【智能制造】汽车智能制造技术应用及智能工厂案例

2018 年 4 月 1 日 产业智能官

智能制造是贯彻落实《中国制造2025》的战略部署，是两化深度融合的主攻方向，是增强我国制造业发展优势的关键所在，大力发展智能制造是加快制造强国建设步伐，加速推动汽车产业由规模速度型向质量效益型转变的重要途径。

目前，我国汽车行业推进智能制造工作取得了积极进展和成效。工业和信息化部开展了智能制造试点示范专项行动，通过创新驱动强化智能制造核心装备的自主供给能力，不断完善智能制造标准体系，逐步夯实工业软件等基础支撑能力，通过示范带动构建了集成服务能力，通过集成应用提升了新模式应用水平。实施专项行动3年来，累计支持了33项汽车行业智能制造试点示范项目，占支持项目的16%，涵盖了传统及新能源汽车乘用车、商用车、客车等以及智能网联汽车等领域，以及发动机、变速器、底盘系统、动力电池、汽车电子、轮毂、轮胎、汽车玻璃等关键零部件，项目成果显著，示范带动和集成应用辐射放大作用十分突出。

当前，以下智能制造技术在汽车整车及零部件制造领域均已开始普及应用：

1、智能制造技术逐渐进入整体工厂阶段

我国工业制造发展至今经历了“工业1.0—机械制造”、“工业2.0—流水线、批量生产，标准化”、“工业3.0—高度自动化，无人/少人化产”和“工业4.0—网络化生产，虚实融合”等阶段。从传统制造走向大规模个性化定制，由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式的转变，要求建立一个高度灵活的个性化、数字化和高度一体化的产品与服务生产体系。汽车整车及零部件制造业要实现个性化产品的高效率、批量化生产，必需综合兼顾物料供应协同、工序协同、生产节拍协同、产品智能输送等诸多环节，围绕智能制造技术的一体化整厂设计是“智慧工厂”建设的必然选择，也是实现工业4.0的重要基础和保障。

2、智能自动化柔性生产技术

随着科学技术的发展，消费者以及社会对产品功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之提高。为了提高制造业的柔性与效率，在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期、降低产品成本，智能自动化柔性生产线在行业内得到普及。智能自动化柔性生产系统由信息控制系统与制造装备单元组成，是能适应制造工件对象变换的自动化生产线。柔性生产线可以增强生产线的适应性，使生产线的布局更能适应消费需求的变化。

3、智能自动化系统控制软件技术和信息技术

智能自动化系统控制软件技术是实现智能化的核心所在，它利用信息技术，通过现场设备总线、现场控制总线、工业以太网、现场无线通讯、数据识别处理设备以及其他数据传输设备，将智能自动化装备的各个子系统连接起来，使生产流程进一步由自动化提升到智能化，使智能自动化生产线从本质上实现安全生产、柔性制造。

4、协作机器人的普及化

随着智能自动化生产线系统行业的持续发展与优化升级，关键环节的的协作机器人应用将得到进一步的提高。业内数据统计表明，近几年协作机器人的应用取得了爆发式的增长。这些新推出的协作机器人具有轻巧、廉价的特点，结合了先进的视觉技术，将为生产工作提供更多感知功能。

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汽车智能工厂案例

众所周知，工业4.0的两个主题是智能工厂+智能生产。在工业4.0背景下，汽车工厂将实现网络化、分布式的生产设施，控制生产过程中不断出现的复杂性，人、机器与资源之间会有直接的交流。与此同时，高度标准化、模块化的设备及系统将大幅节省汽车生产制造中的成本，机器人可以从事高强度持续性的工作，依托于传感器、3D打印等技术大大提高零部件生产加工及工序中的精密度，降低失误率及风险。

宝沃：中德智造示范工厂

作为“德国制造”的一个代表，宝沃汽车实现了工业4.0智能工厂的部署，以先进的智能制造体系，入选工信部发布的“2017年中德智能制造合作试点示范项目”。

宝沃智能工厂采用全球先进的八车型柔性化生产线，在具备强大灵活生产性能的同时可实现多车型共线生产，并打造个性定制化车型的生产及开发，集冲压、焊装、涂装、总装、检测和物流六大工艺流程于一身。

宝沃的柔性化生产拥有17种颜色系统，可实现汽油、混合动力、纯电动等左右舵车型生产并且，其“柔性制造”可实现自行优化整体网络，并自行适应实时环境变化及客户个性化需求。整个车间拥有先进的自动化技术，近550台机器人完成在冲压、传输、车身点焊、油漆喷涂等过程的作业。通过智能化生产体系，以及物联网化的生产设施，最终实现企业供应链，制造等环节数据化、智慧化，以及达到高效生产及满足个性化需求的目的。

