WMEM|长城汽车5A级智慧工厂与高端智能装备的“融合”
2019-5-24 来源：转载 作者：-
当前，各大整车厂及零部件企业普遍应用的自动化生产线、自动化物流系统，机器人、机械手等关键设备，绝大部分依托国外。提高自动化装备行业的技术成熟度和竞争力，是实现工业强国的必由之路。
长城汽车通过实施智能装备自主研发与互联网的有机结合，实现高端智能装备、柔性化工艺技术、无人化智能物流管理等核心技术的攻关与突破。该项目为我国汽车行业建立智能工厂奠定了良好基础，项目智能化水平达到国内领先，对加速我国汽车产业实行智能制造战略具有积极作用。
5A级智慧工厂+智能装备的有机融合
1.追求完美、匠心独具的设计理念
智能装备及其控制系统主要是在传感器、PLC、机器人、机床、检测设备、物流设备等方面的自主研发、集成。如通过自主研发智能装备，实现喷漆室循环风回用、车型自动识别技术、旋杯自动清洗技术、T型滑台技术、胶条自动粘接技术、风挡玻璃自动粘接的应用。突破柔性工艺装备技术难关，实现机器人在线检测、底盘与车身自动合装、车辆信息跟踪等技术，进而促进整车生产过程高度柔性化，实现多车型、多品类车型的柔性生产。
本项目结合“工业4.0”和“互联网+”的理念，实现制造工厂与科技的融合创新，打造适合本领域的智能化高端制造工厂，建设跨部门、跨地域、全产业链的协同工作研发平台。以MES（制造执行系统）、LES（物流执行系统）、WMS（供应商门户）、SRM（供应商关系管理）为四大支柱，实现整车与零部件的研发数据交互，增强研发过程管理和协同；通过产品数据管理系统的建设，提升了设计过程数据的管理能力，缩短了产品开发周期20%，实现设计的标准化与规范化；通过实现产品数据管理系统与BOM管理系统、设计工具之间的集成，打通研发类系统的信息孤岛；高度融合的信息系统和IT基础架构，实现以生产管理中心为枢纽。
以智能供应链、智能监控、智能一卡通、智能装备为依托，打造“一个中心，四根支柱”的创新模式，实现“5A级（5A指：控制自动化CA、能源自动化EA、过程自动化PA、安全自动化SA、信息自动化IA）”智慧工厂架构；构建整车与零部件工厂的计划协同平台，实现运营成本降低20%、生产效率提高20%以上。对30多项高端智能装备核心技术进行重点攻关，开创空中输送及地面物流地紧密结合，实现输送系统精准化，国内首创零部件与整车同厂的生产新模式。
2.高效率、智能化生产方式实施方案
产品全生命周期管理系统主要分为研发设计、生产和服务三个环节。产品在生产环节完成生产进入到服务环节，服务环节通过网络实现的功能主要有实时监测、远程诊断和远程维护，应用大数据对监测数据进行分析，形成和服务有关的决策，指导诊断和维护工作，新的服务记录将被采集到数据系统。为企业实现智能制造提供计算资源，应用网络、数据中心设备、数据存储和管理系统、应用软件，能够提供可视化的应用界面。
通过智能装备与信息化相结合，缩短产品研发周期，同时利用信息化技术，对公司的整体设计、制造链条进行智能化、可视化、精细化管理，从而将设计与制造体系有机贯通起来，解决人员、工时、环保、材料的大量浪费问题。
当代信息技术系统在工业中支持并控制着许多流程，从产品开发、生产规划到工程与生产，直至维护保养，涵盖了整个价值链和整个产品周期。通过建立一个数字信息无缝互联的技术平台，可实现工具或应用程序的研发，不同的参与者还可以利用这个平台，提供具有专业性和差异性的应用程序。产品生产规模越大，产品差异性越明显，其市场反应就越不确定。而通过实施ERP及协作数据平台，就可以接受以上所有信息，并将其考虑在程序和流程中，数据生成一次，不仅可以满足单一的目的，而且可以在已定义的数据格式下满足所有可能的目的。除此之外，可以将现在的“数据山”或“数据岛”转化为一个结构严谨的数据来源。
利用现在使用的各相关系统接口，要想实现数据在任何形式下都自动保持一致性，其数据导入、导出过程变得相当费时。因此通过实施G-BOM系统，将各个信息系统的数据进行集成，未来实现整个价值链的完整性和无缝集成，不但可以提高企业的经济效益，而且还可以提高生产力，进而提高企业的竞争力。
