一種電動汽車生產檢測系統的設計

文|中國電子科技集團公司第三十八研究所 胡晨光 楊燕寧

一、背景

新能源電動汽車是國家大力支持的重要產業。由于電動汽車的綠色環保、實用便捷和智能化程度較高的特點，人們對其接受度也逐步增高。近年來，整個電動汽車銷量成爆發性增長，呈現供需兩旺的態勢。電動汽車生產企業年生產量也由最早的幾千臺快速發展到現在的十幾萬臺。

雖然電動汽車銷量不斷擴大，但在汽車使用過程中也發現以動力電池為主的關鍵部件，由于技術的局限性和生產工藝控制問題，出現運行狀態不一致的現象。例如，有的電動汽車狀態一直較為穩定，而有些車輛卻異常不斷。其主要原因是車輛入庫檢測時把關不嚴，沒有一個很好的檢測手段對汽車進行全方位、深入地檢測，導致一部分車“帶病”進入消費市場，給車企和消費者帶來了長期經濟損失甚至是安全隱患。

一方面當前車輛生產檢測手段匱乏，在大批量生產壓力的情況下，產線檢測人員很難深入到每臺車輛的內部進行全方位數據體檢，且通過OBD 接口設備讀取當前車輛狀態的傳統手段，不僅對檢測場地要求較高，還費時費力，這樣依然還不能滿足產線的多次、批量檢測的要求。并且此種檢測方法無法追溯，一旦車輛出現了問題，不易定位，檢測效率較低。

另一方面，車企的生產部門在車輛生產過程中需要將車輛的各個屬性數據錄入到多個第三方系統中，以滿足生產過程的自動化控制要求。所以在每個工位都會分配錄入信息的電腦。在生產過程中，產線人員要頻繁切換系統操作界面，錄入多個系統所需信息，錄入效率較低。

如何在電動汽車上線生產后檢測出各關鍵部件，尤其是動力電池的不良狀態，將“帶病”車輛篩選出來。如何簡化產線多個信息系統的數據復雜錄入操作問題，是電動汽車生產企業急需解決的兩大難題。

本文提出的電動汽車生產檢測系統設計，綜合利用企業MES 和TSP 等第三方系統數據，實現了一套完整的集車輛生產信息錄入、數據采集、車輛檢測和報表統計等多個功能的專業生產檢測系統。此生產系統，一方面能夠幫助檢測人員建立車輛檢測標準庫，篩選出問題車輛；另一方面能夠整合生產過程中涉及到的多個第三方系統的錄入接口，提供統一的數據錄入操作界面，一次性即可完成多個系統的數據錄入工作，大大簡化產線操作步驟。同時系統記錄所有的生產工序操作信息，形成可追溯的操作報表，能夠監控生產過程，分析生產過程中存在的問題，得到生產管理人員提供產線狀態和產品質量的相關信息，為進一步優化產線工序的提供依據。

二、系統設計方案

電動汽車生產檢測系統主要實現了兩個方面的功能：一方面是優化車輛生產過程中數據錄入過程，另一方面是建立車輛檢測標準，提供車輛入庫檢測手段，最大限度地防止“帶病”車輛進入銷售環節。

圍繞這兩個主要功能，電動汽車生產檢測系統還為不同的用戶角色提供不同的信息化服務。對于系統管理人員，系統提供電腦Web 管理頁面對系統進行配置和數據統計。對于產線人員和檢測人員，系統提供移動手機操作APP，可隨時隨地靈活地錄入數據和檢測車輛。

1、總體架構

電動汽車生產檢測系統采取微服務的開發架構，涵蓋車輛生產數據錄入，車輛檢測入庫，車輛實時數據查詢以及生產數據統計等功能的專業系統。系統分成三層，從下到上依次是數據存儲層、后臺服務層和前臺操作層如圖1 所示。

圖1 電動汽車生產檢測系統總體架構

（1）數據存儲層

數據存儲層主要是存儲各種業務需要的數據。考慮到系統后期的可擴展性，將數據以業務為單元分庫存放。分別為人員管理庫、車輛管理庫、檢測管理庫和程序信息庫。人員管理庫是存儲系統用戶信息，包括生產人員和生產管理人員的個人基本信息和系統權限配置信息。車輛管理庫存儲車輛的基本信息，如結構號、車型、底盤號、VIN 和生產時間等。檢測管理庫存儲車型相關的檢測標準、車輛狀態管理信息和檢測結果等內容。程序信息庫存儲系統配置信息、移動終端軟件信息和系統公告信息等。