在质量管控方面，宝沃智能工厂在德国DIN、VDA严苛的质量标准下，开发了BQMS宝沃质量管理系统：通过18道在线控制点，34道质量控制点，16个质量门，1075项整车检验，运用自动化、信息化技术和云平台，实现整车质量保证体系数字化，并在智能物流方面实现了大规模个性化定制生产、订单交付周期最短23天。

法士特：“智能生产系统”自主造

与其他企业外包或外购智能生产系统不同，法士特智能化生产车间完全由自己编程、制造而成。

据了解，法士特在生产线上引入模块化的理念，实现了控制器、气动门等部件的标准化运作和生产线的灵活运用。法士特最新投入使用的自动装配悬臂线，将工业自动控制、通讯、智能机器人、定扭紧固、信息控制、测试等多项技术结合应用，多工位实现自动化装配。与此同时，法士特还不断推进云端技术，将所有智能机器人和生产线数据进行网络监控和管理，实现后台操作、调整机器人工况数据，还可进行跨厂之间的信息对比。

首条智能生产线投入使用后，线上工作人员从17人减少到7人，从每天最多生产450套产品提升至现在的750套；不仅生产效率提高40％，产品一致性也得到进一步保证。此外，法士特自动装配悬臂线投入使用后，一次装箱合格率提高3％，装配线产能提高25％，占地面积节约27％，有效降低工人的劳动强度，大幅提升了产品装配自动化和智能化水平。

广汽传祺：安全清洁智慧的工厂

广汽传祺杭州工厂秉承“工业4.0”的智能制造理念，历时13个月建设，遵循“一次规划、分步实施”的原则，以广汽传祺世界级生产方式为核心，糅合全球领先的研发技术、科学管理方法和严谨的质量控制体系，采用独创的VIDM（可视化、信息化、数字化、智能制造）系统，打造了一座安全、清洁、智慧的工厂。

其中，冲压车间采用全自动伺服高速生产线及直线7轴高速机器人，实现了深拉延、高品质、高柔性、低噪环保的完美结合；焊装车间首次采用CO2机器人自动弧焊工艺，配备全球领先的机器人及机器视觉AI技术，可实现高精度、多车型柔性共线生产；涂装车间采用世界领先的Ro-Dip 360度翻转前处理电泳线，壁挂式机器人喷涂系统采用紧凑型两道色漆绿色环保喷涂技术，充分体现传祺的“绿色工厂”理念；总装车间采用L型布局，自主设计底盘自动合装设备，实现玻璃自动涂胶、安装及座椅自动抓取安装等技术，构建了具备世界水平的广汽传祺标杆工厂。

奥迪：颠覆传统的汽车工厂

奥迪一直将科技作为产品的卖点，这一次奥迪将科技发挥到了极致，为我们描绘出一座未来汽车工厂——奥迪智能工厂。在这座工厂中，我们熟悉的生产线消失不见，零件运输由自动驾驶小车甚至是无人机完成，3D打印技术也得到普及……这样一座颠覆传统的汽车工厂都有哪些黑科技？

零件物流是保障整个工厂高效生产的关键，在奥迪智能工厂中，零件物流运输全部由无人驾驶系统完成。转移物资的叉车也实现自动驾驶，实现真正的自动化工厂。在物料运输方面不仅有无人驾驶小车参与，无人机也将发挥重要作用。

在奥迪智能工厂中，小型化、轻型化的机器人将取代人工来实现琐碎零件的安装固定。柔性装配车将取代人工进行螺丝拧紧。在装配小车中布置有若干机械臂，这些机械臂可以按照既定程序进行位置识别、螺丝拧紧。装配辅助系统可以提示工人何处需要进行装配，并可对最终装配结果进行检测。在一些线束装配任务中还需要人工的参与，装配辅助系统可以提示工人哪些位置需要人工装配，并在显示屏上显示最终装配是否合格，防止出现残次品。

奥迪智能工厂发明的柔性抓取机器人不同于现阶段的抓取机器人，该机器人最大特点在于柔性触手，这种结构类似于变色龙舌头，抓取零件更加灵活。除了抓取普通零件外，柔性抓取机器人还可以抓取螺母、垫片之类的细微零件。

