第一篇 汽车智能制造新工厂建设案例

长安乘用车智能制造基地建设

重庆长安汽车股份有限公司 彭小刚

一、实施背景与状况

在智能化、“互联网+”的大背景下，汽车产业形态正在发生深刻的变化，互联网、虚拟仿真、柔性化制造等技术的广泛应用，使汽车产业正在被重新定义。长安汽车以智能制造的发展战略为牵引，以智能化工厂、智能化产品、智能新模式、智能化管理等着力点，全面推进智能制造工作，已初步建成以产品全生命周期管理支撑企业战略和业务发展的大型数字化制造企业。

长安汽车智能制造以“大批量个性化定制生产模式”为目标，以数字化、信息化、自动化为智能制造的手段，以产品平台化设计、精益化制造解决大批量定制化效率问题和成本问题。采用“一车、一单、一BOM（物料清单）、一工艺、一物流、一配送、一装配、一检验”的技术理念，搭建产品代码解析系统，自动解析客户订单为制造代码，指导设备运行、物流配送、人工作业的智能执行。

鱼嘴乘用车基地是长安汽车建设智能化工厂的首次尝试。该工厂建设规划阶段，初步以“自动化信息化融合”“柔性平台化”“智能化产品”为定位，设计建设过程中逐步融入“数字化设计”“虚拟制造仿真”“大数据决策”“机器自适应”等技术。信息化方面全面运用自动化、物联网技术、制造执行平台，将机器、设备、网络系统与先进传感器和穿戴应用服务相连，实现人机交互，由系统进行管理、组织生产。数字化设计方面，运用PD、PS、Plant对产品全生命周期中的工艺设计和制造过程进行模拟、验证、优化，使生产过程和制造过程最优、生产状态更稳定。

二、长安智能制造的主要技术路径

1．数字化

平台体系：建立TC数字化制造管理平台，实现主数据（BOP）在工艺开发（SE、CAE等），数字化工厂设计，生产制造各阶段的同源共享；采用“虚实双胞胎”的技术路线，推进“数字化工厂与实物工厂的交互控制、等效验证”。

落地情况：已应用在长安汽车冲压、焊接、涂装、整车总装四大专业，优化了汽车工艺规划、人机工程、生产效率。

2．信息化

系统路线：互联网+融合到全产业链，将客户、主机厂、零部件供应商、4S店集成，实现全产业链的协同。

数据管理路线：在重庆鱼嘴基地建设长安全球数据中心，逐步建成车联网云、电商云、基础设施云，挖掘应用五国八地研发数据、9个整车基地和9条发动机基地的制造数据、全球客户数据。

业务技术路线：以产品28位代码为基础，运用超级BOM手段将客户选配订单转换为制造执行代码，指挥生产制造。

制造环节信息化：构建IT（信息技术）网络集群、工业控制、物联网集群，实现底层工艺设备到企业上层管理系统之间的贯通。业务逻辑植入信息化系统，自动运行，实现制造业务从“人管理”到“系统自动执行”的变革。

3．自动化

长安汽车从“提升自动化率+全生命周期管理+品牌统一、降成本”三个方向推荐自动化工作落地。搭建设备管理系统，采集关键自动化设备（机器人、NC、压机等）的电流衰减、精度变化等内部数据，通过大数据分析预测维护，提升自动化产线的开动率。

4．产品平台化

定义长安平台“3+1”模块、整合长安汽车全球研发资源、开展前置前驱模块化平台架构开发。3+1模块——动力系统：动力系统及机舱实现标准化布置，主要零部件通用化，实现P3平台轿车、SUV（运动型多用途汽车）、MPV（多用途汽车）等同平台开发。

底盘系统：按整车属性目标选择系统和硬点，与车身接口实现标准化、系列化。

电气系统：电子电器架构搭建和完善以及智能化开发。

下车体：研究同平台车身架构衍生以及车身结构轻量化设计。

5．制造平台化

将平台内车型的工艺流程、工艺方法、制造工时、传输定位等制造要素整合，实现平台内车型的通用化设计，从而实现同平台车型在相应的平台基地“0”改造共线生产，工装设备通用化程度提升、生产管理简化、制造成本降低。

三、主要实施内容和措施

1．工厂级信息化系统

工厂智能制造系统根据业务通用性，分为“工厂级”系统与“车间级”系统，如图1所示。

工厂级，统一建设整车制造四大专业，均涉及“设备运行管理”“制造执行”“质量管理”“能源管理”系统。

设备运行管理系统（PMS）：与企业级设备资产管理系统并行，补足设备技术管理的空白。通过对设备运行状态数据进行分析，自动监控和分析异常，判断故障点，开展预防、预测维护，实现“基于经验的被动维护转变为基于状态的主动维护”；运用IT技术、业务管理植入系统，实现系统自决策。以设备关节/部件为核心构建精准维护系统（设备的关节/部件负荷强度不同，应针对性考虑维护内容、维护周期），改变目前以整体设备为核心的粗放式维护模式。采集机器人、NC、电动机等关重设备各关节/部件的电流衰减、精度衰减、转速、轴偏差等核心内部参数，通过大数据趋势分析，提前判断设备运行风险、故障点及出故障时间，进行预测性、精准性维护。

制造执行系统（MES）：工厂层制造执行系统主要实现乘用车基地与股份公司核心业务流程的贯通，与企业级上层系统包括ERP（企业资源计划）、SRM（供应链管理）、LES（物流执行系统）、Portal等进行数据交互，实时准确地将生产任务分解下发到各车间，再由各车间级智能制造系统承接，组织现场执行生产任务。

质量管理系统（QMS）：将生产过程中与质量有关的数据（生产过程质量、全检、抽检区域问题）及时准确录入系统中，实现进货质量管理中控制计划涵盖各风险零部件、杜绝进货质量管理中必检零件（新品）的未检漏入，实现产品生产过程质量数据分析，及时对操作者进行指示，对管理者进行预警。便于质量问题跟踪、追溯、分析达到提升过程质量的目的，提高生产现场管理人员过程质量控制管理水平。质量管理系统业务模型如图2所示。

