WMEM|長城汽車5A級智慧工廠與高端智能裝備的“融合”
WMEM|長城汽車5A級智慧工廠與高端智能裝備的“融合”
當前，各大整車廠及零部件企業普遍應用的自動化生產線、自動化物流系統，機器人、機械手等關鍵設備，絕大部分依托國外。提高自動化裝備行業的技術成熟度和競爭力，是實現工業強國的必由之路。
長城汽車通過實施智能裝備自主研發與互聯網的有機結合，實現高端智能裝備、柔性化工藝技術、無人化智能物流管理等核心技術的攻關與突破。該項目為我國汽車行業建立智能工廠奠定了良好基礎，項目智能化水平達到國內領先，對加速我國汽車產業實行智能制造戰略具有積極作用。
5A級智慧工廠+智能裝備的有機融合
1.追求完美、匠心獨具的設計理念
智能裝備及其控制系統主要是在傳感器、PLC、機器人、機床、檢測設備、物流設備等方面的自主研發、集成。如通過自主研發智能裝備，實現噴漆室循環風回用、車型自動識別技術、旋杯自動清洗技術、T型滑臺技術、膠條自動粘接技術、風擋玻璃自動粘接的應用。突破柔性工藝裝備技術難關，實現機器人在線檢測、底盤與車身自動合裝、車輛信息跟蹤等技術，進而促進整車生產過程高度柔性化，實現多車型、多品類車型的柔性生產。
本項目結合“工業4.0”和“互聯網+”的理念，實現制造工廠與科技的融合創新，打造適合本領域的智能化高端制造工廠，建設跨部門、跨地域、全產業鏈的協同工作研發平臺。以MES（制造執行系統）、LES（物流執行系統）、WMS（供應商門戶）、SRM（供應商關系管理）為四大支柱，實現整車與零部件的研發數據交互，增強研發過程管理和協同；通過產品數據管理系統的建設，提升了設計過程數據的管理能力，縮短了產品開發周期20%，實現設計的標準化與規范化；通過實現產品數據管理系統與BOM管理系統、設計工具之間的集成，打通研發類系統的信息孤島；高度融合的信息系統和IT基礎架構，實現以生產管理中心為樞紐。
以智能供應鏈、智能監控、智能一卡通、智能裝備為依托，打造“一個中心，四根支柱”的創新模式，實現“5A級（5A指：控制自動化CA、能源自動化EA、過程自動化PA、安全自動化SA、信息自動化IA）”智慧工廠架構；構建整車與零部件工廠的計劃協同平臺，實現運營成本降低20%、生產效率提高20%以上。對30多項高端智能裝備核心技術進行重點攻關，開創空中輸送及地面物流地緊密結合，實現輸送系統精準化，國內首創零部件與整車同廠的生產新模式。
2.高效率、智能化生產方式實施方案
產品全生命周期管理系統主要分為研發設計、生產和服務三個環節。產品在生產環節完成生產進入到服務環節，服務環節通過網絡實現的功能主要有實時監測、遠程診斷和遠程維護，應用大數據對監測數據進行分析，形成和服務有關的決策，指導診斷和維護工作，新的服務記錄將被采集到數據系統。為企業實現智能制造提供計算資源，應用網絡、數據中心設備、數據存儲和管理系統、應用軟件，能夠提供可視化的應用界面。
通過智能裝備與信息化相結合，縮短產品研發周期，同時利用信息化技術，對公司的整體設計、制造鏈條進行智能化、可視化、精細化管理，從而將設計與制造體系有機貫通起來，解決人員、工時、環保、材料的大量浪費問題。
當代信息技術系統在工業中支持并控制著許多流程，從產品開發、生產規劃到工程與生產，直至維護保養，涵蓋了整個價值鏈和整個產品周期。通過建立一個數字信息無縫互聯的技術平臺，可實現工具或應用程序的研發，不同的參與者還可以利用這個平臺，提供具有專業性和差異性的應用程序。產品生產規模越大，產品差異性越明顯，其市場反應就越不確定。而通過實施ERP及協作數據平臺，就可以接受以上所有信息，并將其考慮在程序和流程中，數據生成一次，不僅可以滿足單一的目的，而且可以在已定義的數據格式下滿足所有可能的目的。除此之外，可以將現在的“數據山”或“數據島”轉化為一個結構嚴謹的數據來源。
利用現在使用的各相關系統接口，要想實現數據在任何形式下都自動保持一致性，其數據導入、導出過程變得相當費時。因此通過實施G-BOM系統，將各個信息系統的數據進行集成，未來實現整個價值鏈的完整性和無縫集成，不但可以提高企業的經濟效益，而且還可以提高生產力，進而提高企業的競爭力。
