智能工廠在工業界和學術界得到了巨大的發展和深入探索[1-3]。智能工廠的基本特征是將柔性自動化技術、物聯網技術、人工智能和大數據技術等全面應用于產品設計、工藝設計、生產制造、工廠運營等各個階段[4]。發展智能工廠有助于滿足客戶的個性化需求、優化生產過程、提升制造智能、促進工廠管理模式的改變 [5]。

       汽配行業智能工廠的系統設計，要以汽配企業的行業特色為背景，實現從訂單下達到成品的整個生產過程透明化管理，滿足生產加工過程全流程可質量追溯，存在工廠與組織間計劃協同、生產協同、業務頻繁等現實要求，企業必須持續改進自身供應鏈和生產方式，以滿足不斷變化的市場需求。

二、智能工廠實踐

       2.1 需求分析

       汽配企業采用工業互聯網智能工廠解決方案，實現了全新工業網絡基礎架構的升級改造，提升了整個網絡構架的高效性和可靠性，為實現數據透明工廠打下重要基礎。應用需求包括：

       (1)產業鏈協同要求高。以家用汽車為例，主機廠每生產一輛汽車，就會牽扯到1500~2000個零部件。而先進的整車裝配線，幾分鐘就會下線一輛汽車，最快的生產線一分鐘就下線一輛汽車。這就給下游的一級配套商以及二級配套商提出了很嚴苛的要求。如何保證從主機廠到一級配套企業再到二級配企業的物流、信息流、資金流高效地運行是一個很大的挑戰。

       (2)品種多、數量大、追溯難。很多汽配企業生產的零部件有上千種，每種產品的每天生產數量可能會有上萬件。如果采用傳統方法，很難做到實時計劃、實時生產數據采集、實時物流監控。特別是零部件供應及內部物流管理工作量大，易造成生產缺料、物料上線不及時、庫存積壓等問題。物聯網技術的發展為這種要求提供了可能。

       (3)精細化管理難。從時間節拍上看，整車廠的生產節拍是分鐘級，零部件廠的生產節拍要控制到秒級。從管理粒度看，過去僅能管理到班次、班組，現在要考核每臺設備的OEE、每個人的生產效率，甚至到每臺設備的毫秒級工藝參數監控。

       2.2 總體要求

       本項目建設一套面向汽配企業智能工廠系統，實現車間精細化、可視化、智能化管理。對本系統提出的技術指標如下：

       (1)實現產品生產過程的全流程管理，從ERP接收生產計劃為流程起點，以產品加工完成入庫、發貨為流程終點；支持生產表單的數字化；

       (2)實現產品全生命周期的數據采集、存儲、分析、統計、搜索功能；實現數據的自動化、智能化、便捷化采集及集中保存和共享；

       (3)實現產品全生命周期全要素的質量追溯，支持從產品追溯到材料，也支持從材料追溯到產品；

       (4)實現與供應商的在線協同，在線接單、發貨、收貨、信息交互、績效發布等。

       2.3 智能工廠架構設計

       主要建設內容包括：

       (1)建立基于5G私有云的智能化車間IoT體系架構，建立設備異常實時采集、檢測機制，進行設備OEE核算；對不同參數進行限值設定，進行設備故障統計分析。同時將實現生產進度的實時監測，通過采集設備運行的指令號，獲知當前加工的產品型號、加工數量，對生產進度進行統計、反饋。

       (2)建設生產執行管理系統，構建生產管理、設備管理、質量管理、文檔管理、物料批次管理、倉儲管理、生產調度等功能，對數據資產、數據流動、數據采集環節統一調配管理，實現車間精細化、可視化、智能化管理。

       (3)建設產業鏈協同平臺，通過平臺與主機廠、設備供應商、二級供應商、物流公司及勞務公司多維度互聯，實現訂單自動導入、便捷采購、人力協同、智慧物流等功能，提升訂單準確性、財務核算效率，降低生產成本，增強產品可追溯性，提高企業對高端汽車零配件的供給服務能力，促進產業鏈高質量發展。

       (4)建設企業工業數據管理系統，通過將設備采集的工作信息與訂單信息、工藝數據相關聯，打通PLM、MES、ERP等系統信息互聯，進行工業大數據梳理、清洗、分析與挖掘，構建知識圖譜和算法數據庫、工業機理庫，將工業知識進行沉淀和復用，形成企業新能力。