未来奥迪智能工厂将借助VR技术来实现虚拟装配，以发现研发阶段出现的问题。借助VR设备，设计人员可以对零件进行预装配，以观测未来实际装配效果。此外，数据眼镜可以对看到的零件进行分析，这套设备类似装配辅助系统，发现缺陷与问题。数据眼镜可以对员工或者工程师进行针对性支持。

在奥迪智能工厂，3D打印技术将得到普及，到时候汽车上的大部分零件都可以通过3D打印技术得到。目前用粉末塑料制造物体的3D打印机已经被制造出来，下一阶段发展的是3D金属打印机。奥迪专门设计了金属打印试验室，对此技术进行研发。

风电行业智能化发展趋势分析及案例

2017年，首次出现国内新增新能源装机容量超过传统能源的拐点，是新能源将快速成为主体能源的重要标志，大力发展新能源已成为各开发企业和电力装备业的共识。风电、光伏、生物质能等新能源产业可持续发展空间广阔，催生了一批优秀企业诞生，并成为国际知名新能源开发、装备制造及智慧能源管理运营的领军者。

风电制造业，是一个绿色产业与传统工业相结合的、年轻的新能源行业。既结合了先进的产品设计，又依赖于传统工业生产。那么在新一代工业革命浪潮的冲击下，风电制造业应该如何应对并实现智能转型呢？

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我国风电行业现状

过去五年，我国风电市场应用规模不断扩大，无论是新增市场，还是累计应用量均位居全球第一。

2013年，我国风电累计并网装机尚未达到1亿千瓦，海上风电仅有3家企业在潮间带项目上有所布局。直至2014年，风电建设步伐逐渐加快，行业全面回暖，尔后一路高歌猛进，在2015年2月正式迈入“一亿千瓦俱乐部”，成为我国各类发电类型中首个完成“十二五”规划装机目标的能源种类。截至2017年底，我国风电累计并网装机容量达到1．64亿千瓦，占全部发电装机容量的9．2％，装机规模持续领跑全球。

与风电装机一路高歌猛进相携而来的是我国风电装备制造产业技术领域的不断创新和进步。经过五年来的不断沉淀和积累，一个涵盖技术研发、整机制造、开发建设、标准和检测认证体系以及市场运维，具有全球竞争力的完整风电产业链体系已经火热出炉。

事实上，国内一批企业通过技术引进、消化吸收、联合设计以及自主研发等方式，风电机组功率和风轮直径都呈现逐年扩大之势，多兆瓦级风电机组的研发进程正在加快。风电机组在设计方面更加智能化和细分化，研发出了很多适合不同环境气候条件的定制化机组。

目前我国已经有相当一批能源设备制造企业从最初的“追赶者”跃升成为该领域的“领跑者”。截至2017年底，我国风电出口量达到340万千瓦，出口国家覆盖了美国、英国、法国、澳大利亚等将近超过34个国家和地区，海外市场份额进一步扩大。

风电设备制造业发展瓶颈

目前全国可开发利用的风资源越来越少，全国风电机组生产制造厂商较多，生产规模较之前不断扩大。市场竞争越来越激烈，生产制造风电机组的市场价格，降至目前3700元／千瓦左右。这些年生产制造成本不断上涨，对风电机组制造商来说，势必考虑到经济成本。

风电设备制造业目前遇到最大问题是新增装机量下降。产能过剩导致“价格战”不断，新产品仓促投放，主机制造企业被迫过度承担责任与风险等问题，制造企业正面临全行业毛利率急剧下滑、大面积亏损、运营风险加大的窘境。风力发电设备产品的质量和可靠性问题依然严峻。在关键技术和核心竞争力方面，目前绝大多数风电机组制造商研发投入有限，创新能力及产品开发能力有限，为抢占市场购买国外的技术或产品来进行组装或制造，没有自己核心的技术，特别是大型海上风电机组及重要部件技术，受制于其他公司。同时，由于技术力量分散，无法在引进消化的基础上形成蜕变的创新能力。

近两年，风电设备智能化发展已成为市场议论热点，但总体来看还处于起步阶段，设备企业纷纷在设备智能设计、智能运营（自识别、自维护、自动跟踪）、大数据管理、智慧能源管理、风场场群管理等方面进行一些尝试。

风电智能化趋势明显

国家层面密集发布促进风电、光伏等清洁能源发电的政策，无不释放出风电行业进入稳定增长期的积极信号，国内掀起了新一轮的风电“抢装潮”。在抢装行情带来风电设备需求放量的同时，对于风电机组性能和技术水平也提出了更高要求，风电智能化也正被业内津津乐道。