能源管理系统（EMS）：采用数字化智能电表、流量计、水气表等，分别建设设备级、产线级、车间级、能源站级能源监控网络，实时采集四大工艺车间能耗数据，结合动态能源价格，分析用能量、用能形式等，指导能源采购、用能管理、能耗分析，系统性地提高工厂能源利用率，减少能源损耗，提升能源供给的计划性，减少企业能源支出。

2．冲焊涂总车间级智能制造系统

互联互通：构建IT网络集群、工业控制、物联网集群，实现底层工艺设备到企业上层管理系统之间的贯通。

业务集成：将生产、质量、工艺、设备、能源等管理逻辑融入系统、自动运行，实现工艺业务“人管理”到“系统管理”变革。

数据集成：车间底层数据（生产、工艺质量、设备）全采集，实现大数据驱动生产管理。

冲压车间智能制造系统：原冲压车间与整车生产制造信息沟通严重脱节，生产资源占用大，不能满足整车生产高速、柔性、精益化生产需求。冲压车间智能制造系统深入整合核心业务，包括工艺、物流、制造、质量、设备核心业务30余项，车间管理KPI（关键绩效指标）及算法40余项，形成了以智能化任务管理、智能排产、物料管理等15个核心功能块为主的系统功能构架，如图3所示。

冲压智能制造系统主要基于智能传感、智能识别、工业以太网、Scada等关键技术，引进先进的智能制造技术Ampla、Citect平台，将车间高速压机、高速传输设备、端拾器、工装模具、自动化立体仓库、高精度视觉检测设备、自动识别物流盛具等硬件集成为智能“物联网”系统，将智能“物联网”系统与工厂级MES管理系统的生产计划与制造信息同步共享，实现以整车生产需求为拉动的智能化冲压生产模式。同时，冲压智能制造系统为车间必要的人工工位提供人机交互界面，将系统指令通过声音、亮灯、HMI（人机接口）等设备下发到工位，实现车间业务自动化管理执行。同时将人工作业数据采集进系统，冲压车间现场业务数据全采集，为管理层提供精确可靠的车间运行数据，支撑数据驱动管理。

焊接车间智能制造系统：面对新品快速上市的汽车市场，为保持竞争力，长安汽车开启整车产品平台化开发模式，建造柔性生产线；以研究及运用智能连接技术、智能传输技术、智能工装切换技术、智能质量检测技术四大技术为主导，推进智能柔性生产线建立，实现多车型共线生产。同时以工艺流程、夹具和滑橇定位点、抓具定位点、工艺方法四个工艺要素为主导推进新品导入产品限制条件的研究工作，实现制造平台化开发模式创新。其次建立生产线系统集成，包含工业以太网、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制、人机界面、现场总线、伺服控制、安全总线六大先进技术，将六大集成技术应用到长安汽车智能制造项目，建立长安汽车自主设计和应用标准，缩短项目方案设计周期，促进智能制造和多车型共线生产目标的实现。搭建三层系统构架，贯通上下层执行系统的数据链路；建立智能化管理系统平台，包含制造过程参数、设备、能源、质量、物流等方面的内容；以RFID（Radio Frequency IDentification，射频识别）、传感器、PLC及自动化工艺设备为支撑，全面采集产品制造过程数据、设备信息数据、能源数据等信息，形成制造信息的大数据库。从而实现生产资源高度协同，提高制造过程的透明度，达到多车型共线生产、产品个性化生产的配置管理目标。

涂装车间智能制造系统：鱼嘴乘用车基地涂装车间制造执行系统采用杜尔公司的专业软件Ecoemos，更为细致地查看生产过程以及消耗数据。该系统从工厂各个生产环节的PLC控制器上收集数据，因此可以对整个生产流程进行有效的控制和监测。Ecoemos系统由多达16个模块化解决方案构成，这些方案都共用一个平台。最常使用的模块是“监测”和“管理”模块。“监测”模块是对系统的状况进行总体浏览和检查，如喷漆室的温度、车身的数量、材料的消耗情况等。“管理”评价工具会把这些信息集合成生产指标，对工厂的绩效进行评估。其他常被订购的模块用于管理车体存储、颜色和模型序列的“存储”模块，可以识别造成生产线停止原因的“按灯”模块以及可对能源消耗进行评估，并可降低能耗的“能源效率”模块。

总装车间智能制造系统：总装车间智能制造系统以鱼嘴乘用车基地为代表，通过AVI、PMC、EPS（电子助力转向）等数字化技术实现设备参数、工艺参数、质量信息、生产过程信息的全面收集。总装车间智能制造系统以高效支撑长安“多车型、多品种、小批量”柔性制造模式为目标，以总装下线为基准，制订“总装拉式平准化顺序”生产计划，通过生产过程控制来对生产排序、主数据管理、可视化等进行控制，以及通过质量管理系统、停线管理系统等来实现生产全过程的精益管理。系统通过PLC、IPC（工业个人计算机）、RFID等物联网设备自动采集生产全过程数据，实时监控生产线运作，建立过程控制评价标准，实时展示生产控制指标，以数据支撑生产决策。总装车间智能制造系统主要包括以下几大功能模块：AVI系统、ANDON（按灯）系统、拧紧机生产指导及拧紧缺陷管理系统、EP零部件装配防错及工艺作业防错系统、PMC生产监控系统、EMS能源管理系统、车辆制造数据管理系统、报表生成及发布系统。与车间系统配合的智能化子系统还有Kitting亮灯拣料系统、AGV（自动引导运输车）自动化配送系统及Ecast电气功能配置检测系统，以实现不同车型物料的准时准确到位，支撑柔性化生产，平准化排序计划。

四、智能柔性高速冲压新模式应用示范专项介绍

（一）项目总体目标

本项目拟采用智能化设备、数字化仿真、生产信息集成等先进技术，搭建汽车生产线信息化、智能化的系统架构平台，实现生产线底层物联网与上层管理系统MES（Manufacture Execution System，制造执行系统）, ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）等的互联互通，填补企业上层管理和现场自动化制造之间的信息断层；并应用PDM（产品数据管理系统）/CAD（计算机辅助设计）/CAE（计算机辅助工程）协同设计，缩短冲压工艺设计制造时间；实施车间、物流虚拟仿真验证，提高工艺流程设计和生产计划管理准确率；建设冲压车间级MES、BI（Business Intelligent，商业智能）, SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集及监控集成平台）等信息化平台；通过搭建冲压模具生产智能检测系统，实现模具工装的使用状态及使用过程中的质量监控的量化监控，提升产品质量及产能；大幅提升汽车冲压工艺智能制造水平，达成研制目标。

