綠色發(fā)展、質(zhì)量為先的持續(xù)發(fā)展方式，從滿足各類產(chǎn)品從無到有的大規(guī)模生產(chǎn)的消費(fèi)模式到追求品質(zhì)的個(gè)性化定制的消費(fèi)模式，從傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)型制造轉(zhuǎn)變。

智能制造已經(jīng)上升到我國國家發(fā)展戰(zhàn)略，催生了一系列的示范應(yīng)用項(xiàng)目，但其中仍然存在較多的理解偏差、建設(shè)誤區(qū)。特別是汽車零部件制造企業(yè)，面向汽車整車廠供貨的產(chǎn)品具有多品種、小批量、送貨頻率高、客戶整車生產(chǎn)切換頻繁等特點(diǎn)，同類供應(yīng)商競爭激烈，成本壓力大，智能制造將是企業(yè)發(fā)展的必由之路。本文以生產(chǎn)線智能化部署項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)歷進(jìn)行闡釋和分析智能制造在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體技術(shù)應(yīng)用與業(yè)務(wù)體系運(yùn)作方式。

1　智能制造的解析

1.1智能制造提出的背景

在德國提出工業(yè)4.0和美國提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的國家工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略之后，我國也于2015年正式提出中國制造2025的發(fā)展戰(zhàn)略，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國。

從德國與我國的戰(zhàn)略提出背景中，可以看出此次各國對待新的工業(yè)革命來臨的態(tài)度、適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和客戶個(gè)性化定制的大環(huán)境要求以及對新的世界工業(yè)價(jià)值鏈分工的爭奪。不同點(diǎn)在于，德國工業(yè)4.0沒有像我國智能制造去關(guān)注產(chǎn)品創(chuàng)新與質(zhì)量，而更多的是關(guān)注成本與速度，這也是兩國工業(yè)發(fā)展階段和實(shí)際特點(diǎn)決定的，必然會影響兩國的戰(zhàn)略實(shí)施策略與路徑。

從近年來鋼鐵企業(yè)的發(fā)展情況可見一斑，京津冀地區(qū)的霧霾多來自鋼鐵等重工業(yè)的污染，產(chǎn)能過剩直接表現(xiàn)為生產(chǎn)出來的鋼材價(jià)格低、無利潤，市場上緊俏的利潤率高的鋼材仍需進(jìn)口。比如一些傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)仍然以建筑業(yè)所用的鋼筋作為主要產(chǎn)品，惡性競爭、微利或虧損難以避免。只有提高產(chǎn)品和服務(wù)創(chuàng)新能力，順應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展需要，把提升品質(zhì)拓展到汽車、軍工等領(lǐng)域，向下游的開卷、沖壓等工藝服務(wù)延伸，充分利用智能制造的工具與方法，才是今后的發(fā)展出路。

1.2智能制造的概念與理解

智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個(gè)環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱［1］。

智能制造在工廠中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為對接客戶需求和內(nèi)部管理的排產(chǎn)過程，揀選、搬運(yùn)等物流過程，涂裝、裝配等制造過程，在線檢測的質(zhì)量過程等，每個(gè)過程的智能特征與傳統(tǒng)的管理特征有著共通與升級的可比性，圖1所示，體現(xiàn)了價(jià)值創(chuàng)造的過程控制的本質(zhì)要求。比如，在裝配過程中，焊接機(jī)器人按照既定的標(biāo)準(zhǔn)指令進(jìn)行工件的焊接，通過在線檢測發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)偏移，將自動進(jìn)行補(bǔ)焊，同時(shí)，把機(jī)器人焊接軌跡的識別糾偏過程邏輯存儲到系統(tǒng)中形成知識，以便下次焊接時(shí)進(jìn)行識別和調(diào)用。

