汽車研發驗證中心模塊化組網及智慧應用場景研究

金濤　鄭治強　劉彥榮

摘 要：本文以某新能源汽車研發驗證中心為研究對象，結合當前智能化前沿技術，從網絡架構、系統平臺及應用場景等方面出發，給出整體設計思路及方案建議，以促進企業數字化轉型。

關鍵詞：研發驗證 模塊化組網 管理平臺 智慧應用

1 引言

隨著消費者需求的不斷變化以及國內新能源汽車行業的快速發展，汽車產品正在邁向全新的設計研發階段，不少汽車企業為了適應市場、提升研發能力，規劃或建設了先進的研發中心，旨在不斷提升研發能力、提高市場競爭力。汽車研發中心作為推動汽車行業技術向前發展的的主要載體，是實現行業數字化和智能化的關鍵一環。只有智能化和數字化框架下的研發中心才符合行業發展潮流，才能促進企業轉型發展。

本文提出的數字研發中心是在研發中心的規劃、建設、運營全生命周期中系統性融入智慧、安全、效率、節能、保密等理念，以數字化技術手段推動研發中心的統一調度和模塊化管理，促進企業低碳發展、高效管理、安全運營、智慧創新，形成全面優化、高度創新、深度探索的新型數字化研發中心。

數字研發中心不是局部的創新與智能，而是多場景全流程聯動，體現在數據融合、場景聯動、敏捷創新、高效管理等方方面面，數字研發中心的實現離不開新型智能化基礎設施的硬件支撐，也離不開智慧平臺、智慧應用、智能聯動等層面的軟件實現。

2 需求分析

本文以某新能源項目的電驅動總成試驗室為研究對象，分析數字化汽車研發驗證中心的模塊化組網方式及一些典型的應用場景，以充分應用數字化或智能化手段保障試驗安全、提高試驗效率。

該電驅動總成試驗室一層主要進行新能源電動車及油電混合類車的電機及動力總成的性能和匹配類試驗；二層主要為設備間，根據試驗需要放置配套的工藝輔助設備以及空調機組等公用設備。試驗室三層及四層主要為帶載綜合試驗區、高壓部件試驗區、電機控制器試驗區等，試驗對象為控制器以及單體電機，實驗室內設置溫度箱等試驗設備。同時，三層設置了專用倉庫，用于存放試驗儀器、試件、工具等。各區域功能劃分較為明顯。

經調研了解，試驗室各區域由不同部門或不同試驗小組進行管理。試驗及各輔助系統獨立運行，無相應連鎖機制，針對突發事件或安全性事件均無可靠保障系統，試驗儀器、試件、工具出入庫沒有有效管控，經常發生試驗人員找不到儀器的情況，影響實驗效率。項目在試驗安全管理、試驗設備網聯、能源監測及試件管理等方面存在較高的智能化要求。

為符合項目整體定位，滿足汽車研發中心在安全管理、業務效率提升、高效運營方面的整體需求，有必要規劃好基礎網絡設施系統，為試驗室的數字化管理及智能化運行形成強大的基礎支撐。

同時針對這些傳統問題，基于試驗室綜合管理平臺，本研究提出了幾種典型的應用場景，以彌補多系統聯動的空缺，為汽車測試試驗可靠、安全運行提供保障，同事提高試驗室的運行效率和試驗效率。

3 系統組網及管理平臺

根據業務需求，本試驗室網絡分為業務網和設備網。有線網絡、無線AP、IP電話、信息發布等，需要連接外網的設備或網口，均部署在業務網；視頻監控、門禁、試驗設備、能源管理等，基本不需要外網支撐或對保密性要求較高的設備或網口，均布署于安防網。同時通過劃分VLAN將不同用途的末端設備進行相互隔離，切將視頻監控系統布署于固定帶寬的專用VLAN，以解決視頻監控的大流量對整個網絡帶來的不良影響。

園區業務網和設備網均采用核心-匯聚-接入三層架構。核心交換機設置于網絡主機房，匯聚交換機設置在各建筑內。用戶服務器系統、存儲系統等設置于網絡主機房，提供整個網絡系統的管理功能。接入交換機按照試驗管理單元，模塊化布署。試驗區域業務網需求相對明確，本文不做探討。對于設備網，模塊化組網架構示意如下圖1所示。

根據需求調研，試驗區域組網設備可以分為四類：安全設備、公用設備、工藝設備、能耗計量設備，系統總體實現以太網組網，并根據末端設備的通訊及控制接口類型，設置相應數據采集模塊或控制模塊，以實現數據分類采集功能。