长安汽车实施的“长安汽车智能柔性高速冲压新模式应用”的研究项目，采用智能化设备、数字化仿真、生产信息集成等先进技术，并搭建了汽车生产线信息化、智能化的系统架构平台，实现生产线底层物联网与上层管理系统（MES、ERP等）的互联互通，填补了企业上层管理和现场自动化制造之间的信息断层；并应用PDM/CAD/CAE协同设计，缩短冲压工艺设计制造时间；实施车间、物流虚拟仿真验证，提高工艺流程设计和生产计划管理准确率；建设冲压车间制造执行管理系统、BI、SCADA等信息化平台，大幅提升汽车冲压工艺智能制造水平。预期达到以下指标：

（1）综合指标：冲压车间生产效率提升20%以上，运营成本降低20.2%以上，产品不良率降低24%以上，产品研制周期缩短31%以上，能源利用率提升10%以上。

（2）技术指标：生产线工序间实现高速自动传输，传输时间4～6 s，生产节拍提高25%以上。实现生产期间3min内快速换模、1.5 d低库存运营、实时动态库存管理、实时动态盘存、生产计划实时智能化排程。

（二）项目主要内容及技术路线

在“互联网+”时代下制造业的大环境下，长安汽车以智能制造的发展战略为牵引，智能化工厂、智能化产品、智能新模式、智能化管理、智能化服务五大领域全面推进智能制造工作。产品设计采用平台化开发的新模式，以市场需求为导向，采用智能化柔性生产线实现长安C301、S201、V301等节能与新能源车型的柔性智能生产。智能制造设计总图如图4所示。

智能制造设计总图纵向涵盖了从移动信息采集到商务决策的智能化管理的整个纵向链条；从横向涵盖了用户终端的个性化定制选车到零部件供应商的横向链条。

纵向分为三层，底层为基础信息采集，主要是工厂生产线的工位信息采集、装配件装配扫描信息采集、机床控制控位等；中间层为系统运营层，主要包括ERP, MES, SRM（Supplier Relationship Management，供应商关系管理）, DMS（汽车经销商管理系统）, CRM（客户管理系统）, PDM, BOM等业务支撑管理系统，其中还包括OTD（汽车订单交付）系统；上层为决策支持层，主要包括OTD系统、BI及其子系统。横向则分为用户、经销商、智能工厂、中储、供应商等。

基于上述的智能制造总体框架，长安汽车智能柔性高速冲压生产线以压机多连杆节能机构、高速传输、通用端拾器匹配、生产线与立体仓库、模具、端拾器智能匹配应用等优势装备为重点，积极采用自动控制技术、网络技术、数字技术对产品进行技术改造，提升装备的自动化、信息化、数字化水平，推动冲压装备加快向智能化、高端化转变。

本项目以高效设计、精益生产、快速交付为管理基础，以数字化、网络化、智能化、柔性化制造为核心，以可集成、快速反应、快速交付的管理流程和业务运营管理平台为特征，整合企业计划、采购、生产、销售、物流等各环节，集成企业内部及内部与外部之间各个信息系统，实现信息的及时传递与交互，打造高效协同的汽车制造供应体系。本项目采用的智能制造手段主要包括以下几个方面：

1．建设鱼嘴乘用车基地智能柔性高速冲压生产线

以鱼嘴乘用车基地冲压生产线建设项目为载体，通过平台化冲压能力设计、全自动化高速冲压线、高参数自动化立体端拾器仓库、智能生产信息管理系统等关键技术的应用，建设智能、柔性、高速冲压生产线，为长安汽车智能柔性高速冲压新模式应用提供研究和实施载体。

1）整线钢铝混线的柔性化生产线

由于铝板无磁性，钢铝混线的生产线需要在原有磁性分张的基础上增加气刀分离装置。原有的磁性摩擦传送带增加真空吸盘，解决铝板传输问题。废料线采用钢铝双通道，分别进行钢铝废料收集。

2）整线全自动ADC系统3min换模

整线逻辑控制采用树状结构分模块管理，每个模块（拆剁单元、清洗单元、各压机参数、自动化轨迹等）都具有独立的记忆、调用、执行功能。整线ADC系统起动后，只需要在总控台输入下一批次要生产的零件号，生产线的各单元模块将得到更换该零件的指令，并进行该零件生产参数（板料信息、平衡器压力、模具生产参数、机械手运行轨迹）的调用，根据程序设定的先后顺序进行自动调整、跟换。整个过程不超过3min。

3）双臂连续生产模式的应用

传统断续模式的生产线，压机每运动一个冲次都会由离合器将压机滑块与主电动机进行动力切断，但主电动机不停止运动，在切断期间造成能耗的浪费。采取连续生产模式后，压机将不再停车，每一个冲次需要的能耗将降低10%以上，同时减小压机在停车时受到的巨大的冲击载荷，延长压机的使用寿命。

采用双臂横杆送料系统，结合压机的连续模式，生产节拍达到15次/分，是机械手或机器人单机连线自动生产线的1.5倍以上。

4）整线数字化的应用

冲压生产线信息采集、分析、反馈技术：汽车冲压线生产的零件数量大、种类多、过程复杂，对设备要求高，因此研发一套智能生产监控系统以及远程监控系统就可以在一定条件下通过Internet监视生产过程和现场设备的运行状态及参数，管理人员可以远程监视生产运行情况，根据需要及时发出调度指令，制造商可以方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行故障诊断、系统升级。冲压车间高速冲压线与冲压生产管理MES系统集成连接，实现生产管理系统自动化、无纸化及成本控制。