圖1　智能特征與傳統(tǒng)的管理特征對比

1.3智能制造系統(tǒng)平臺的定位

將傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)層次與智能制造系統(tǒng)平臺要求相對應(yīng)，著重體現(xiàn)智制造所帶來的系統(tǒng)管理思維和模式的轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)重點(diǎn)是以職能管理方式進(jìn)行劃分，與組織機(jī)構(gòu)中的科層制相對應(yīng)，每個(gè)層次的人員只能看到對應(yīng)的信息并進(jìn)行對應(yīng)的操作和決策；而智能制造系統(tǒng)平臺更加強(qiáng)調(diào)以客戶為核心的價(jià)值創(chuàng)造，更加精益化的體現(xiàn)每個(gè)過程為客戶增值，可以讓每個(gè)環(huán)節(jié)的人能夠看到自己對客戶價(jià)值的影響，以便做出相應(yīng)的調(diào)整。具體對比，如圖2所示。

圖2　傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)與智能制造管理平臺的管理層次對比

2　智能制造建設(shè)的幾大誤區(qū)

面對智能制造理念和方法、工具的提出和付諸實(shí)踐，必然會帶來針對新一輪變革的適應(yīng)過程，洞察其中存在的誤區(qū)并制定相應(yīng)的對策，將為實(shí)踐起到事半功倍的效果。針對常見的幾個(gè)誤區(qū)做如下分析：

（1）智能制造就是目的

智能制造普遍成為企業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃重點(diǎn)內(nèi)容，相關(guān)業(yè)務(wù)開展會圍繞智能制造展開，把智能制造作為業(yè)務(wù)運(yùn)營的目的看似順理成章。

但是，細(xì)究起來就會發(fā)現(xiàn)，忽視了智能制造作為運(yùn)營方式與手段的本質(zhì)，企業(yè)存在的目的仍然是為客戶創(chuàng)造價(jià)值。如果陷入了該誤區(qū)，將會發(fā)生通過智能化的改造或部署未與客戶需求對接，造成生產(chǎn)出來的產(chǎn)品大量積壓在倉庫，或未做到過程精益化，沒有體現(xiàn)客戶價(jià)值的提升。

因此，消除該誤區(qū)就必須要梳理以為客戶創(chuàng)造價(jià)值、智能制造為工具的觀念，建立貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的集成化管理與作業(yè)平臺，每個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)都能為客戶增值。

（2）智能制造就是機(jī)器換人

當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展迅速，在物流中的揀料、配送以及生產(chǎn)中的焊接、裝配等多個(gè)領(lǐng)域使用，“機(jī)器人換人”成為應(yīng)對用工荒的普遍做法。

機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。而“機(jī)器人換人”還停留在“運(yùn)行預(yù)先編排的程序”的階段，將人工操作變?yōu)闄C(jī)器人操作，忽略了機(jī)器人具備感知、識別、決策與執(zhí)行等智慧能力，這樣就會造成“高能低用”的情況。比如，一臺機(jī)器人的應(yīng)用完全可以將復(fù)雜的在線檢測、返工處理、物料搬運(yùn)等工序集成到一起，提高了生產(chǎn)效率。

（3）智能制造就是“黑燈工廠”

即使關(guān)著燈，照樣能生產(chǎn)——這樣的工廠被稱為“黑燈工廠”。這是業(yè)界對智能制造追求的一個(gè)典型特征。然而，所謂智能，不僅僅體現(xiàn)的是操作的動作，而且還需要在具備了很強(qiáng)的感知能力后做出動作的執(zhí)行與糾偏。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，包括視覺、聲音、氣味、觸覺等方面的識別，傳感器將扮演這些感知的角色，有溫度、濕度、力度、熱量、顏色等方面的傳感器，業(yè)界稱傳感器為工業(yè)的“五官”，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。因此，摒棄建設(shè)“黑燈工廠”的“暢想”，才能腳踏實(shí)地地充分發(fā)揮智能制造的作用。

（4）智能制造會造成大面積失業(yè)

智能制造相對前幾次工業(yè)革命的最大不同就是，從解放人的雙手，到解放人的大腦，讓有規(guī)則可循的操作交給機(jī)器和軟件來執(zhí)行，同時(shí)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成機(jī)器智慧。

