【智能制造】汽车整车制造工厂智能制造系统解决方案

1.2 案例特点

1.2.1  项目涉及的领域和特点

作为汽车工厂典型案例，该项目及相关装备技术获得过2011年机械工业优秀工程咨询成果一等奖，2013年中国机械工业科学技术三等奖和中国汽车工业科学技术三等奖、2014年东风汽车公司科学技术一等奖、机械优秀项目管理和总承包奖一等奖、机械优秀项目管理和总承包奖一等奖，中国汽车工业科学技术二等奖，2015年中国机械工业科学技术三等奖，2016年机械工业优秀工程设计二等奖共9个国家级、省部级行业奖项。

项目具有以下特点：

（1）采用先进的生产工艺，工艺水平达到国际先进水平。

（2）坚持建设绿色环保型企业的理念贯穿整个项目的设计、建设、生产运营过程，环境保护方面成绩突出。

（3）设计及建设阶段采用了BIM技术、工艺数字化技术等设计手段，通过虚拟建造验证、仿真优化等方式，以及先进设计管理、项目管理、施工管理等方法。

1.2.2 拟解决的关键问题

1．打造绿色、环保、先进、智能的汽车工厂

2．实现数字化工厂全流程协同设计

3．解决不同软件平台之间数据互用性问题

4．解决虚拟数字化工厂与物理工厂之间的信息交互及数据驱动

全数字化设计标准体系架构

虚拟数字化工厂与物理工厂之间

信息交互和数据驱动

1.2.3 存在和突破的技术难点

汽车制造业相比较其他制造业自动化程度相对较高，但普遍存在数字化基础欠缺、信息化不足、智能装备专业维保投入不够、信息化孤岛太多，缺少工业大数据平台或实施数据融合平台，在跨部门、跨车间、跨系统的信息化协作过程中出现各种问题和瓶颈。

面对制造企业现状及上述需解决的问题，东风设计院认为，达成最终智能制造的智能工厂的体系架构应包含以下几项核心技术。

1．汽车工厂全数字化设计体系（含设计、仿真、调试）

2．工厂全周期深度应用流程及标准体系（含装备制造、装备集成、生产运行组织）

3 ．图形图像及数据库技术

4 ．全过程编码体系

5 ．数据驱动及数据通信协议

2.1 需求分析

根据与项目投资建设方的前期沟通及交流，确定项目整体建设要求如下：

（1）以设计汽车行业精品工程、建设国内一流的乘用车生产基地为目标，以创新、技术进步为依托，总结国内多个汽车整车公司的设计经验。

（2）以满足现代乘用车整车制造工厂对“柔性化——多平台、多车型、多品种同线混流生产；高效率、低成本——在制产品尽量减少；快捷——高效的场内外生产物流；节能环保、低噪声、低能耗”的要求，建设工厂。

（3）要求结合工厂和产品的实际情况与国内外汽车装备的优势资源，在本项目汽车整车制造5大生产工艺各专业中，发挥优势，进行技术创新和流程改进。

（4）从生产工艺、设备选型、总体规划、工程建设等各个环节考虑节能环保，把节能与环保的理念贯穿于整个项目的设计、施工、运营的全过程中。

（5）在设计与建设周期短的条件下，依靠技术进步、优化设计、采用新工艺、新设备、新材料和先进设计管理、项目管理、施工管理等方法，在保证设计高质量前提下，缩短项目设计、建设、安装、调试、竣工投产的总体时间。

2.2 总体设计情况

我国国情下的汽车工厂智能制造顶层规划核心在于，以全面数字化为基础，全面信息化为骨架，建立信息和物理融合系统（CPS），达成全周期的高度智能化。其中全面数字化基础包括工厂及设施、生产线相关的人机料法环的设计、仿真、调试，全面信息化骨架包括数据驱动的面向汽车制造全流程应用。

智慧工厂框架图

根据项目建设目标要求及产品特点，项目在规划阶段进行了生产工艺规划、系统集成规划、厂房建设规划三方面工作，智能制造顶层规划涵盖并贯穿上述三方面。详图6是总体设计系统实施架构，智能制造顶层规划设计应有机地贯穿和服务于生产工艺规划、系统集成规划、厂房建设规划，并通过生产线集成、数字化车间集成，最终完成智能工厂集成。

总体设计系统实施架构

2.2.2 系统集成规划及要点

结合工艺规划要求，围绕汽车制造工艺生产特点，从软硬件体系、工程实施等层面梳理汽车工厂重大关键装备及核心装备技术、系统集成方法、核心基础技术。

1．生产线集成

结合制造工艺特点，以生产线工艺规划设计为基础，一方面通过设计过程，梳理装备标准化要求，另一方面通过仿真过程，优化装备工艺实现过程，以车间级信息化规划为上层次要求，提出关键工艺装备的数据接口及通信协议要求，作为生产线设备的重要技术参数指标。

基于生产线的数字化设计、仿真优化、装备制造、联合虚拟调试的闭环，达成高度集成的智能化先进生产线。

2．数字化车间集成

基于东风设计院相关数字化车间企业标准和部分国家标准，进行规划设计，预留车间级扩展要求，包括数字化模型应用扩展标准、信息化数据接口标准等。

3．系统集成所需典型核心技术及系统集成方法（见下图）

2.2.3 厂房建设规划及特点

按生产工艺规划要求及总图及物流规划原则，结合企业工厂基础设施建设标准，进行厂房设计、建造工作。

全程采用BIM顺行设计体系，进行参数化建模、数字化设计。通过统一的设计环境视图样板、BIM设计标准到BIM设计质量评价标准，以及设计师BIM设计能力考核标准等编制形成，使得BIM设计闭环体系建立。

