【智能制造】汽车整车制造工厂智能制造系统解决方案

2019 年 6 月 13 日 产业智能官

第1章简介

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

第2章项目实施情况

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）

序号	总体设计技术内容	说明
1	重大关键装备及核心装备技术	冲、焊、涂、总重大关键装备和关键参数及核心装备技术
2	系统集成方法	信息系统集成技术
		硬件集成技术
		二次开发技术（工控系统及信息化二次开发）
		联合调试技术
3	核心基础技术	工艺数字化技术(设计、仿真、装备制造、调试)
		建筑BIM技术（设计、虚拟验证、建造管理、设备运维）
		汽车工厂编码体系
		数据融合及清洗技术
		信息系统接口
		数字化工厂建设及应用标准

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。

第3章实施效果

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。

第4章总结

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。

来源：智能制造系统解决方案供应商联盟

延展阅读：

陕鼓探索“智能+” “三位一体”赋能服务型制造

两化融合服务联盟

2019年国务院政府工作报告指出，打造工业互联网平台，拓展“智能+”，为制造业转型升级赋能。推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，是加速传统制造业转型升级，实现工业经济高质量发展的有效途径。陕西鼓风机（集团）有限公司（以下简称“陕鼓”）作为在中国经济发展变革中孕育出的，走在中国工业转型升级前列的时代企业，紧跟“智能+”发展趋势，深入探索和实践互联网思维下的服务型制造，取得显著成效。

2018年，陕鼓“工业服务+能源基础设施运营板块”订货占销售订货比重已达77.99%。工信部部长苗圩来陕鼓调研时，称赞陕鼓商业模式转型思路好，定位准；“陕鼓模式”已两次写入陕西省政府工作报告，陕鼓正在以智能化、数字化的转型发展实践，助推中国制造和工业经济的高质量发展。

“三位一体”从“制造”迈向“智造”

“随着互联网、大数据、云计算的快速发展，装备制造行业实现智能制造已成为发展趋势，也是陕鼓战略落地和构建核心竞争力的重要抓手，更是陕鼓迈向新时代的重要标志。”陕鼓集团董事长李宏安说。

陕鼓是一家跳出传统装备制造国有大型企业。在从单一产品制造向分布式能源系统解决方案商和系统服务商转型过程中，陕鼓已成长为一家产业多元化、国际化的绿色能源企业。近年来，在重大装备智能制造及服务业的发展趋势指引下，陕鼓积极探索互联网思维下的“智能+”模式，推动企业从“制造”迈向“智造”。陕鼓制定的“智能制造实现路径”包括产品智能化、服务智能化、过程智能化的“三位一体”“智能+”模式。

从2012年开始，陕鼓探索利用工业互联网，整合自身资源创新服务模式，借助国家十二五“863”“973”课题，构建了面向设备全生命周期的透平装备管理体系。2015年至今，陕鼓先后承担了工信部《动力装备全生命周期智能设计制造及云服务系统标准验证》《大型动力装备智能制造新模式应用》两个智能制造专项课题研究，以行业生态链为主线，涵盖了陕鼓提出的 “三位一体” 智能化思路；通过数字化、网络化、智能化的路径推进，陕鼓赋能服务型制造转型，摆脱传统制造的束缚，以投身更加广阔的分布式能源领域市场，向智能化、高端化系统解决方案迈进。目前，陕鼓已具备工信部两化融合管理体系贯标企业、工信部智能制造试点示范企业、国家级两化深度融合示范企业资质。

围绕需求探索智能化系统方案

当今，人工智能、清洁能源、大数据、云计算等新兴技术，正快速融入传统能源各细分领域。工业领域的节能减排和绿色发展任务艰巨，挖掘大数据的潜力与价值，提升能源系统的整体水平与综合效率，正是陕鼓“智能+”的重点发力目标。