看似人將被機(jī)器淘汰，然而歷次工業(yè)革命均未出現(xiàn)了大面積的失業(yè)，反而產(chǎn)生了新的職業(yè)工種，如電氣工程師、工業(yè)工程師、自動化設(shè)備工程師等。此次智能制造將信息化與自動化進(jìn)行深度融合，期間必定會誕生新的工種，比如信息工程師將與研發(fā)和產(chǎn)供銷等現(xiàn)場應(yīng)用緊密結(jié)合，有經(jīng)驗(yàn)的焊工將升級成為焊接機(jī)器人的“師傅”，從設(shè)備維護(hù)，到機(jī)器人設(shè)置優(yōu)化。

由此可見，員工不會因智能制造的來臨而失業(yè)，只會因不接受新事物、不升級自身能力而被淘汰。

3　項(xiàng)目實(shí)踐

（1）項(xiàng)目背景

企業(yè)屬于汽車零部件制造行業(yè)，適應(yīng)整車廠要求的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與模塊化集成供貨將成為今后發(fā)展趨勢，歐美整車企業(yè)80%按系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與模塊化供貨，國內(nèi)整車企業(yè)已經(jīng)開始朝這方面發(fā)展。

客戶已完成了座艙產(chǎn)品的獨(dú)家供應(yīng)商開發(fā)，面對整車車型越來越多，帶來座艙產(chǎn)品配置品種增多，獨(dú)家供應(yīng)商增大了客戶供應(yīng)鏈研發(fā)與交付的壓力和風(fēng)險(xiǎn)，急需開發(fā)新的供應(yīng)商，公司的研發(fā)實(shí)力和制造交付能力得到了客戶的認(rèn)可，獲得了座艙產(chǎn)品的長期供貨合同。

（2）客戶要求

1）快速實(shí)現(xiàn)座艙產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)與柔性化生產(chǎn)交付；

2）實(shí)現(xiàn)座艙產(chǎn)品對接客戶總裝車間進(jìn)行拉動生產(chǎn)；

3）實(shí)現(xiàn)座艙產(chǎn)品裝配過程的防錯(cuò)漏裝；

4）實(shí)現(xiàn)座艙產(chǎn)品質(zhì)量追溯、在線電子檢測。

（3）模式分析

1）研發(fā)組織模式

客戶車型日益增多，同樣在拉動我公司的設(shè)計(jì)、試制與交樣等產(chǎn)品研發(fā)過程管理水平的提升，除了產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)要求，還需要通過研發(fā)與生產(chǎn)一體化集成，滿足縮短新產(chǎn)品研發(fā)與交付周期的要求。

采取PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）系統(tǒng)、ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）系統(tǒng)和生產(chǎn)線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體集成的模式，打通研發(fā)過程中的工藝BOM、作業(yè)指導(dǎo)書、控制計(jì)劃與生產(chǎn)線線體各工位的防錯(cuò)漏裝、扭力扭矩的關(guān)鍵參數(shù)控制等要求的信息一致性，實(shí)現(xiàn)研發(fā)與生產(chǎn)的快速反應(yīng)能力。

2）生產(chǎn)組織模式

作為整車廠的一級供應(yīng)商，在計(jì)劃與物流的對接方面，實(shí)時(shí)性要求比較高。除了整車廠發(fā)布的每月、每周和每三天的滾動計(jì)劃之外，還有每天發(fā)布第二天的日生產(chǎn)計(jì)劃，同時(shí)，整車廠總裝車間的生產(chǎn)排序會轉(zhuǎn)化為拉動我公司供貨的配送任務(wù)。

根據(jù)生產(chǎn)周期、配送周期的測定，我公司總成產(chǎn)品分為面向產(chǎn)品庫存和面向客戶車間兩種排產(chǎn)模式，而座艙產(chǎn)品具備面向客戶車間進(jìn)行生產(chǎn)的條件，基于新產(chǎn)品生產(chǎn)量逐步上升的質(zhì)量控制壓力，首先采用了面向客戶和成品庫存的混合排產(chǎn)模式。

因此，對接客戶的MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）獲得總裝車間車輛上線信息成為排產(chǎn)的源頭，也形成了高效的“車間對車間”（從客戶車間到我公司車間）的拉動生產(chǎn)組織模式。

