自動化汽車工廠數字化改造之路

王志恒

江淮汽車集團股份有限公司 安徽合肥 230000

伴隨著汽車市場競爭程度的加劇和消費市場的需求升級，低成本、高質量和快交期無疑成為各大汽車廠轉型升級追求的目標。多品種、小批量生產模式對制造企業帶來了巨大的挑戰，數字化作為貫通數據流和打通業務流程的有力賦能工具，業已成為各大制造商搶占的高地。由于國內傳統車企建廠時間較為久遠，自動化程度相對低下，同時初建時并沒有完整的數字化規劃設計，而為實現數字化新建工廠也并不是最優選擇。基于此背景，在現有工廠基礎上進行數字化升級改造，成為傳統車企實施數字化制造轉型的最優之路。

現狀概述

1、業務痛點

商務車公司建設時間較為久遠，自動化和信息化水平不高，面對車型日益增加的現狀，依靠現有的管理方式和信息化系統已然捉襟見肘。具體業務痛點有如下六點：①安全件上線沒有防錯，并且集中掃碼，無法及時發現物料裝配錯誤。②加注、檢測等設備數據本地保存且沒有在線防錯功能。③現場主線和輔線缺少配置單，針對無條碼且種類多的零部件容易發生錯裝問題。④現場各工位均有安燈按鈕，但停線工位定位無法做到即時反饋，停線數據依靠人工記錄，準確性和后期的停線統計分析都存在問題。⑤過程缺陷在質量打卡上手工記錄，缺陷沒有統一管理，無法實時查看缺陷分布；因人工對缺陷閉環情況確認失誤導致問題車流入下道工序情況時有發生。⑥問題車質量追溯時需要查看幾個不同的系統和紙質單據，查找時間過長，影響追溯定位效率。

通過對工廠現有的信息化系統進行調研發現，雖然信息化系統能夠支撐現有的業務，但集成性明顯不足，對生產的實時性管控和反饋顯然缺失。具體表現為：①工廠系統相對較全，但各系統之間基本沒有交互，典型的數據孤島。②在產車型100余種，同一工位裝配物料品種繁多，MES與BOM沒有形成有效聯系以實現在線防錯。③關鍵物料和安全件實行報交后統一掃碼方式（人工將單據送至PBS調度室統一掃碼），安全件系統僅作為綁定功能使用，無法即時發現錯誤。④擰緊設備系統未合理使用，無防錯和控線功能，數據未與VIN綁定。⑤合格證和環保單打印系統無法做到唯一性打印，人工選擇易出錯。⑥檢測設備系統僅將數據存儲，人工定期將數據拷貝出來進行相關分析。⑦加注設備掃碼加注，但結果質量數據未實現一車一檔存儲。

2、自動化及網絡現狀

工廠建設時間久遠，由于當初的技術和規劃理念，自動化與現有的數字化理念存在一定的差距，所以對整體的改造造成了一定的阻礙。具體為：①各線體沒有車輛識別功能，更不用提精確跟蹤。②線體PLC采用的是西門子315系列，通信方式為profibus而非profinet。③車間除了MES幾個站點使用的網絡外沒有其他網絡。

解決方案

1、整體架構

通過與業務部門深度交流和現場充分調研，結合業務可預期發展模式，規劃了數字化升級FAS（Factory Automation System）系統的整體架構，如圖1所示。

圖1 數字化升級整體架構

2.網絡架構

本次升級，涉及到車間主干網絡（負責車間主干網絡數據傳輸）、無線網絡（負責為移動終端提供網絡）、工控網絡（聯通現場PLC與上層系統，保證信息交互）、監控網絡（關鍵工位視頻監控，考慮到視頻流量較大，監控網絡單獨部署，不接入主干網絡）。具體架構如圖2所示。

圖2 網絡架構

3.核心功能

（1）車身自動跟蹤AVI 按照已實施FAS工廠的通常做法，內飾、底盤和合裝線車身跟蹤采用“超高頻RFID+循環TAG+編碼器”的方式實現。該方式的實施涉及兩個重要的前提條件：在車身上能找到合適的位置懸掛TAG芯片，并且滿足多車型上TAG能夠被RFID讀寫設備準確、及時識別；車身在進入內飾線首之前，車身信息能夠被寫入TAG，此過程通常在PBS區域人工手工操作。

該跟蹤方式在安馳現場實施存在一定難度，主要是找不到合適、安全的位置懸掛TAG于車身上。前期工廠基本在PBS庫區拆車門的位置進行TAG懸掛操作（員工主要操作拆車門和懸掛TAG及掃碼信息寫入，同時有作業平臺利于員工操作），但該工廠的拆車門位置在內飾線工位，無法滿足跟蹤要求；因滑撬+車身的高度可達3m，在PBS入口懸掛TAG需要搭建操作平臺，同時要設置1人操作，該方式不符合現場實際狀態。

通過觀察發現，每輛車身左后視鏡下面位置均粘貼有車身VIN數碼，考慮采用自動掃碼來識別車身信息。經過現場實際測算，主線速度為7cm/s，經咨詢相關掃碼設備廠家及現場實測，自動掃碼方式能夠滿足現場自動掃碼需求。本項目采用“自動掃碼槍+條碼+編碼器”的方式實現車身精準跟蹤。具體AVI點位設置在內飾A上線、內飾B上線、底盤A上線、底盤B上線及合裝上線。