5）整体安全防护及降噪

根据整线功能部件排布及运行轨迹要求，结合整线噪声指标及整线安全保护分区要求，确定防护的整体布局。通过分析整线各主要功能部件运行所产生的噪声情况，确定整线主要噪声点分布位置，并根据位置分布有针对性地进行隔音降噪设计，最终满足整线噪声低于82 dB的设计要求。

整线安全装置有可上牌挂锁的安全联锁装置和逃生释放功能的安全联锁装置，不能自动复位的光栅装置、声光报警装置、安全销或者安全柱；压机的安全装置有离合自动安全监控，断轴检测装置，通知、警告信号灯，急停装置。

6）建设高效的线首拆剁单元

本项目建设的生产线线首，采用两个拆剁小车左右布置，小车A在工作的同时，小车B开出线体的安全围栏，叉车换料完成后自动进入待拆剁区，当拆剁手完成小车A的末张料的拆剁后程序自动改变拆剁手的运动，到达小车B进行拆剁，实现整线的无间歇换料。

本项目采用通用的上料端拾器应对整线所有零件的生产，替换传统的多个端拾器应对多个产品的生产方式，减少端拾器跟换人员，降低端拾器维护时人工进入线体发生危险的风险。

7）生产线欧式节能起重机的应用

欧式节能起重机较传统的老式起重机具有自重轻、结构小巧紧凑、能耗较低等特点。欧式节能起重机高度方向只有传统起重机的1/2，能有效减小厂房高度，节约厂房建造成本；其自身质量轻、轮压小，可以适当减小承重梁受力；同时其结构精小、自身轻便的特点也大大降低了运行成本。

8）生产线首台八连杆压机的应用

首台压机采用八连杆机构传动，成形时，滑块速度低且匀速，回程速度快；拉深工作区间内模具受到的冲击力小，大幅提高使用寿命，噪声小；满负荷工作区域长，适合深拉深工艺工作；每个驱动元件负载较低，加速和制动的惯量低，节约能源。

9）自动化立体仓库的应用

利用自动化立体仓库存放零件端拾器，可以减少端拾器的存放面积，提高冲压车间空间面积利用率。同时自动化立体仓库采用先进的自动化物料搬运设备，不仅能使端拾器在仓库内按需要自动存取，而且可以与仓库以外的生产计划相互联，提前准备生产需要的端拾器并实现系统智能自动防错，以提升工作效率。

10）通用化工装器具的应用

托盘通用化、标准化研究：标准化、通用化托盘可提升板材更换效率、降低投资成本、保证托盘重复定位精度。

端拾器自动更换方式研究：采用自动更换方式，减轻工人的劳动强度，提升生产效率。

2．建设冲压车间智能制造执行系统

智能生产信息系统包括整线控制系统、设备监控系统、质量管理系统、物流监控及生产智能排程系统、生产防错系统、工艺参数监控系统及SCADA数据采集集成平台。通过车间智能制造执行系统的建设，解决底层自动化设备间，上层各系统间（如MES、PMC、MQS等）的互联互通，以及设备参数、工艺参数、质量信息、生产过程数据全面采集。开发工艺参数、设备运行状态、生产计划状态、质量大数据分析优化模型，以支持工艺、质量、生产管理的持续优化，形成产品内部执行代码解析、工装字段定义、冲压设备数据采集及管理等内容的创新应用。

1）冲压车间智能制造执行系统

结合现场总线技术、工业以太网、RFID电子标签、自动传感器、PLC、电控元器件、人机交互界面、搭建“物联网”车间。消除车间设备相互独立的信息孤岛，实现车间底层数据（生产、工艺质量、设备、人工）全采集。建设冲压智能制造系统，将生产、质量、工艺、设备的管理逻辑融入系统，实现冲压核心业务自动运行，提升生产效率和设备利用率，实现长安汽车智能柔性高速冲压新模式应用的研究与突破。冲压车间智能制造执行系统功能结构如图5所示。

2）冲压车间数据采集集成平台和数据库管理系统

通过建立数据采集管理控制系统，统一生产数据模型，将工厂、设备和其他信息资源与智能管理应用共享，按照多种逻辑方式处理实时数据、历史数据和关系型数据。所有数据源都整合到标准化的数据平台中，满足从现场设备层、车间级、工厂级、企业级等多级智能应用的需要。为物流、质量、生产、设备维护管理需求（如库存管理系统、设备管理系统、能源管理系统、制造执行系统）等多个应用提供统一的数据来源。

3．冲压车间制造执行系统结构和数据集成方案

1）冲压车间制造执行系统网络架构

车间网络包括三层网络结构：车间办公网络，车间设备控制网络（主要是工业以太网，少数不支持工业以太网的设备用现场总线连接）和车间数据采集网络。三层网络结构在网络硬件上相互独立，通过交换机和核心PLC相互连接。车间办公网络采用标准TCP/IP协议，负责连通车间管理层的服务器，数据库，上层企业级管理应用系统 [ERP、MES、PLM（产品生命周期管理）等]，以及车间现场其他由PC（个人计算机）控制的设备（三坐标或其他质检设备）；车间设备控制网络采用（工业以太网协议），组成区域环网结构，负责连通现场设备的控制器、设备通信模块、网关等；为避免干扰设备控制信号，单独建设数据采集网络，数据采集网络采用星形结构，将自动化子系统的设备控制器、离散仪器仪表、传感器、网关等连入核心PLC，再通过核心PLC与车间管理系统连接。冲压车间制造执行系统网络拓扑如图6所示。

2）“物联网”车间现场数据信息集成方案

搭建车间“物联网”数据集成平台。数据集成平台介于MES系统与底层PLC、数控系统、离散式智能传感器及其他数字化设备之间，承载着承上启下的重要功能。数据集成平台用于从多个数据源接收数据，可以扩展接收任何可获取的数据源，并提供一个完整的独立数据层。数据平台中的数据对网络中的所有其他功能模块可用。

车间数据采集基于PLC控制器为核心，通过网关或耦合器将现场不同协议、不同品牌的终端设备和PLC连接到数据采集平台的核心PLC控制器。作为核心的PLC控制器支持本地数据存储，提供实时数据断点寄存功能。核心PLC与MES服务器直接进行数据交互，交互方式通过OPC（OLE for Process Control）或者报文传递。