5A级智慧工厂助推实现高效生产
在实现智能化的同时，以节能环保为标准，网络采用工厂宽带、无线网络等方式，生产网络和办公网络分离，使数据通信保密性好、速度快、移动性强。
采用统一的通信平台和统一的应用服务平台，提供统一的通信服务，节省企业在IT方面的重复建设与投入，实现资源共享，消除了数据孤岛。突破性地将ERP、MES、LES、WMS、SRM多系统统一集成，实现基于实时制造数据的统计，同时开发完成产品质量追溯系统，构建整车与零部件工厂的计划协同平台，实现多种车间智能装备之间的协同工作，提高生产效率，降低运营成本。通过高度融合信息系统和IT基础架构，打造出“一个中心，四根支柱”的生产工艺创新模式。
“一个中心，四根支柱”示意图
1.一个中心规划
是指以生产控制为中心，包括网络系统平台、信息系统平台、自动化装备平台：网络系统平台包括网络系统、监控系统、一卡通系统；信息系统平台包括ERP、MES、WMS、OA、PDM等；自动化装备平台包括焊接机器人、ANDON系统、智能料架系统、AVI系统、PMC系统、AGV系统。这是智能化工厂的中枢神经，通过收集关联系统信息，进行分析，为快速处理现场问题提供依据。
2.四根支柱规划
（1）智能装备规划。具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化，带动工业整体技术水平的提升。
（2）智能供应链规划。供应链是企业的“价值链”，是企业运营的核心，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中。它是将供应商、制造商、分销商、零售商，直到最终用户连成一个整体的功能网链模式。所以，一条完整的供应链应包括供应商、制造商、分销商、零售商以及消费者。
（3）智能监控规划。采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面的无用或干扰信息，自动识别不同物体，分析抽取视频源中关键有用信息，快速准确地定位事故现场，判断监控画面中的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报或触发其他动作，从而有效进行事前预警、事中处理和事后及时取证，实现全自动、全天候的实时监控。
（4）智能一卡通规划。该系统以智能卡为信息载体，集自动控制技术、计算机网络技术和数据库技术于一体，是综合性信息网络平台。通过系统可以实现员工门禁、考勤、水、电、气、暖、停车场管理、保安巡视和内部消费结算等综合应用，加强对人、财、物流的有序管理，提高资源的共享利用率。
自主高端智能装备突破瓶颈
以精益生产为主导，以创新工艺设计为中心，以智能装备为依托，以“智能制造”为目标，利用互联网完成整个工厂的信息流、物流的协调统一；瞄准高端智能装备、自动输送技术、智能化数据平台、柔性化生产等核心技术推进落实自动化、信息化、少人化、模块化的智能工厂。
之所以称为智能化工厂，在于智能装备与信息化的有机结合，其必须解决智能化基础管理、柔性化生产切换、高效自动化生产、信息共享、信息集成、自主控制、节能环保等多项主要技术难点。
智能化工厂整体完成30项重大难题的解决与再造创新：冲压自动化生产效率提升、多车型共用生产线技术的研发与应用、全景天窗顶盖焊装工艺研发与应用、CMT焊接、同步生产上位系统研发与应用、全自动喷涂、TNV设备的应用、喷漆室循环风回用、车门胶条自动粘接、底盘模块整体举升自动合装、扭矩管理系统、整车转接吊装方式创新、风挡玻璃自动底涂和涂胶技术、玻璃自动安装技术、柔性化生产线技术、天窗自动上线机械手、车门线EMS小车+横向存储技术、PBS区摩擦辊床输送及空中拆车门方式研究应用、自动化物流、模块化装配等。
1.冲压工艺