同時，以分類及清洗的數據為基礎，通過搭建園區智慧檢測管理平臺，不僅可以實現可以提供園區統一入口、統一管理、應用接口開放、可視化展示、移動應用、數據分析等服務，還可實現集中監控，統一管理，使它們協調工作，做到充分數據共享，并根據管理需 要形成試驗安全、智慧檢測、智慧能源、倉儲管控等應用功能。 當然，可以根據管理需要擴展一些智慧應用功能。本文主要介紹試驗安全、智慧檢測、倉儲管控三個典型應用場景。

4 典型應用

4.1 智慧檢測

本文所述智慧檢測，可以包括從委托申請到報告發布的所有環節，每個環節可對應相應的功能模塊，比如試驗管理、設備管理、人員管理、樣品管理、數據管理、運營管理等功能模塊，按實際需要進行設置。

以試驗管理為例，又可以包括智能排程、自動巡檢、自動報告生成等功能。智能排程功能是用于監控試驗排程的優先級、工藝流程、人員的空閑情況、設備的占用情況、物料的沖突情況、樣品的到樣情況；自動巡檢功能用于設備、物料、樣品、夾具以及試驗環境的試前巡檢，及識別試驗開啟的條件、到檢驗的方法、檢驗的大綱和檢驗樣品和人員的確認。報告自動生成功能，是通過自動采集加工并存儲試驗數據、自動生成報告、報告按規范化流程進行審批、發布報告、分配人員查看權限等，自動報告生成模式如圖2所示。

4.2 試驗安全

試驗室安全運行管理主要包含試驗消防管理、試驗安防管理、安消聯動等，從試驗設備到試驗環境，全面監控，實現試驗過程的全流程安全保障。

對于試驗消防管理，除了設置火災探測、危險氣體探測、報警及警報裝置、聯動控制裝置外，針對新能源車輛試驗的特殊工藝需求，可以根據現場情況設置工藝消防設施。比如在本文例舉的項目中，電池充電測試的相關試驗室內，設有水池或自動撤離機構，當試驗中發生起火時，通過聯動設置自動停止試驗并自動將事故電池或車輛沉入水池，或拖拽到室外空地進行處理。

試驗安防管理主要是通過選擇人臉識別功能攝像機，將前端攝像頭中人臉圖片和注冊庫中的人臉進行實時比對及布防，如果非本試驗室人員進入該管理區，可進行軌跡跟蹤且可調閱，同時黑名單人員可自動報警提示，或直接上墻。系統可按試驗單元對人臉進行布防，每個試驗單元可以單獨配置人臉庫，實現單獨布防并聯動視頻進行目標跟蹤。當前端觸發報警后，系統會聯動監控點對警情現場進行錄像及抓圖，事后通過查看錄像文件和圖片來還原報警時現場的情況。

安消聯動主要是根據火災報警控制器的火災報警信號，設定該區域相關的攝像機聯動，當火災報警發生后聯動查看關聯的監控攝像機，監控大屏自動彈窗，通過視頻監控快速核實；也可通過平臺聯動設置，當報警發生時，自動聯動門禁解鎖，方便人員在緊急情況下進行疏散和逃生；同時可通過統一的管理平臺發出多種形式的報警提示信息。試驗安全管理平臺界面示例如圖3。

4.3 倉儲管理

倉儲管理模塊主要針對試驗區域涉及的試件樣品、工具儀表、備品備件等形式多樣的物品。

本文研究對象的倉儲區，采用了多種形式RFID 電子標簽，賦予物品唯一電子身份識別碼，可綁定或修改對應物品明細、規格、型號、借還、報廢、轉移、調撥等操作信息，將電子標簽和物品信息綁定，實現了物碼合一。

同時，通過識別員工卡，并利用高性能手持終端對RFID 電子標簽進行掃簽出入庫，生成電子化明細傳入后臺或導出本地，便于管理。

而且，系統利用RFID出入檢測裝置，將進出入物資數據無感識別后傳入至系統管理平臺解析，授權出庫。異常出庫時，進行聲光報警并就近聯動攝像機抓拍，出庫記錄可實時查詢。

5 綜述

根據項目實地調研，汽車研發驗證企業在智慧檢測、試驗安全、倉儲管理方面的智能化或智慧化非常重視，且需求較為迫切，本文以此為背景，結合項目實際情況，從網絡架構及管理平臺方面進行簡單分析，并例舉幾種典型的應用場景，以拋磚引玉，探索新型研發中心的數字化轉型模式。

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