现场设备控制PLC都需按照规定的数据结构规范，建设内存映射区、Tag地址定义或PLC程序改造。设备控制PLC中管理系统需要的数据同时保存在PLC地址映射区中，通过报文或者OPC的方式将数据传送给MES系统。PLC控制程序到PLC地址映射区为只读，既保证了设备信号的开放性，又避免了人工误操作，污染设备自身的控制信号的风险。

4．冲压车间制造执行系统功能方案

1）开放式物流跟踪管理方案

采用RFID技术对板料托盘进行跟踪。板料进入车间，绑定托盘RFID ID（身份标识号码）与板料批次信息、板料数量信息、板料属性和质量信息。板料货架库位进行定义，在系统中形成板料虚拟仓库信息，在板料入库时，系统自动指派板料存放位置。在板料投入生产时，线首拆垛台能读取板料托盘RFID信息，将板料信息与生产信息绑定。根据生产线抓取次数进行板料数量扣减，系统自动更新对应板料库存，成品零件盛具安装RFID芯片。通过对盛具的RFID物流跟踪，自动将下线零件的生产零件号和生产信息与RFID编号绑定。零件库房通道配置RFID读写天线，自动记录零件出入库信息，系统自动更新零件库存。板料的库存信息情况要发布至企业的ERP（企业资源计划）和物流系统，支持与企业外部原材料供应商通信，自动发起原材料采购需求。

2）拉式智能生产排程和原材料需求拉动

根据RFID物流监控管理获取的零件库存和板料库存、上游MES系统提供的零件拉动需求、生产监控系统计算的平均生产能力、设备管理系统提供的工装可用资源，通过系统服务器综合计算当前应该进行的生产任务和原材料采购需求。该生产任务的计算可实时进行，且每次计算的依据都是生产现场的实时真实数据，极大地提高了冲压生产任务的灵活性、准确性。

3）现场业务协同指挥和生产防错

系统根据自动排程的生产任务，通过现场LED（发光二极管）屏幕、客户端或广播，指导生产线工艺设备、叉车、操作员等进行相应的作业。板料接收任务指示，在板料入库工位显示应接收板料。板料接收成功，反馈入库信息；板料入库指示，通过现场看板和材料接收区广播指导叉车将板料投送到系统指派的库位；生产板料准备任务指示，在现场LED大屏显示预备板料库位信息，指导叉车前往取料。生产板料安置到拆垛台时，LED大屏显示板料到位；生产板料预备防错指示，当安置到拆垛台的预备板料与生产计划不符时，LED大屏、现场客户端、线首广播报警板料准备错误；当零件入库时，读取盛具RFID信息，若发现零件被定义为返修件，则通过三色灯柱亮和库房广播报警；通过冲压设备读取模具安装信号，与当前生产计划模具编号对比。若发现安装模具与生产计划模具不符，则通过车间广播、亮灯、车间LED大屏等方式报警。

4）设备和工装监控管理

利用SCADA数据采集集成平台，系统自动从压机、机械手、试模压机、立体库房、废料输送线等自动化设备控制系统中实时采集设备状态信息、生产信息和异常报警信息，包括每条生产线的启停状况、生产零件类型及数量、报警信息代码等。在此基础上采集设备运行参数信息，随时间轴绘制设备运行参数统计图，设备运行参数出现较大偏离，系统提示报警，记录异常供工程师分析。

5．冲压数字化工艺设计、虚拟、仿真

通过数字化设计软件，贯穿工艺全过程的3D数字化设计模式，形成长安汽车特有的数字化工艺设计体系，对汽车生产制造过程和生产布局方案进行仿真与优化，确保生产工艺最优，设备利用率最高，工厂运行状态最稳定，产品质量最可靠，实现3D工厂的建设目标。对比行业应用情况，大众、通用等汽车企业已应用该技术，长安汽车可借助规划软件的技术资源，通过业务流程的融合和优化，实现该规划系统的建设目标。数字化工厂体系和平台规划如图7所示。

6．冲压模具生产智能检测系统

围绕冲压模具上关键检测项的检测需求开发相应的一套智能检测系统，包括硬件系统和软件系统两大部分，其中硬件系统主要是对冲压模具上的各种传感器数据进行采集，而软件系统的主要功能是对冲压模具上各种压力数据及温度数据进行实时的采集、监控和分析，保障生产过程的正常进行并及时发现问题。

（1）研究多传感器数据融合技术，在系统中将综合运用光电、压力、温度、影像成型等多元传感器，实时地对模具工装的运行状态进行监控。

（2）研究监测数据的采集和统计分析技术，及时提供模具工装的运行状态，结合历史数据预估模具工装的寿命，等等。

（3）研究产品或控制系统的故障诊断和容错防错技术，在监测过程中，及时发现产品生产设备行业模具工装的故障及质量问题，并提供报警信号。

（4）提供历史数据查询及输出报表信息。

（5）预留接口，为实现厂内的模具状态、各厂模具工装生产状态、各地各厂的生产状态等的集中监控打下坚实的基础。

7．能源管理系统

能源管理系统软件平台，通过对工厂各区域（四大车间、公用站房、食堂、资料间、试制车间等）大量能源数据（水、电、压缩空气、天然气）的采集，实现对能源波动、能源质量等全方位的监视（画面展示、历史记录、事故报警等）和能耗分析（能源实绩、能流分析、成本计划、平衡优化等），并依靠成熟的软件监控平台和软件系统平台进行数据的展示与分析，最终达到节省能源、控制消耗、成本核算、KPI指标制定的信息化管理的目的。

（1）能源数据采集：自动采集工厂各生产，生活区域的能源数据（水、电、天然气、压缩空气等能源介质）。

（2）能源数据存储：规范各区域、各能源介质的存储形式及解析规则，按照工厂的具体业务需求，对数据的存储时间做统一规范。

（3）能源状态监控：实时监视各能源介质的运行参数、质量状态。

公共设施设备监控：实时监控公共设施设备（主要包含低压电站监控及电能管理系统、空压机及其管道系统、制冷机及其管道系统、天然气系统、自来水系统、消防水系统、设备冷却水系统、废水处理站）的运行状况。