由于業務對各類數據的訪問頻率不同，系統將熱數據存放到緩存中加速訪問。

（2）后臺服務層

后臺服務層是為前臺操作層提供數據服務和計算服務。包括人員管理、車輛管理、車輛檢測、APP 管理、定時任務、報表管理、車輛數據錄入以及公告管理。

人員管理包括系統用戶的個人信息和系統訪問權限信息。在各種操作前依據用戶權限來判斷操作地合法性，從而提高系統安全性。

車輛管理是維護車輛的各類屬性，如底盤號、VIN 碼和車型等車輛基礎數據。

車輛檢測模塊維護一套用戶自定義的檢測標準，并在車輛滿足檢測條件時提供檢測服務。

車輛數據錄入功能是為多系統提供統一的數據錄入入口，簡化數據采集錄入流程并確保數據錄入的準確性。

APP 管理是對生產線移動終端APP 的管理，如升級檢測、版本信息查看和操作異常處理日志等。

定時任務包括定時從MES 系統抽取數據形成本系統車輛的最初數據、定時檢測車輛狀態和定時導出報表等業務。

報表管理是向生產管理人員提供靜態和動態的數據統計功能。

公告管理是向系統管理人員提供下發各類公告信息，為終端用戶提供讀取公告的功能。包括公告信息的管理和讀取狀態管理。

后臺服務層采取微服務的實現方式，將各個模塊獨立成多個微服務系統。各微服務系統統一使用下層的存儲層數據，并為操作層提供一致的業務服務。這樣的實現方式的好處是提高了系統的復用性，通過多副本的部署，滿足可擴展，高并發的系統要求。

◎ MES 系統交互

在車輛上生產線之前，生產檢測系統還沒有待生產車輛的基礎數據，如底盤號、車型等。需要通過定時任務從MES系統導入車輛排產信息作為其最初數據。當車輛上線生產后，產線工人通過生產檢測系統APP 提供的錄入功能將其余數據，如VIN 碼、電機號和電池包序號等錄入至MES 系統中。因此生產檢測系統與MES 系統數據相互傳輸，不可分割。

◎ TSP 系統交互

TSP 系統是Telematics Service Provider 系統的縮寫，是收集車輛運行信息，控制車輛行為，為車輛提供安全的遠程網絡信息服務的系統。具體則是利用車載設備（TBOX）采集電動汽車各部件的狀態信息，通過無線網絡上傳至TSP平臺存儲。由于國家相關部門要求，所有電動汽車生產企業必須建立企業級TSP 平臺，用以監控汽車運行實時狀況，以達到安全監管的目的，因此整車廠的TSP 平臺掌握著本企業所有電動汽車的實時狀態數據。

一方面電動汽車生產檢測系統利用TSP 上報的實時數據作為生產檢測依據。在車輛下線檢測時，通過事先建立的檢測標準與實際車輛上報數據的對比，確定此車輛關鍵部件運行的準確性和穩定性。如果與標準不一致，則判定為不合格車輛，不允許入庫，否則為合格車輛，允許入庫。

另一方面，車輛在生產過程中需要向TSP 系統錄入此輛車的關鍵屬性，TSP 系統才允許車輛在接入平臺。產線人員同樣利用生產檢測系統的車輛信息錄入功能，可以直接在車輛生產時同時向TSP 系統錄入。

◎ 其他第三方業務系統交互

區別于生產檢測系統，包括MES 和TSP 系統在內的系統，統稱為第三方業務系統。通過整合這些系統向外暴露的REST 接口，生產檢測系統可以將各類業務系統所需求的數據一次性錄入，避免生產線人員頻繁更換系統界面一一錄入。

（3）前臺操作層

前臺操作層就是向管理員，生產人員提供操作的界面服務，便于對數據的管理和業務執行。面向管理人員，系統提供的是電腦WEB 管理界面；面向生產人員和檢測人員，系統提供的是移動終端操作界面。在技術實現上，采用前后端分離開發模式，共用后臺各類服務。

◎ 電腦WEB 管理界面

為管理人員提供對生產檢測系統中的各類數據增刪改查的操作。通過電腦WEB 管理界面，為用戶提供安全的操作環境和清晰的顯示方式。包括人員管理、權限的分配、車輛管理、車型檢測配置管理、公告管理和各類報表。