采用先进节能的连续生产模式，相比传统的断续生产模式，避免了因压力机的频繁启停造成的时间及能源浪费，综合节能达20%，年节约用电152万kWh。同时连续生产模式在不降低生产节拍前提下，降低了压机滑块速度约30%，更好地保证冲压件质量。所有线体均采用先进的数控液压拉伸垫，相比传统的气动拉伸垫，生产过程中压力波动可控制在10%以内，提高了冲压件的成形质量。
自主研发废料双层分拣智能装备。为了消除废料分拣过程中废料二次转运，提高废料分拣的经济效益，节省厂房面积，降低前期建设成本，开发了由上废料分拣线、下废料输送线、废料滑料斗组成的废料双层分拣技术。
2.焊装工艺
这是自动化率最高的车间，使用机器人多达525台，焊接自动化率达98.7%。门盖外板料筐输送、门盖总成输送及分总成输送采用EMS，防飞溅液采用机器人喷涂技术，VIN打刻采用机器人在线打刻技术，最大化地减少了车间人员数量。
焊接工装
研发的主要装备有：T+型滑台自主研发辅助装备、夹具切换推进式智能装备、在线检测系统开发应用等。
3.涂装工艺
被定义为绿色、环保、高效的喷涂车间。在节能减排方面，应用先进的TNV及循环风回用技术及中水回用技术，单车消耗标煤74.86kg，单车VOC排放20.97g/㎡，达到清洁生产先进水平。应用124台喷涂机器人，节省操作人员98人，自动化程度在国内领先。内腔喷蜡采用的半自动喷蜡设备，内腔防腐能力进一步提升，喷漆设备油漆利用率达到80%，采用热量回收系统，对烘干释放的热量进一步回收用于前处理槽液加热。
涂胶
主要研发的装备技术有：旋杯自动清洗装备、喷漆室循环风回用技术、自动涂胶智能装备、车型自动识别智能装备等。
4.总装车间
具有高度灵活性、高效性、环保和人性化特点。底盘高工位采用升降旋转吊具，组装线采用升降滑板代替传动底盘线半高和低工位作业内容，减少底盘线和组装线160人走动用时，每人每年减少走动路程为1250km。车间大量采用电动和电池工具，在保障产品质量前提下降低车间噪声，减少车间尾气排放，保障人员在健康环境下轻松工作。车间整体噪声平均控制在74dB以下，每年减少尾气排放量34.6万m3。
主要研发的装备技术有：底盘自动合装装备，全自动车门密封胶条粘接装备，自主研发上中下物流成套装备，风挡玻璃自动底涂、涂胶技术，以及玻璃自动安装技术等。
主要技术成果及效益分析
项目顺利实施后，彻底消除了现存的生产工艺浪费，实现了高效率、灵活的生产，生产节拍达到52s，日产1000台以上，白车身骨架精度95%以上，车身防腐年限提升至5年无锈蚀、12年无穿孔，焊接自动化率达98.7%。建设完成跨部门、跨地域、全产业链的协同研发平台，产品开发周期缩短20%，生产效率提高30%以上。
通过在焊装、涂装、总装车间输送线体，布置车辆自动识别系统，从焊装EMS/滚床输送/工艺线体、涂装全车间到总装PBS区/底盘线/组装线，布置读写站80余个、载码体500余个，仅在涂装车间就分布车辆跟踪站点47个，含路由站点12个、计划比对站点10个，车辆信息跟踪和路由控制精准率达到100%。
打造完成“5A”级智慧工厂，使产品不良品率降低20%，运营成本降低20%，能源利用率提高10%以上。该项目的实施及技术的推广，符合国家智能化工厂发展策略，项目产品的质量相对稳定，在本领域具有广泛引导作用和良好的市场效益。项目完成投产后，智能化工厂生产能力为年产25万辆轿车，项目总投资为37.8亿元，达产时年销售收入约为50亿元。不仅利于企业自身发展，同时为我国汽车产业做出贡献。
结语
该项目实施过程中，获得国家发明专利10项，实用新型专利15项。项目结束后沉淀总结技术经验，形成了关键设备相关设计规范17项，形成了从产品方案规划、图样设计到现场调试的核心研发团队。
该项目的实施拉动了区域消费需求，有利于完善汽车供应市场品种结构，促进社会经济持续发展，促进社会需求建设，加快汽车工业结构调整，节能环保。是贯彻国家汽车工业结构调整政策，推动我国汽车产业健康发展的有益尝试，将为中国自主汽车品牌的持续发展提供支持。
来源：《世界制造技术与装备市场（WMEM）》
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