（4）能耗数据分析：制定合理的能源绩效指标（KPI），实现能源对标管理、目标管理、优化评价；成本分析、损失分析、区域能耗分析；识别不合理耗能，以便进行设备、工艺及管理优化。

能源管理系统的总体结构分为设备层、数据采集层和管理展示层。

设备层：代表所有仪器仪表、公用设备、区域数采集PLC及仪表联网布线等，代表最底层的基础数据。

数据采集层：通过各种通信协议与底层数采集PLC、公用设备控制器等通信，采集、集成、转制各类数据，按照系统需求进行统一的存储，是衔接设备层和管理展示层的桥梁。

管理展示层：分为两部分，一部分是能源及设备监控展示系统，对能源数据进行实时监控，并发出报警信息，支持能耗数据记录、报警记录查询；另一部分是能耗数据分析系统，通过修改分析模型、关系参数等，生成各类能源管理分析报表。

图8所示为能源管理系统层级。

能源管理系统网络架构如图9所示：公用设备、能源仪表分布在工厂各区域，由区域PLC采集数据并归类；工厂控制网按区域网络需求进行布线，采集各区域PLC及其他信息化系统的数据并传输到工厂办公网；服务器上的能源管理系统平台通过工厂办公网对采集的数据进行存储和加工，根据用户需求生成各类展示画面、报警记录及提示、历史记录、能源实绩、能流分析、成本计划、平衡优化、管理建议等。

（三）项目的技术难点和主要创新点

技术先进性：实现虚拟制造和实物制造协同；采用焊接需求拉式智能生产、柔性化钢铝混线、3min ADC快速换模系统、智能立体仓库等先进技术。同时实现虚拟制造和实物制造相协同，基于Tecnomatix数字化仿真平台，将PLC、机器人等实物信号接入数字化平台，通过虚拟线体和实物信号、数据无缝连接、等效验证，对生产模式、精益制造进行迭代优化。

1．项目主要技术难点

（1）大规模运用多种自动化设备分布在生产线上执行不同工艺，对后期生产线设备故障率的风险评估带来前所未有的挑战。

（2）生产线控制系统：在搭建制造平台过程中，需要对国内合资、自主品牌主机厂柔性智能线进行详细的工艺资源分析，但是通过调研方式了解的信息有限，在支持工作开展时，局限性很强。另外，工艺段多、数据量大，相互通信和集中数据采集工作烦琐，通信种类多。

（3）开展数字化工艺设计，在进行各项仿真工作时，数据大部分为经验值，准确仿真的可靠性不高；需要有大量的基础数据作为支撑，找寻长安汽车生产现场的实际运行参数，并通过多次仿真对比，建立长安汽车的资源库。

（4）搭建车间“物联网”数据集成平台。规范生产设备接口、规范数据采集规则、统一数据通信协议，建成兼容性好、可扩展的数据集成平台。其主要技术难点在于冲压车间内生产数据种类繁多，更在于车间内各种单体设备的数据封闭性，这对实现全数据采集将是极大的挑战；而打破不同设备与控制系统间的数据隔离，通过远程终端控制系统全面采集数据，取代人工录入的方式在数据采集方面可有效地减少70%的人力资源，保证95%以上的数据覆盖率及数据准确性，并将系统响应时间控制在2 s以内。

（5）安全可控的超高频RFID在复杂金属环境下远距离读写的应用。在车间开放式生产环境和物流中，采用RFID技术实现盛具、托盘的物流跟踪，在移动状态下保证98%以上的正确读写率。稳定且高水平的RFID读写正确率，是冲压车间实现“物联网”信息全采集的基本保证。

（6）生产业务对象的抽象化，包括现场生产因素的基本元素的数字化、设备功能的模块化、生产管理逻辑数字化和用于管理分析与决策的数学算法。

（7）冲压智能检测系统在提升冲压产品质量、降低产品返修率及提升模具寿命等方面，需要大量的时间验证，尤其是在确定稳定生产过程中如顶杆、平衡块的受力、模具温度等的阈值方面，需要大量的冲压实践数据，且需要与现场冲压产品质量相匹配。

（8）工厂能源管理系统是全新的能源管理系统，暂无数据积累，而能耗分析模型的建立，尤其是四大工艺车间能耗分析模型的建立，需要大量的数据积累作为模型建立的依据；能源管理系统需要对整个工厂的能源数据进行分级采集，需要与车间级制造执行系统、工厂级MES系统、设备管理系统等信息化系统建立接口进行数据交互，采集相关的数据完成能耗分析和管理，由于各系统的集成商不同，导致数据存储格式不同，并且前期的招标协议中没有对接口要求进行统一规定，后期协调难度大。

2．项目的主要创新点

（1）建立生产线控制系统，将通信、程序、HMI相关的软件编制成通用模块、标准化硬件和通信接口，不同工艺段调用已编制好的模块或者硬件搭建使用自有的标准，提高研发效率、降低误差。

（2）开启工艺设计3D模式，实现工艺与产品、供应商3D在线协同设计。利用3D工艺规划系统，打通产品-工艺数据平台，在相同的工艺平台上进行生产线数据发包与信息交付，能高效、准确地进行在线协同设计。同时，为长安汽车智能工厂管理平台的建立奠定基础。

（3）3D运动干涉仿真分析：采用PLS（Plant Logistic Simulation）仿真软件建立生产线，提前匹配冲压线与模具，拟合干涉曲线，数字仿真冲压自动化，减少模具调试时间、消除产能瓶颈。

（4）托盘通用化、标准化研究：标准化、通用化托盘可提升板材更换效率、减少投资成本，以保证托盘重复定位精度。

（5）端拾器、模具自动更换方式研究：采用自动更换方式，减轻工人的劳动强度，提升生产效率。

（6）整线封闭技术：整线采用全封闭隔离，减少噪声污染，提高工人生产效率，减少粉尘污染，保证产品质量。

（7）双臂自动化传输系统：采用该自动化系统，可以提升零件生产效率，达到10～15冲次/分的高速节拍。

（8）开放大型压机设备内部控制数据，冲压生产线融入车间“物联网”，打破传统生产线信息孤岛必须人工职守的状况。采用基于计算机，总线通信，信息采集、分析、反馈等技术对冲压生产线进行实时监控、数据采集、冲压零件缺陷、冲压模具的参数存储及查询、图形界面显示、报警信息、管理及在线分析、历史数据存储及查询。

