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案例赏析:中国一汽智能制造探索

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文章附图

中国第一汽车集团有限公司(以下简称中国一汽)作为中国汽车工业的长子,在60多年的发展历程中,一直坚持创新驱动战略,为我国汽车工业发展做出了突出贡献。党的十八大以来,中国一汽在新时期积极寻求新突破,把智能制造作为技术创新的重点攻关项目,为未来转型发展提供了强有力的支撑。

「 1. 中国一汽智能制造的现状及实施方案 」

目前,中国一汽已策划完成工艺设计、生产制造、物流管理、营销售后管理平台并形成初步方案,部分平台已进入实施阶段,如图1所示。

图1 中国一汽智能制造建设框架

同时,围绕专业领域、覆盖层级、建设内容3个维度构建框架。一是在专业领域方面,围绕大制造领域工艺、计划、生产、物流、采购、质量六大核心专业,打通产品开发、订单交付两大核心业务过程。二是在覆盖层级方面,覆盖并贯穿现场层、控制层、操作层、工厂管理层、企业管理层、生态协同层。三是在建设内容方面,以装备、网络、流程、系统、数据、技术为核心进行数字化能力构建,实现从自动化、信息化向数字化、智能化迈进。

中国一汽将智能制造框架概括为6个方面20项核心过程。即工艺、采购、质量、计划、生产、物流6个方面;工艺协同、工艺能力提升、工艺变更管理、外协件采购、供应商协同、外协件质量闭环管理、供应商质量提升、整车质量闭环管理、检测资源管理、生产计划、物料计划、生产过程、现场管理、人员管理、设备管理、安全管理、能源管理、物流策划、现场物流、入场物流等20项核心过程,如图2所示。

图2 中国一汽智能制造核心过程

在此基础上,将在21个大项目上开展创新技术应用及建设工作。分别是数字化工艺平台建设、工艺虚拟仿真建设、工厂建筑工程三维仿真建设、采购管理平台优化、质量管理平台建设、数字化在线监测技术应用、柔性供应链计划系统建设、节能减排技术应用、生产制造平台建设、设备预测性维护技术应用、信息追溯技术应用、数字化生产操作技术应用、零部件物流系统优化、智能物流技术应用、工厂数字化中控平台建设、工厂数字化/智能化装备建设、数字化工厂网络及IT基础设施建设、安全防护与体系建设、数字化工厂数据资产构建及治理、智能化应用(工业互联网平台)建设、协同领域应用建设及改造。图3所示为中国一汽智能制造主要创新技术应用及建设项目。

图3 中国一汽智能制造主要创新技术应用及建设项目

除此之外,智能制造建设实施顺序的判断,关键原则是速赢度、紧迫度、成熟度、重要度与基础度5个方面。速赢度是指在项目实施后,对价值程度和见效速度的综合评定,分数越高,则表示价值越高、见效越快;紧迫度是指业务对项目建设需求的紧迫程度,分数越高,表示项目建设需求的紧迫程度越高;成熟度是指对于某些业务管理已经相对成熟的领域,变革管理成本较小,可以优先建设。对于内部管理相对比较薄弱的领域,可以先优化管理流程,减少后续实施阻力;重要度是指项目对于相关业务领域的重要性,越重要表示项目建设的必要性越高;基础度是指项目的基础程度越高,表示此项目是其他项目实施的前提,应该先于其他项目实施。

中国一汽通过对智能制造的大力发展建设,正在努力实现数字化工厂的关键场景效果,其包括:供应商在线协同、智能生产排程、智能化物流、智慧质量检测、数字化工艺设计/仿真、数字化过程采集和追溯、数字化生产作业指导、设备/能源智慧管理、数字化监控中心、透明订单,如图4所示。

图4 中国一汽数字化工厂关键场景

2018年,中国一汽对现有红旗工厂H平台、L平台两个总装车间进行智能化改造,并于2019年初投入使用。该项目的整体思路是以打造红旗品牌极致品质为设计目标,应用大量先进技术及装备,构建集柔性化、智能化、自动化、信息化于一体的现代化总装车间。整个车间由一座近40年历史的厂房改建而成,通过多项创新性先进技术应用,降低建设投资达5000余万元,施工周期缩短6个月,整车装配质量达到国内一流水平。