（4）項(xiàng)目具體目標(biāo)

該項(xiàng)目為面向客戶乘用車產(chǎn)品座艙模塊化集成與供貨，作為我公司在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)用原型，通過與客戶系統(tǒng)對接、生產(chǎn)線智能化部署、在線檢測設(shè)備集成等手段，打通客戶需求對接、生產(chǎn)排產(chǎn)、生產(chǎn)過程控制、防錯(cuò)漏裝、質(zhì)量檢驗(yàn)和追溯、完工入庫等過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化、批量柔性化管理，是我公司首次將信息化與自動化整體集成的成功應(yīng)用。

具體目標(biāo)為：

1）對接客戶整車總裝線的實(shí)際排序生產(chǎn)上線信息，拉動我公司座艙生產(chǎn)線生產(chǎn)與配送交付；

2）適應(yīng)座艙產(chǎn)品配置多帶來的防錯(cuò)漏裝、關(guān)鍵件質(zhì)量追溯、在線電子檢驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用等方面的要求；

3）生產(chǎn)線具備柔性化生產(chǎn)能力，適應(yīng)多系列多品種的模塊化裝配。

（5）實(shí)施方案

以上目標(biāo)已基本具備了智能制造中生產(chǎn)過程智能化的應(yīng)用要求，通過需求分析，設(shè)計(jì)了具體的系統(tǒng)流程架構(gòu)（如圖3）以及生產(chǎn)過程的系統(tǒng)功能模塊構(gòu)成（如圖4），具體實(shí)施要點(diǎn)如下：

圖3　系統(tǒng)流程架構(gòu)圖

圖4　生產(chǎn)過程的系統(tǒng)功能模塊關(guān)系圖

在縱向上，與ERP系統(tǒng)對接產(chǎn)品制造BOM（物料清單）和生產(chǎn)訂單等業(yè)務(wù)流程，適應(yīng)試制生產(chǎn)、正常生產(chǎn)和返工生產(chǎn)等多種業(yè)務(wù)類型；通過生產(chǎn)線系統(tǒng)中的排產(chǎn)單控制生產(chǎn)線每個(gè)工位的實(shí)際操作，如有錯(cuò)漏裝，則報(bào)警并暫停當(dāng)前工位小車，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線控制；通過與在線電子檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行集成，識別檢測工位當(dāng)前待檢品種調(diào)用電檢項(xiàng)目，控制電子檢驗(yàn)設(shè)備的程序切換，并把其中的檢測結(jié)果反饋到系統(tǒng)中來。

在橫向上，通過排產(chǎn)單和BOM分解揀料指令，與采購物流進(jìn)行對接，通過對接客戶整車總裝上線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可自動生成排產(chǎn)單，通過完工檢驗(yàn)合格下線直接對接成品物流，完成入庫。整個(gè)客戶需求對接與生產(chǎn)過程以排產(chǎn)單為核心，將相關(guān)的防錯(cuò)漏、質(zhì)量追溯和在線檢測等數(shù)據(jù)進(jìn)行單件跟蹤管理。

在整個(gè)過程的物聯(lián)網(wǎng)和信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：

1）建立與客戶系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取與傳輸模式，通過客戶中間件平臺將實(shí)時(shí)的整車總裝上線數(shù)據(jù)，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)向我公司的服務(wù)器發(fā)送該車型需要裝配我公司的座艙品種信息，我公司服務(wù)器接收數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，并傳輸寫入該生產(chǎn)線的管理控制系統(tǒng)；

2）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線線體的工業(yè)控制系統(tǒng)中的PLC與信息系統(tǒng)的集成，并利用RFID（無線射頻技術(shù)或俗稱電子標(biāo)簽）技術(shù)，在每個(gè)工位和裝配小車分別部署感應(yīng)天線和電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)單對接每個(gè)工位生產(chǎn)；

3）每個(gè)工位均有智能終端、顯示器、條形碼掃描器等，將當(dāng)前工位正在裝配的座艙品種的操作指導(dǎo)書、防錯(cuò)漏裝零件和裝配情況、監(jiān)控裝配的扭力值等均實(shí)時(shí)顯示在工位屏幕上。