参考一些欧洲国家的做法，他们的风机厂商每竖起一台风机，就好像建立了一个小型的数据中心。厂商通过收集风电机组的发电指标、关键零部件的实时运行参数、此前十年的气象资料等数据，在这些数据基础上综合作出判断和预测，分析并提升投资者的资产回报率，并及时反馈到研发和运维领域，为下一代产品的改进和升级提供参考。除了风机设备本身产生的数据，有实力的风机厂商还会统计自然环境产生的更大数据库，即包含风和地形在内的环境数据，绘制出一张风资源分布地图。

在设备方面，风电机组的控制类型多种多样，目前，变桨健康诊断、振动监测、叶片健康监测、智能润滑、智能偏航、智能变桨、智能解缆、智能测试都将是风机智能发展的方向。

此外，智能化风电还有利于设备的后期维护。由于风机通常都“体型巨大”，在日常维护中需要高空作业，尤其是在风力驱动风机叶片时候，会给工作人员造成很大麻烦。随着无人机、大数据、移动智能设备等最新的技术成果在风电设备上得以应用，会让人类对于风电的控制变得更加得心应手。

而随着风电智能化的发展，风机厂商的收益也有望进一步提高。当风机采用智能一体化的解决方案后，将大幅提高风机的可靠性和可用率、增加电量产出，降低成本。换句话说，将互联网、大数据的思维应用于风电设备制造和风电场运维，必将成为未来发展的趋势。

风电行业智能化案例

《中国制造2025》明确提出，智能制造是未来中国制造发展的重要方向，在智能制造的背景下，智能化、信息化、大数据、云计算等理念迅速被引入到风电机组设计制造、开发建设和运营管理的各个环节，现代化程度大大提高，风电行业势必要不断创新，进行技术全面升级，市场发展前景才将更为广阔。

智能车间

2017年，湘电股份电气传动事业部电气车间跻身智能制造“国家队”行列。在湘电股份电气传动事业部智能电气车间内，一名工人熟练操作工装机械手，将200多斤重的电抗器轻松放到指定位置，前后耗时不足2分钟，往常这一工序需要3名工人和一台叉车协力配合，耗时半个小时以上才能完成。这条生产线，13名工人的工作效率相当于过去100多名工人的工作效率，如果满订单生产，全年能生产产品1000台，创造产值5亿元。

湘电股份电气传动事业部智能制造车间包括风电变流器、风电主控、风电变桨、模块、线束等5条生产线，运用了5t重型RGV有轨自动穿梭车、机械臂、自动裁压线束机等先进设备，同时工作台位、夹具考虑产品系列兼容性，实现柔性生产，产品根据不同工艺路径设置参数后，通过软件与产线PLC通讯控制实现产品物流进行对应流转，整体产品生产制造效率提升40%。

数字化平台

风资源的禀赋程度决定了风电场盈利的上限，而管理水平与成本则决定了风电场盈利的下限。作为风能领域首家提出“智慧风场”理念的企业，远景能源7年的风电数字化探索已取得了阶段性的成果——EnOSTM能源物联网平台（以下简称“EnOSTM平台”），该平台已成功为杜克能源、Pattern能源、壳牌等全球领先的能源企业实施了有效的能源资产管理，目前管理的能源资产已超过1亿千瓦。

基于EnOSTM平台，远景能源所打造的“直连、安全、高精度、机器学习”EnOSTM智慧风场软件解决方案，已实现从风机数据采集、集中监控，到损失电量分析、基于机器学习的设备健康度预警、新能源功率预测等全方位服务功能，能够帮助风电运营商打造“少人、透明、预测维护、电网友好”的智慧风场。

EnOSTM平台能直接读取140种风机机型和650种型号的光伏逆变器的数据，秒级数据实时更新，并能实现超过95%的数据合格率。在内蒙古一个拥有13个新能源电站的运营商，借助EnOSTM平台统一管理后，不仅对1098台风机和15.4万块光伏组件实现了全天候监控，更有效保证了数据质量，减少现场运维人员。最终实现了运维人员成本2.03人/万千瓦，运维成本仅为40万元/万千瓦，整体效益得到明显提升。

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着眼未来，在工业化和信息化“两化”融合的当下，风电企业应根据自身的特点，制定一条符合企业自身发展水平的转型路线。要循序渐进，从不同环节制定不同突破点，以点带面，逐步实现智能制造。

人工智能赛博物理操作系统

AI-CPS OS

“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。

AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。

领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：

重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？

AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：

精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：

创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。

给决策制定者和商业领袖的建议：

超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新
评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开
发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临
较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。

如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！

新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS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。

产业智能官 AI-CPS

用“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能），在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能；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。