工艺装备方面,该项目应用了机器人自动转运、机器人自动装配、光学拍照定位技术、协作机器人、自动拧紧等先进技术,实现多个大型零件的自动化装配,提升整车装配质量,拧紧精度偏差从±20%降低到±5%以内,单班节省作业人员7人。另外,通过应用AGV输送技术,实现生产线的自适应变化,无需特构基础,生产线可在短时间内根据车型大小、产能需求适时调整工位间距与工位数量,使产品换型改造周期从原先的15天缩减到5天,并且减少停产损失与改造投资。

信息系统方面,工厂设有全新开发的MES系统,可实时采集、监控制造过程的车序车型、工艺参数、产品质量、过程数据、能源消耗等信息,并将信息数据存储、分析,实现整个生产环节的全信息化闭环管理。信息系统还配有移动端APP,便于日常沟通管理,提升了信息传递速度与工作效率。

缺陷管理方面,MES系统设有力矩管理系统、物流管理系统、安东系统等多个子系统,相互间信息互联互通,配合RFID技术与大数据管理,实现问题可追溯、缺陷“零流出”。

个性化定制方面,系统预留了与销售订单系统、工艺设计系统等扩展接口,可实现满足客户任意选配需求的定制化生产,大幅缩短交付周期,提升用户体验。

物流方面,开发应用LES物流执行系统,实现全供应链的数字化管理。LES系统共3个模块,一是看板管理。计划编制、发送订单、在途运输、厂内存储、按需上线,全程由系统自动计算周期及到货时刻并写入看板,真正做到物流与信息流的结合,实现零件的100%“可追溯”。二是订单分割。红旗LES物流执行系统,创新性通过日订单货量自动计算、分配,实现订单的智能分割,使要货批次能够随工厂及生产线实际情况随时调整,达到减少在库、多频次小批量供货目的。同时,施行“堆垛号”、“批次号”等精益物流管理方式,能够精确指导物流过程中的每个操作,减少搬运及等待环节,提升物流效率,与老H平台总装车间相比,物流环节节省人工7人。三是运输监控。零部件实现在途运输监控,有效监控车辆到货实际,将准时率、错误率等信息自动上传系统,实现零件的数字化管理。

内物流配送方面,红旗新H平台总装车间采用无人化、无棚化的全线SPS自动配货模式,通过厂内近160台AGV完成全部33条运输路线的上线运输。应用LES系统读取物料配送提前期,指导物流配送节奏,AGV根据系统指示将零件准时输送到线侧。同时,引入RFID自动识别技术,自动识别场内38种物料器具配送位置,真正做到智能物流,是国内首个实现全无人配送的总装车间,能有效避免错漏装,减少物流配送人员。2018年,红旗工厂获得“2018年度中国最佳工厂制造质量卓越奖”。

「 2. 推行智能制造的成效 」

中国一汽自改革以来,在制造领域的重大变革就是完成传统生产方式的转型,建设了数字化工厂。建设范围围绕大制造领域工艺、计划、生产、物流、采购、质量6个方面、20项核心过程;打通产品开发、订单交付两大核心业务;覆盖现场、控制、操作、工厂管理、企业管理、生态协同6个系统层级。旨在打造具备高效智能特征、质量卓越、柔性定制、透明可视、绿色环保、人机协同的数字化工厂,制造出用户定义、用户满意的高质量产品。

通过推行智能制造建设,将整车生准周期压缩7个月,订单交付周期缩短了26%,千车索赔频次降低15.8%,整车产品审核等级将从1.5提升至1.4,单车制造成本降低10%,材料库存周转率提升50%。整个大制造领域实现系统性效率提升。