通過該跟蹤方式，實現了車身在各線體位置的精準跟蹤，為相關功能提供了支撐。自動掃碼槍安裝位置如圖3所示。

圖3 自動掃碼槍安裝位置

AVI站點硬件安裝及界面如圖4所示。

圖4 AVI站點硬件安裝及界面

（2）在線防錯（關鍵件、加注、擰緊）在線防錯功能的核心（見圖5），在于通過信息化和可視化的方式下達和反饋相應的指令，為員工提供即時的結果反饋，從源頭上進行防錯和糾錯，保證整車生產過程的質量。主要防錯功能集中在如下3個方面。

圖5 在線防錯功能及界面

1）改變傳統的關鍵件因集中掃碼可能存在的事后發現問題而造成的返修成本和質量事故，為此將關鍵件裝配指示和掃碼校驗的工作分散在各裝配工位進行。通過“裝配指示--掃碼校驗--結果反饋--異常停線”的運作機制，保證“三不原則”的高效實現。

2）改變傳統的加注參數人工選擇/掃碼的方式觸發加注指令，加注完成后數據存儲在孤島，排查問題需要到現場拷貝數據的方式。通過對加注機進行改造，FAS系統向加注機下發加注參數，加注機執行且將過程和結果數據上傳給FAS，同時，若人工未執行加注指令或加注存在問題，FAS系統即時控制輸送線停線，直至加注結果符合要求方可允許通行。

3）傳統的擰緊指令下發需要員工掃碼觸發，同時擰緊的參數和結果保存在擰緊系統中，無法做到即時查看。通過FAS與擰緊設備進行數據交互，FAS將AVI過點數據中的特定字段下發給擰緊系統，擰緊系統根據字段指令調用相關參數執行，當擰緊指令未執行或未在指定工位內完成或執行結果存在差異，FAS系統即時控制輸送線停線。

（3）缺陷管理（質量缺陷數據庫、錄入、閉環、復檢、質量門） 缺陷管理作為本次改造的核心功能，是實現質量數字化管控的核心手段，其主要作用在于缺陷記錄、返修及結果確認的數字化和關鍵控制點的質量放行。缺陷管理功能實施的前提條件是具備一套全量的、標準化的缺陷數據庫，能夠對缺陷進行詳細分類和定位，讓現場員工能夠針對發生的缺陷在手持終端上快速錄入。

缺陷管理功能從缺陷錄入開始實行數字化管理，缺陷返修采用移動終端進行返修點指示和返修結果反饋，再次上線前人工針對閉環的問題復檢，確保實物與信息的一致性。如圖6所示，在通過過程質量門時，自動檢索車輛缺陷閉環情況，所有判定結果OK方可放行，針對未閉環的問題給予流向指示。

圖6 OK線過程質量門界面

4.裝配指示單

裝配指示單作為員工裝配提示的目視化單據，其投入使用能解決諸多因人工記憶或翻看相關文件而導致的錯裝和效率損失問題。FAS系統將裝配指示單進行全量管理，根據車輛過線序列自動打印出對應的單據，粘貼在合適的位置，指導員工全過程裝配。

5.一車一單

全過程數據即時獲取、精準追溯。當發生質量問題時，以往的做法是從各孤島系統中分別導出時間段內的數據，然后分別查找對應車輛對應歷史數據，通過多部門協調和多系統數據論證來定位問題的根源。一車一單的改造是針對質量追溯痛點量身定制，將涉及質量的加注數據、關鍵件數據、檢測數據、缺席數據等眾多數據按照單車的模式進行集成，只用在系統中輸入目標車輛號碼即可呈現質量的所有過程和結果數據。

效益分析

本次針對低自動化工廠的數字化改造，為工廠提供了可觀的有形和無形收益。具體表現為：①關鍵件、缺陷記錄等實現無紙化，節約紙張和打印相關耗材成本約8萬元。②車輛定位和停線定位信息實現即時獲取，減少產能損失約1500臺，合計減少工廠加班約60h成本。③質量管理（缺陷管控、關鍵件完整性）將質量問題控制在工廠內部，從根源上消除了缺陷流入市場風險，根據以往數據統計，減少約10余起質量問題車輛流入市場的風險事件。④傳統的經驗式過程管理方式逐步得到有效改變，向以數字為導向的科學化管理發展。⑤在提升生產效率、質量和降低成本的同時，數字化工具的使用有效提升現場的現代化水平，給參觀者帶來了非常好的視覺沖擊，為品牌認可度提升奠定了基礎。

結語

自動化汽車工廠數字化升級改造是工廠兼顧轉型升級與投資性價比的改造之路。以公司發展戰略為指導，以業務痛點為契機，著眼于當前和未來的數字化發展目標，立足現狀進行整體規劃和分步實施，是推進自動化工廠數字化升級改造的有效路徑。數字化升級改造是一條無止境的持續優化之路，只有牢固樹立以質量（Q）、成本（C）、交期（D）等指標的持續改善為評價標準，才能在數字化轉型升級之路上越走越遠。