5A級智慧工廠助推實現高效生產
在實現智能化的同時，以節能環保為標準，網絡采用工廠寬帶、無線網絡等方式，生產網絡和辦公網絡分離，使數據通信保密性好、速度快、移動性強。
采用統一的通信平臺和統一的應用服務平臺，提供統一的通信服務，節省企業在IT方面的重復建設與投入，實現資源共享，消除了數據孤島。突破性地將ERP、MES、LES、WMS、SRM多系統統一集成，實現基于實時制造數據的統計，同時開發完成產品質量追溯系統，構建整車與零部件工廠的計劃協同平臺，實現多種車間智能裝備之間的協同工作，提高生產效率，降低運營成本。通過高度融合信息系統和IT基礎架構，打造出“一個中心，四根支柱”的生產工藝創新模式。
“一個中心，四根支柱”示意圖
1.一個中心規劃
是指以生產控制為中心，包括網絡系統平臺、信息系統平臺、自動化裝備平臺：網絡系統平臺包括網絡系統、監控系統、一卡通系統；信息系統平臺包括ERP、MES、WMS、OA、PDM等；自動化裝備平臺包括焊接機器人、ANDON系統、智能料架系統、AVI系統、PMC系統、AGV系統。這是智能化工廠的中樞神經，通過收集關聯系統信息，進行分析，為快速處理現場問題提供依據。
2.四根支柱規劃
（1）智能裝備規劃。具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。實現生產過程自動化、智能化、精密化、綠色化，帶動工業整體技術水平的提升。
（2）智能供應鏈規劃。供應鏈是企業的“價值鏈”，是企業運營的核心，通過對信息流、物流、資金流的控制，從采購原材料開始，制成中間產品及最終產品，最后由銷售網絡把產品送到消費者手中。它是將供應商、制造商、分銷商、零售商，直到最終用戶連成一個整體的功能網鏈模式。所以，一條完整的供應鏈應包括供應商、制造商、分銷商、零售商以及消費者。
（3）智能監控規劃。采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術，通過在監控系統中增加智能視頻分析模塊，借助計算機強大的數據處理能力過濾掉視頻畫面的無用或干擾信息，自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關鍵有用信息，快速準確地定位事故現場，判斷監控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其他動作，從而有效進行事前預警、事中處理和事后及時取證，實現全自動、全天候的實時監控。
（4）智能一卡通規劃。該系統以智能卡為信息載體，集自動控制技術、計算機網絡技術和數據庫技術于一體，是綜合性信息網絡平臺。通過系統可以實現員工門禁、考勤、水、電、氣、暖、停車場管理、保安巡視和內部消費結算等綜合應用，加強對人、財、物流的有序管理，提高資源的共享利用率。
自主高端智能裝備突破瓶頸
以精益生產為主導，以創新工藝設計為中心，以智能裝備為依托，以“智能制造”為目標，利用互聯網完成整個工廠的信息流、物流的協調統一；瞄準高端智能裝備、自動輸送技術、智能化數據平臺、柔性化生產等核心技術推進落實自動化、信息化、少人化、模塊化的智能工廠。
之所以稱為智能化工廠，在于智能裝備與信息化的有機結合，其必須解決智能化基礎管理、柔性化生產切換、高效自動化生產、信息共享、信息集成、自主控制、節能環保等多項主要技術難點。
智能化工廠整體完成30項重大難題的解決與再造創新：沖壓自動化生產效率提升、多車型共用生產線技術的研發與應用、全景天窗頂蓋焊裝工藝研發與應用、CMT焊接、同步生產上位系統研發與應用、全自動噴涂、TNV設備的應用、噴漆室循環風回用、車門膠條自動粘接、底盤模塊整體舉升自動合裝、扭矩管理系統、整車轉接吊裝方式創新、風擋玻璃自動底涂和涂膠技術、玻璃自動安裝技術、柔性化生產線技術、天窗自動上線機械手、車門線EMS小車+橫向存儲技術、PBS區摩擦輥床輸送及空中拆車門方式研究應用、自動化物流、模塊化裝配等。
1.沖壓工藝