「 3. 智能制造未来的发展规划与愿景 」

中国一汽智能制造的建设愿景是高效制造出用户定义、用户满意的高质量产品。主要围绕高效智能、柔性定制、绿色环保、质量卓越、透明可视、人机协调6个主要方向,见图5。

图5 中国一汽智能制造建设愿景

结合中国一汽未来发展战略规划,红旗品牌智能制造领域制定了4个发展阶段。第一阶段,信息化及自动化建设,建立生产管理系统,搭建工艺数据平台,提升生产线自动化水平。第二阶段,系统集成与设备集成,将IT层信息系统与OT层设备互联互通,实现自动采集与分析。第三阶段,数字化向智能化过渡,建立协同云平台,通过产品设计、工艺规划、供应商协同实现价值最大化。第四阶段,智能化建设,打通端到端的业务流程,利用大数据分析,实现大规模个性化定制。

红旗品牌智能制造发展规划将从系统建设、设备自动化升级两方面着手。一是系统建设方面。以打通集团生产经营全流程为着眼点,搭建业务系统平台,充分利用自动化信息技术解决方案,探索从产品到销售、设备控制到企业资源所有环节的信息快速交换,实现数据驱动下的产品价值链协同。二是设备自动化升级。通过设备、生产线的自动化升级,使车间充分具备柔性生产能力,对关键设备使用传感器、RFID等技术实现设备可感知,工厂内部的系统,信息互联互通。

「 4. 智能制造领域的经验分享 」

红旗H平台、L平台数字化工厂的顺利建成凝结了新时期一汽人的智慧与汗水,在此过程中总结提炼了一些在智能制造方面的经验。一是在工厂规划建设领域,要将智能制造的目标、需求结合工艺布局、产品结构、厂房条件等情况统筹考虑,确保方案的整体性。二是对于总装领域的智能制造,主要目标锁定在提升整车质量、减少错漏装、提高管理水平、降低运营成本四个领域,针对目标要进行详细分解,便于后续跟踪实施。三是智能元件的选型应用要有系统性,达到相互之间接口形式要统一、数据流畅通、无迟滞等要求,实现信息无孤岛,便于后续数字化集成管理。四是智能化、自动化带来的是对产品结构、零件精度、供货状态的反要求,这些要求要提前考虑,并在项目前期就输入给接口部门。五是智能制造要有创新性,突破原有思维限制,发散思考,通过应用新技术、新工艺,创造本领域专属的制造模式。六是在关键工艺环节,设备要采用冗余设计、闭环控制才能降低设备停台故障,实现质量问题“零流出”。七是设备参数、精度等要具备可还原性,故障及检修后能够快速还原到原有正常工作状态,减少调试时间。

中国一汽虽然在探索智能制造和建设数字化工厂方面积累了一定的成功经验,但是在求索过程中同样经历了很多经验教训。一是智能制造要有可靠的网络系统支持,蓝牙、红外等短距离通讯在工业领域应用可靠性还是不够。二是各种控制软件要有版本管理体系,对应各个版本要有集中管理,记录更新内容,避免版本更替导致设备故障。三是中控系统与下属各子系统要有明确的信息流存储、传递规则,既不能遗漏信息,也不能过量采集无用信息。四是现场管理的声、光等报警、提示要统一规划,避免现场环境嘈杂,影响管理效果。五是网络布局,如交换机、机房等要有集中规划,规避加油机等有特殊要求的区域。六是设备采用的智能元件要尽量统一品牌、型号,便于后续管理、维护。

「 5. 挑战与展望 」

从中国一汽的智能制造实践来看,国内汽车企业只有真正掌握和应用先进技术、具备自主决策开发的能力,才能实现行业内的技术创新引领。以往,国内汽车行业以国外先进企业技术应用为前瞻进行学习复制,在汽车行业发展新形势下,应加快与有实力的企业联合开发、引进先进技术,迈出从模仿到创造的关键一步。快速应用移动化、大数据、物联网、区块链、AR/VR/MR、3D打印等数字化、智能化手段,打造先进技术货架,为制造转型奠定基础。

希望国家有关主管部门能够继续在鼓励企业实施智能制造方面,提供国家级的政策、项目平台支持。除此之外,针对目前新型技术领域,如区块链、云平台等,建议成立针对汽车离散行业的技术联盟,定期专题研讨、分享先进应用经验,同时提供联合开发的平台,打破国内企业的单一发展方式,形成发展生态圈,汽车产业才能高效、高质量的发展。

作者:郑力,莫莉

内容来源:《智能制造:技术前沿与探索应用》、 智造苑

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