“通过服务智能化，进一步完善远程监测系统，强化EAOC研究，形成用户问题感知、方案形成与推送的智能化；通过过程智能化，促进精益设计和产业制造智能化的提升，为客户提供能量转换领域个性化的、定制化的、系统的解决方案。”李宏安介绍说。陕鼓的战略定位就是成为分布式能源领域系统解决方案和系统服务商，而产品和服务的智能化是直击用户需求点，为用户解决切实的设备管理、工艺优化、能源管理等痛点问题。围绕客户需求，陕鼓整合自动化、信息化、远程中心，组建数字化事业部，针对流程工业领域大型装置系统的问题，展开智能化产品和服务的研究；并整合全球资源，形成了陕鼓工研院、院士专家工作站、博士后科研工作站、陕鼓欧洲研发中心、分布式能源技术装备创新中心等一系列科技创新“智囊”及国际资源平台，应用转化智能化前沿科技，形成助力流程工业领域用户各类装置自动化程度高，系统能效优化，运行安全环保的系统解决方案。

陕鼓自主研发的新一代“提高高炉冶炼强度的顶压能量回收系统”3H-TRT系统，以及开展的国家鼓励的前沿研发课题——多种工业流程的EAOC（综合能效分析与运行优化控制）技术研究，就是围绕流程工业领域装置的安全运行、能效提升和精准控制优化，在高端智能化的系统解决方案上的深入持续探索。

与此同时，陕鼓还结合流程工业领域客户专业化、个性化需求，研制出多套一体化机组。如首台套全国产化36万吨硝酸四合一机组，通过先进可靠、具有自主知识产权的专用控制算法，实现了智能化故障诊断与控制功能有效结合，能效控制与机组控制的有机结合，装置工艺技术与机组控制技术的有机结合，不仅为客户装置优化改造、提质增效提供了智能化的系统解决方案，也成为带动未来分布式能源产业发展的着力点。

能源互联践行绿色节能工业理念

由陕鼓首家创新开发的，实现能源系统“九联供”的“能源互联岛”全球运营中心，是陕鼓围绕大数据时代企业转型的又一探索实践。工业互联网时代下，陕鼓牢牢把握行业趋势，基于信息化、数字化发展平台，形成了设备、金融、服务、运营、EPC五大核心能力，聚焦分布式能源领域，“陕鼓打造的能源互联岛全球运营中心，是根据用户侧精准需求分析，结合供给侧的资源禀赋和互联网及大数据分析，按时、按需、按质向用户端提供分布式清洁能源智能一体化的解决方案。” 李宏安这样说。

通过能源系统“九联供”，陕鼓在工业园区实现了冷、热、电、风、水、废、消防、安防、监控的智能化管理，并实现了土地集约、运营集约、功能集约、设备集约“四大资源集约化”。能源互联岛全球运营中心投运以来，能耗大幅下降，2017年万元产值能耗为14.99千克标煤/万元，2018年万元产值能耗已降为9.06千克标煤/万元，成为全球透平行业耗能最低、排放最少的智能制造基地，实现了工业园区能源规划及综合利用“绿效应”。

目前，依托能源互联岛技术，陕鼓对其国内运营的10个空分气体厂、5个污水处理厂、2个分布式一体化模式发电厂等项目实现了能源系统互联，并在国内外用户的1200套动力装备上配套安装了远程监测和故障诊断系统，借助互联网+、大数据技术，实现系统大数据互联，为传统制造业插上了坚实的智能化“翅膀”。

如今，5G时代正在向我们走来，带来新一轮万物互联的机遇和挑战。瞄准新时代的新方向，陕鼓正在深化以“体制机制改革”为发动机，以“智能制造和资本金融”为两翼的“一机两翼”战略举措，在数字化的持续探索实践中，开发更加智能化的系统解决方案，实现无人值守或少人值守，与金融杠杆同行撬动市场，创造和引领客户需求，助力企业向服务型制造的转型升级。

“未来，陕鼓将进一步践行‘智能+’的服务型制造转型，推进网络研发、数字产品、数字服务和能源互联岛全球运营中心等数字化研究，让数字化服务于企业，服务于客户，助力工业经济动能转换和高质量发展。”李宏安如是说。

本文来源：中国网

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先进制造业+工业互联网

产业智能官 AI-CPS

加入知识星球“产业智能研究院”：先进制造业OT（自动化+机器人+工艺+精益）技术和工业互联网IT技术（云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）深度融合，在场景中构建“状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升”的机器智能、认知计算系统；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。

云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能等工业互联网IT技术分支用来的今天，制造业者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品、业务等商业场景中，利用工业互联网形成数字化、网络化和智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和焕然新生。

工业互联网作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。