◎ 生產線移動終端操作界面

生產線移動終端客戶端程序稱為APP，它為產線人員和檢測人員提供移動化的數據錄入和車輛檢測等便捷功能。利用APP，能夠最大限度地簡化了數據的錄入流程，突破場地的影響，提高工作效率。通過手機攝像頭掃碼識別的方式對車輛屬性數據進行采集。在APP 上實現智能的焦點跳轉功能，最大限度減少生產人員對屏幕或者按鍵觸碰的次數，提高錄入效率。在數據掃描至手機操作界面后，前端界面會基于規則驗證數據的合規性，提高錄入準確率。

利用移動終端操作界面，可以圖形化查看車輛實時狀態和操作過程。通過一鍵式檢測功能可以針對一臺或者一批車進行檢測，將符合條件的車輛批量入庫。

在實現上，采用React Native 跨平臺的開發方式，同時滿足Android 和iOS 兩大主流操作系統用戶的使用需求。

2、重點技術實現

生產檢測系統在實現上，針對具體的業務需求采取功能模塊化的技術實現思路。

（1）車輛狀態轉換設計

系統將車輛的生產周期切成若干個階段，車輛在每個階段為不同的狀態。根據數據輸入，車輛由一個狀態轉換成另一個狀態，直到入庫終止狀態。

具體狀態總最初狀態到終止狀態過程分別如下是：

◎ 排產狀態：整車廠在收到訂單后，產生生產計劃，此時車輛為排產狀態。

◎ 生產狀態：車輛上線生產時即進入了生產狀態。

◎ 數據錄入狀態：在產線中一旦錄入車輛數據時，車輛即進入數據錄入狀態。根據電動汽車生產廠商的實際生產情況，數據錄入狀態可能會持續到車輛生產結束后的若干天。

◎ 檢測未通過狀態：在達到檢測條件后，檢測人員需對車輛進行檢測。如果當前車輛狀態不符合預先設定的檢測標準，則車輛處于檢測未通過狀態。

◎ 檢測通過狀態：如果車輛在檢測中滿足檢測標準，車輛則處于檢測通過狀態。

◎ 入庫狀態：在車輛檢測通過后，檢測人員確定車輛是否可以入庫待銷售，如果滿足則此車輛處于入庫狀態。入庫狀態為車輛的生產過程中的終止狀態。

（2）車輛生產數據錄入

車輛生產數據在錄入時需要檢測數據的合法性，防止臟數據進入生產檢測系統以及第三方業務系統。另外，為了讓車輛在生產時就成為TSP 平臺的合法車輛，應及時將必要的數據錄入到TSP 平臺。這樣才能盡快通過TSP 平臺獲取車輛實時信息，以便執行后期的車輛檢測操作。

（3）車輛檢測過程

車輛在入庫之前需要對車輛數據各個方面進行檢測。結合預定義的檢測標準對各類第三方業務系統數據的完整性的檢查，對車輛上報數據時效性的檢查，對車輛各電子部件軟件版本準確性的檢查，以及對車輛上報的狀態數據合法性的檢查。在做過這些檢查之后，以系統自動設置車輛是檢測通過狀態還是檢測未通過狀態。根據整車廠對車輛入庫的要求，一次或多次檢查通過后的車輛，方可入庫。操作界面提供批量入庫的操作，省時省力。

（4）數據安全

用戶在車輛生產過程中需要從多個第三方系統中獲取和錄入車輛信息。為了保證數據的安全性，系統通過權限及JWT 技術對核心數據的訪問操作進行控制。此外，車輛生產部門可以通過TSP 平臺接口直接訪問車輛的實時數據。如果不加限制，會給消費者隱私帶來泄露的危險。因此，在車輛生產結束入庫后，系統將不允許用戶訪問在TSP 中的數據，只能夠訪問檢測系統中車輛到入庫之前最后一次檢測成功的狀態快照數據。

三、結論

本文介紹了一種電動汽車生產檢測系統的設計方案和具體設計思路。它解決了電動汽車生產企業產線數據錄入不便和車輛檢測方法匱乏兩大棘手問題，進一步提高了整車廠電動汽車生產效率和車輛入庫質量，也大大提高了電動汽車智能制造水平。