采用先進節能的連續生產模式，相比傳統的斷續生產模式，避免了因壓力機的頻繁啟停造成的時間及能源浪費，綜合節能達20%，年節約用電152萬kWh。同時連續生產模式在不降低生產節拍前提下，降低了壓機滑塊速度約30%，更好地保證沖壓件質量。所有線體均采用先進的數控液壓拉伸墊，相比傳統的氣動拉伸墊，生產過程中壓力波動可控制在10%以內，提高了沖壓件的成形質量。
自主研發廢料雙層分揀智能裝備。為了消除廢料分揀過程中廢料二次轉運，提高廢料分揀的經濟效益，節省廠房面積，降低前期建設成本，開發了由上廢料分揀線、下廢料輸送線、廢料滑料斗組成的廢料雙層分揀技術。
2.焊裝工藝
這是自動化率最高的車間，使用機器人多達525臺，焊接自動化率達98.7%。門蓋外板料筐輸送、門蓋總成輸送及分總成輸送采用EMS，防飛濺液采用機器人噴涂技術，VIN打刻采用機器人在線打刻技術，最大化地減少了車間人員數量。
焊接工裝
研發的主要裝備有：T+型滑臺自主研發輔助裝備、夾具切換推進式智能裝備、在線檢測系統開發應用等。
3.涂裝工藝
被定義為綠色、環保、高效的噴涂車間。在節能減排方面，應用先進的TNV及循環風回用技術及中水回用技術，單車消耗標煤74.86 kg，單車VOC排放20.97g/㎡，達到清潔生產先進水平。應用124臺噴涂機器人，節省操作人員98人，自動化程度在國內領先。內腔噴蠟采用的半自動噴蠟設備，內腔防腐能力進一步提升，噴漆設備油漆利用率達到80%，采用熱量回收系統，對烘干釋放的熱量進一步回收用于前處理槽液加熱。
涂膠
主要研發的裝備技術有：旋杯自動清洗裝備、噴漆室循環風回用技術、自動涂膠智能裝備、車型自動識別智能裝備等。
4.總裝車間
具有高度靈活性、高效性、環保和人性化特點。底盤高工位采用升降旋轉吊具，組裝線采用升降滑板代替傳動底盤線半高和低工位作業內容，減少底盤線和組裝線160人走動用時，每人每年減少走動路程為1250km。車間大量采用電動和電池工具，在保障產品質量前提下降低車間噪聲，減少車間尾氣排放，保障人員在健康環境下輕松工作。車間整體噪聲平均控制在74dB以下，每年減少尾氣排放量34.6萬m3。
主要研發的裝備技術有：底盤自動合裝裝備，全自動車門密封膠條粘接裝備，自主研發上中下物流成套裝備，風擋玻璃自動底涂、涂膠技術，以及玻璃自動安裝技術等。
主要技術成果及效益分析
項目順利實施后，徹底消除了現存的生產工藝浪費，實現了高效率、靈活的生產，生產節拍達到52s，日產1000臺以上，白車身骨架精度95%以上，車身防腐年限提升至5年無銹蝕、12年無穿孔，焊接自動化率達98.7%。建設完成跨部門、跨地域、全產業鏈的協同研發平臺，產品開發周期縮短20%，生產效率提高30%以上。
通過在焊裝、涂裝、總裝車間輸送線體，布置車輛自動識別系統，從焊裝EMS/滾床輸送/工藝線體、涂裝全車間到總裝PBS區/底盤線/組裝線，布置讀寫站80余個、載碼體500余個，僅在涂裝車間就分布車輛跟蹤站點47個，含路由站點12個、計劃比對站點10個，車輛信息跟蹤和路由控制精準率達到100%。
打造完成“5A”級智慧工廠，使產品不良品率降低20%，運營成本降低20%，能源利用率提高10%以上。該項目的實施及技術的推廣，符合國家智能化工廠發展策略，項目產品的質量相對穩定，在本領域具有廣泛引導作用和良好的市場效益。項目完成投產后，智能化工廠生產能力為年產25萬輛轎車，項目總投資為37.8億元，達產時年銷售收入約為50億元。不僅利于企業自身發展，同時為我國汽車產業做出貢獻。
結語
該項目實施過程中，獲得國家發明專利10項，實用新型專利15項。項目結束后沉淀總結技術經驗，形成了關鍵設備相關設計規范17項，形成了從產品方案規劃、圖樣設計到現場調試的核心研發團隊。
該項目的實施拉動了區域消費需求，有利于完善汽車供應市場品種結構，促進社會經濟持續發展，促進社會需求建設，加快汽車工業結構調整，節能環保。是貫徹國家汽車工業結構調整政策，推動我國汽車產業健康發展的有益嘗試，將為中國自主汽車品牌的持續發展提供支持。
（來源：《世界制造技術與裝備市場（WMEM）》2018年第2期）