（9）首次将冲压生产的管理系统集成到汽车整车工厂智能制造管理系统结构下，改变了冲压生产在汽车工厂内部形同供应商的管理模式。实现冲压由库房积压推式生产转变为整车生产计划拉动排产，进而实现对企业外围钢板原材料需求的信息化拉动，打通了冲压生产与后续焊涂总工艺的信息流链路，使产品信息逆向可追溯性延伸到白车身零件。

（10）首次采用模具冲压智能检测系统实现模具在冲压过程中的实时监控，实现了冲压过程的可视化，可以针对冲压生产过程中模具的损坏风险进行提前预警及规避，且通过设置阈值的方式来设定模具维修的时间，将生产经验理论化。

（11）能源管理系统除对整个工厂的能源消耗进行统计外，对于车间级的能源布点，根据工艺特点和设备特性，冲压和涂装车间的能源布点细化到单台设备的电与压缩空气；焊接和总装车间布点细化到线体与区域；同时系统在能耗分析管理方面，首次引入多种分析模型，如单车能耗报表、能源消耗预测报表、能流分析等。

（四）项目实施对行业的影响和带动作用

1．带动安全可控智能装备的创新应用

本项目紧密跟随国际智能装备产业发展的新趋势，在实施过程中使用工业机器人、激光装备、精密智能冲压装备、视觉系统装备、智能识别等智能装备，其中国产智能装备占有率超过80%。通过项目建设将带动长安汽车智能柔性高速冲压新模式应用在智能识别、智能检测、智能连接、智能输送、机器人应用集成等智能装备及产业的发展，形成众多具有自主知识产权的研发/产业化成果。促进机器人及其他智能装备研发制造上规模、上水平，并在其他工业制造行业推广应用，对安全可控智能装备的创新应用具有极大的促进作用。

2．对行业内企业的示范和带动作用

长安汽车是中国第一家、也是唯一一家自主品牌产销突破千万企业，已连续8年保持自主品牌销售第一，近年来持续保持国内行业第一阵营第一增速，其中2015年自主品牌乘用车突破100万辆销量，产品品质快速提升，品牌认可度逐年增加。近年来长安汽车积极实施新能源、发动机节能技术升级，产品平均油耗从2010年到2013年降低了约16%，优于行业8个百分点；90%以上主力车型提前达到三阶段油耗标准，有力促进国家节能减排战略实施和行业技术进步；通过供应商先期介入研发流程，使产品研发经验迅速在行业内得到推广与应用，实现了整车与零部件企业的共赢和发展，带动了产业链的各级零部件配套企业1000余家，为中国自主品牌汽车发展培育出自己的供应商体系。本项目涉及平台化的产品研发、智能柔性制造及智能化管理创新，对汽车行业，特别是自主品牌企业具有明显的示范和带动作用，具体体现在如下几个方面：

1）平台化制造

平台化开发：本项目所开发的产品采用平台化开发新模式，在同一平台上可以快速推出多款新产品，产品研发效率、可靠性大大提升，降低了研发成本。采用平台化开发理念，需要对企业的研发流程进行再造，对国内汽车研发具有重要借鉴意义。

平台化和柔性化制造：为适应平台化、产品化开发，本项目采用平台化兼顾柔性化的理念，基于生产制造大数据，结合自动化、信息化和智能化进行生产线设计，可以制造同一平台衍生的系列多类产品，对国内汽车企业实现从批量制造向大规模定制的转变具有示范和带动作用。

2）数字化仿真

数字化工厂及虚拟制造：三维工艺规划及仿真可实现设计制造一体化，将对制造企业推动数字化工艺提升具有示范作用。数字化工艺是智能制造全价值链上不可或缺的一环，对企业实施全价值链的数字化管理具有示范意义。基于虚拟制造技术的数字化工厂在国外一流企业已经得到成熟的应用，国内很多合资企业均已开始实施数字化工厂项目建设。数字化工厂可复制性很强，如上海大众于2007年开始实施，到2011年在仪征工厂全面应用，此后依次推广应用到了以下工厂：宁波工厂（2012）、长沙工厂（2013）、安亭工厂（2014）、南京工厂（2014）。因此，长安在鱼嘴工厂实施的数字化工厂项目是可复制的，此后可以快速推广至长安其他工厂。

数字化工艺是智能制造全价值链上不可或缺的一环，对企业实施全价值链的数字化管理具有示范意义。基于虚拟制造技术的数字化工厂在国外一流企业已经得到成熟的应用，国内很多合资企业均已开始实施数字化工厂项目建设。

3）智能制造管理新模式

车间制造执行系统（MES）: MES系统是生产计划和实际生产之间的控制枢纽。采用MES系统管理的生产执行，从人工协调执行转变为计算机信息化管理，消除了人工管理的信息滞后性，解决了上层生产计划和现场工作不能同步的问题，适应了生产设备自动化的产业升级要求。MES系统的实施将会变革汽车企业的生产管理模式，从层层分解任务的分级管理模式变革为协同中心同步控制的协同管理模式。在MES系统高效敏捷的协同管理模式下，生产制造不再因成本问题局限于大规模单一产品的生产，更能以规模化生产相同的成本实现大规模、定制化、个性化生产，满足了当今市场越来越高的差异化需求。另外，MES系统和高端制造设备相互促进影响，在满足自动化设备高速管控的需求同时，对自动化设备信息化、智能化提出了进一步要求，对制造设备自身信息采集、输出，智能传感器，微型嵌入式控制系统以及智能芯片的应用起到了推动作用。

数据采集及监控集成平台（SCADA）：推广SCADA在冲压车间的应用，全面采集产品制造过程工艺、设备、质量等信息并进行可视化监控，连接现场设备控制层（PLC）与车间上层系统（MES、ERP等），满足多层次的数据应用需求，为企业日后建立工业大数据分析平台提供数据基础；并建立多个系统的数据采集、交互、集成规则，对数据的分析、集成运用、数字化管理起到示范性作用。