2.3 实施步骤

项目总体按一次规划，分期实施的原则。分为总体规划阶段、一期设计、建造、设备安装调试、试生产、二期能扩、生产组织优化等阶段。

项目实施阶段及过程

实施智能制造要立足制造谈智能，围绕汽车行业制造过程的痛点、难点及场景，研究技术路线和解决方案，强调以工艺规划和信息化为龙头，充分借助数字化和信息化手段将关键问题和处理流程前置，使得多专业协同问题能在设计和试生产之前用最小代价提前优化调整，最终匹配总体规划目标。

3.2 复制推广情况

3.2.1  复制推广企业、行业和地区

东风院基于在该项目实施过程中积累的知识及总结的经验，结合2015年相继发布的《国家智能制造标准体系建设指南》、《智能制造能力成熟度模型白皮书（1.0版）》指导文件，自主开展了一系列重大技术攻关及企业标准课题研发工作，成为指导公司在机械行业特别是汽车制造业领域，针对客户在新建项目或者原有项目开展技改工作的纲领性指导院标。其中涉及的客户，有生产制造乘用车、商用车的传统汽车制造业企业，也有新能源汽车企业及智能网联汽车企业。

3.2.2  对行业或地区产业智能转型的带动情况

《中国制造2025》明确将智能制造工程作为政府引导推动的五个工程之一，目的是更好地整合全社会资源，统筹兼顾智能制造各个关键环节，突破发展瓶颈，系统推进技术与装备开发、标准制定、新模式培育和集成应用。加快组织实施智能制造工程，对于推动《中国制造2025》十大重点领域率先突破，促进传统制造业转型升级，实现制造强国目标具有重大意义。

东风院和大唐广电科技（武汉）有限公司受武汉市经开区经信局委托，由政府业务主管部门组织领导，对辖区内制造业企业智能制造的现状水平进行了问卷调查及企业走访调研。通过调研，真实掌握辖区内制造业企业智能制造的水平和未来是否有改扩建的计划，并通过与辖区企业面对面交流，与潜在客户对象建立联系，涉及工艺、自动化、信息化、BIM等，专业人员的研究视野得到拓展，综合水平得到真实的提升。

3.2.3  可复制推广的“模式”

（1）技术标准复制推广。标准体系及其衍生专利技术、相关软件产品可以直接应用和推广到新项目中，结合不同项目实际特点及要求，可进行接口标准适配或定制企业标准化梳理工作。部分关键共性技术也可以推广至其他制造业领域。

（2）技术服务经验推广。可定制化精准服务，在汽车制造及其他制造领域推广智能制造。

4.1 智能制造实施建议

《中国制造2025》是以两化融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，说到底是要解决新一代信息化技术变革带来的制造业产业升级的问题。应主要围绕“产品升级、服务升级、制造升级”来展开。图15为我们理解的智能制造的终极目标，即不断适应消费升级的高品质需求、服务升级的个性化需求和人类活动、制造组织流程的数字化、信息化过程的需求。

我们理解智能制造的终极目标

智能制造推广本身就应该结合企业实际情况进行，关键是梳理清楚企业哪些地方落后，哪些地方亟待改善，哪些是困扰企业发展的重点问题，这些都需要结合内部优劣势，外部机遇和风险进行，但对于大型企业和中小型企业而言，又有不同的解决思路。

1 ．对于大型企业

对于大型企业而言，要有自身企业标准，而且应该是建立全过程、所有部门的组织体系，打通底层的数据流，这些都依赖于一些企业信息化编码标准、数据资产的信息化管理的健全。每个行业，每个企业都不一样，一定不能拿别人的产品直接照搬或简单进行产品化引入，可以在关键环节技术性引入、消化、吸收，并结合企业自身发展需求进行重构，推荐企业循序渐进地做好长远规划。

2．对于中小型企业

中小型企业往往受制于技术革新、上下游市场行情变动、零部件及成品积压、企业流动资金紧缺带来抗波动能力相对较差，本身在智能化装备、信息化方面投入不足，生产工艺和技术规划研发投入也不足等现状，这样的企业更要结合自身的痛点问题，在满足中长期规划的情况下，不断调整中短期规划，以应对外部变化。

对中小型企业而言，产品灵活性应更强，其核心关键是要能快速适应市场需求，包括产品柔性、产能柔性等个性化、定制化需求，还需要建立“服务型制造”组织意识，多方面提升企业的竞争力，而不是盲目追求“高大上”的“智能制造”。

下图为我们推荐的智能制造实施步骤建议，基于智能制造顶层规划设计，从基础建设到实现全面数字化和信息化，以及基于数据流驱动的高度协同实现，最终实现基于大数据分析的高度智能化。

智能制造实施步骤建议

我们也建议政府可以根据不同行业、不同企业水平现状，实行不同扶持推广政策，最终能够完成产业转型升级和供给侧改革，实现制造业强国的战略目标。