（6）模式總結(jié)對比

通過該項(xiàng)目實(shí)踐，對傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式和面向智能制造的生產(chǎn)管理模式進(jìn)行了初步的總結(jié)，如表1所列。

表1　傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式和面向智能制造的生產(chǎn)管理模式初步總結(jié)

（7）效益分析

1）該項(xiàng)目的成功實(shí)施使我公司贏得了客戶后續(xù)所有車型的座艙總成產(chǎn)品供貨資質(zhì)，該類產(chǎn)品將帶來每年至少20億元的產(chǎn)值。

2）提升了生產(chǎn)裝備的資產(chǎn)利用率。生產(chǎn)線品種柔性化能力的優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，該單一生產(chǎn)線已經(jīng)能夠適應(yīng)客戶10多種座艙的按需生產(chǎn)。

3）提升了智能生產(chǎn)整體策劃和標(biāo)準(zhǔn)建立的能力，充分體現(xiàn)了智能制造在工廠應(yīng)用中對DFM（面向制造的設(shè)計(jì)）、IE（工業(yè)工程）、自動化、IT（信息技術(shù)）等方面的管理和技術(shù)的集成。

4）提升了座艙生產(chǎn)過程透明化、精益化管理水平。生產(chǎn)管理人員通過系統(tǒng)監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)過程，排產(chǎn)控制生產(chǎn)線運(yùn)行，以及工業(yè)工程師通過系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)開展生產(chǎn)線效率分析與優(yōu)化工作。

5）縮短了產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)交付周期。堅(jiān)定了客戶對我公司模塊化產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的信心，對承接新產(chǎn)品提供了技術(shù)和管理保障，對接客戶車間進(jìn)行生產(chǎn)，大大降低了過度生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，以及生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。

6）提高了產(chǎn)品質(zhì)量管控能力。現(xiàn)場工藝工程師不僅僅要應(yīng)對相關(guān)技術(shù)攻關(guān)和質(zhì)量問題處理，更加關(guān)注產(chǎn)品配置與質(zhì)量控制的系統(tǒng)化管理，裝配與檢驗(yàn)員工的錯(cuò)誤識別難度降低，提高了作業(yè)效率。生產(chǎn)啟動初期由于質(zhì)量不穩(wěn)定，成品庫需要儲備500多臺座艙，經(jīng)過質(zhì)量提升，目前已降至100臺左右。

4　結(jié)束語

座艙產(chǎn)品生產(chǎn)智能化管理系統(tǒng)僅為智能制造在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的初步嘗試，而智能制造作為新一代工業(yè)革命的具體實(shí)踐，需要在其對價(jià)值鏈重塑和改造的能力和方法上提高認(rèn)識，轉(zhuǎn)變管理思維，避免走入應(yīng)用誤區(qū)，利用DFM（面向制造的設(shè)計(jì)）、IE（工業(yè)工程）、自動化、IT（信息技術(shù)）等方面的管理和技術(shù)的集成，真正為客戶創(chuàng)造價(jià)值。

［1］［德］奧拓·布勞克曼.智能制造：未來工業(yè)模式和業(yè)態(tài)的顛覆與重構(gòu)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］彭瑜，王健.智慧工廠:中國制造業(yè)探索實(shí)踐［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

Auto Parts IntelligentManufacturing Research and Im p lement

WANG Zong-shuang，HUANG Hao
（Liuzhou Wuling Automobile Industry Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi545007，China）

Analysis about intelligentmanufacturing background，concept and comprehension，location of the system platform，and several misconceptions from intelligentmanufacturing construction process，and combined with the production line intelligent deployment project implement are described in details.

intelligentmanufacturing；auto partsautomation；information system

U468.4

A

1672-545X（2016）06-0120-04

2016-03-15

王宗雙（1981-），男，河北玉田人，工程師，本科，研究方向?yàn)槠髽I(yè)信息化建設(shè)；黃好（1978-），男，廣西西林人，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)槠噧?nèi)外飾產(chǎn)品研發(fā)。