4）产品数据管理（PDM）

基于PDM产品的全球协同研发平台，不但在长安汽车内部得到了广泛应用，助推了数字化长安的建设，并被广泛应用于青山变速器、东安三菱、长安铃木等中国长安下属企业。2013年8月中国长安下属的26家企业的分管研发信息化工作的相关领导来长安汽车参加了在线研发现场交流会，从而有力地推动了中国长安研发工作的信息化建设。

5）BI（数据分析与优化）

BI系统将冲压车间中现有的数据整合、分析、挖掘转化为知识，将大大提高长安汽车的经营决策、生产管理水平。重庆作为中国目前最大的汽车产业基地，拥有包括长安、长安福特、东风小康、力帆等十几家汽车生产企业，规模以上汽车零部件企业近千家，BI项目的成功实施将在行业内形成标杆，起到应用示范借鉴作用，通过在行业内推广，将带动重庆以及全国汽车行业智能制造的发展。

6）信息模型

信息模型的建立将形成一套支撑智能制造的信息化建设标准和规范，指导信息化建设项目的实施。信息模型建立后将在行业内形成典型，起到示范带动作用，通过在长安汽车以及其他企业的推广，将促进重庆以及全国汽车行业智能制造的发展。

7）冲压模具生产智能检测系统

冲压模具生产智能检测系统的建立将形成一套完整的模具监控体系，对汽车智能化制造提供强有力的支撑。该体系的建立将在业内形成典型，为模具实时状态的监控、模具损坏风险的预测及预防、产品质量的提升，提供一种新的解决方法，通过该系统在长安汽车上的推广应用，将强有力地促进重庆以及全国汽车行业智能制造的发展。

8）能源管理系统

为了能够实时掌握工厂的能源消耗状况、了解能耗结构、计算和分析各种设备的能耗水准、监控各个运营环节的能耗异常情况。需要建设能源管理系统，以期达到降本增效、实现精益生产、管理提升的目的。根据国家能源计量及节能减排相关规定《重庆市碳排放权交易管理暂行办法》《重庆市碳排放配额管理细则（试行）》，重点能耗、排放企业需建立能源环境管理信息系统。通过能源环境管理系统，可以有效地管理能源使用情况，分析异常消耗情况，可以科学、有效地指导生产，以达到节能减排、精益生产的目标。

（五）综合指标

综合指标为冲压车间生产效率提升20%以上，运营成本降低20.2%以上，产品不良率降低24%以上，产品研制周期缩短31%以上，能源利用率提升10%以上，具体见表1。

（六）技术指标

技术指标为生产线工序间实现高速自动传输，传输时间4～6 s，生产节拍提高25%以上。实现生产期间3min内快速换模、1.5 d低库存运营、实时动态库存管理、实时动态盘存、生产计划实时智能化排程。

（七）其他预期成果

1．冲压高速智能柔性生产线的市场分析和技术成果应用分析

（1）建立智能柔性生产线，可实现V301、S201、C301等产品柔性生产，大幅提升生产效率，保证生产的稳定性，智能设备可靠性，后期设备开工率高，维护成本低。

（2）通过建立设备监控及预测保养、工艺参数、设备参数、制造过程、质量控制、生产计划管理、工厂级管控指标标准，将诸多信息系统有效地联系起来形成协同平台来支持工艺、质量、管理的持续优化及汽车制造标准的建立，可向国内汽车制造企业推广和应用。

2．冲压车间智能制造执行系统的市场分析和技术成果应用分析

冲压车间制造执行系统在国内仅少数合资汽车企业完成部署。长安汽车通过建设数据采集集成平台，打破不同设备与控制系统间的数据隔离，全面采集产品制造过程工艺、设备、质量等信息，并建立数据采集与监视控制系统研究能力，指导新基地、新项目数据采集及管理，推广智能制造综合标准化与新模式的应用；建立现场设备控制层与监控系统间网络通信、数据传输能力，指导汽车制造其他专业（如总装、焊装等）的生产线建设。

3．其他先进技术的市场分析和技术成果应用分析

1）冲压生产线数字化仿真

三维工艺规划及仿真可实现设计制造一体化，将对制造企业推动数字化工艺提升具有示范作用。数字化工艺是智能制造全价值链上不可或缺的一环，对企业实施全价值链的数字化管理具有示范意义。基于虚拟制造技术的数字化工厂在国外一流企业已经得到成熟的应用，国内很多合资企业均已开始实施数字化工厂项目建设。

2）产品数字化三维设计与工艺仿真

将三维数字化设计与仿真技术引入到冲压工艺开发的全过程，通过虚拟环境代替实际的试模过程，系统地归纳总结冲压工艺参数与实际试冲结果的关系，准确反映相关参数的波动对冲压结果的影响，使虚拟制造成为可能。

同时，三维设计与工艺仿真为冲压工艺开发提供理论依据，提升了覆盖件工艺设计的整体技术水平，提高车身覆盖件的精度，避免了重复性质问题的出现，且能够使试模周期缩短，从而缩短产品研发周期，减少模具整改轮次，降低产品研发成本，为企业创造了巨大的经济效益。

3）PDM系统

基于PDM全球协同研发平台的在线研发模式的成功推行，在长安全球协同研发上具有里程碑式的意义，被业界普遍认为具有广泛的应用和推广价值。前任董事长徐留平批示：“长安在线研发经过一年的努力，取得重大进展，可组织中国长安学习、借鉴。”长安汽车在线研发的成功推行，对于兵装集团所属企业及中国长安下属企业研发信息化的进步和发展起到了很好的示范作用。如青山公司主动要求联通长安的PDM系统，实现数据实时协同和共享。

4）企业资源计划系统高效协同集成

长安汽车于2002年开始实施ERP系统，2010年建立标准工厂ERP应用系统建设标准，标准建立后，无论公司在国内，还是国外，无论以何种方式建立基地，只要进行产品制造，ERP系统均具有很好的推广应用价值，但复杂性极强。经过哈飞、北京、合肥等基地ERP系统建设的实践证明，长安汽车ERP系统已经比较成熟，系统实施后，对基地运营管理的支撑起到了关键性的作用。