       (5)基于工業互聯網平臺的工業APP應用系統，開發應用覆蓋維修與生產、質量巡檢、綜合管理等全過程的工業APP，以實現輕便快速的數字化管理。智能工廠總體架構如圖1所示。

圖1 智能工廠總體架構

       2.4 核心功能及作用

       以工業互聯網平臺為技術支撐，以汽車企業的實際需求為導向，主要實現了平臺的下述功能。

       (1)智慧物聯基于IoT技術達成設備互聯互通，建立完備的控制系統網絡架構，如圖2所示。

圖2 物料跟蹤與管理

       對某企業工廠內有1條沖壓線、4條開卷線，以及361個焊接機器人島，31臺AGV 運料小車；通過對廠內的所有設備進行網絡重構與升級，實時采集每臺設備的工作信息，并與訂單、工藝相關聯，進行工業大數據分析與挖掘，實現現場生產線實時監控、報警。通過智慧物聯系統來實現工藝參數、設備參數的自動采集；開工前對工藝參數實際設定值校驗；自動采集工藝中定義的參數信息，進行異常監控；對訂單進行工藝參數的超差變更，訂單完成后進行提醒恢復；查看工藝參數的趨勢變化；采集工序完工數量，并進行工序自動報工；自動完成數據的匯總統計等功能。

       (2)智能物流通過OPCS接口、供應商協同、條碼技術、AGV集成、ERP集成等應用，可實現從主機廠接單、到計劃下達、供應商接單、供應商發貨、現場收貨、散件入庫、散件消耗、總成入庫以及總成發貨的全流程應用，日均打印條碼超3萬張。降低員工工作強度，可以使員工對整個車間物流現場了如指掌，提升物流效率與運轉質量。

       (3)移動管理系統全面接軌移動應用，管理人員通過移動APP，隨時隨地查看 OEE、CMK、VBZ、生產異常、實時物流、實時產線、實時質量等信息，同時還能通過移動應用與關鍵崗位、供應商等進行溝通協作，相比傳統模式，既解放了管理人員，也提升了管理精準性。

       (4)實時追溯通過唯一標識產品與生產資源、實時采集生產大數據，能夠進行產品的全生命周期追溯，隨時隨地能夠查詢到產成品是在何人何時在哪臺設備上使用了哪個批次的散件完成的加工，加工時的工藝參數如何。

       (5)物料跟蹤與管理通過物料跟蹤號及物料事件，準確記錄物料在整個生產組織過程中發生的所有事件，完成對物料的整個生產加工、形態變化全過程的跟蹤與追溯，實現精細化的全程物料跟蹤和集中管控，如圖2所示。

       計劃員在系統上下達生產任務，對生產線、生產速率、生產數量及人員配置等信息規范化管理。班組長登錄生產訂單門戶查詢生產作業任務，在線打印生產條碼，實現生產訂單跟蹤。對工作現場的發貨看板、生產計劃看板、到貨看板和維修看板使用屏幕投放進行可視化處理。企業員工可在手機端對OEE、VBZ、CMK、生產線情況等數據進行實時監控，實時查看車間生產狀況。

       (6)搭建產業鏈協同平臺，將主機廠、供應商、物流公司和外包公司多維度互聯，實現設備、人、產品和系統內部協同。

圖3 產業鏈協同平臺整體解決方案

       如圖3所示，產業鏈協同平臺將實現真正意義上的供應鏈協同、產業鏈協同，信息完全共享，提高溝通效率，降低溝通成本，避免重復錄入和出錯，實現制造業與互聯網融合。在連接主機廠環節，通過OPCS導入車企生產計劃并同步到ERP系統，通過MRP運算后拉動采購計劃及生產計劃排產。在ERP下單后，供應商登錄門戶系統，完成訂單確認、發貨、條碼打印粘貼，并支持系統對賬，包含到貨、工位器具、質量文件等情況。

三、應用效果及價值

       本項目的實施，一方面智能工廠運行和管理可以減少甚至完全取消不必要的手工操作，最大限度地消除不確定因素，使產品質量得到有效控制和提高。另一方面數字化管理有利于企業從以事務為中心的傳統管理模式向以客戶為中心的管理模式轉型，提供更符合客戶需求的產品和服務，提升客戶滿意度，從而提升公司承接高端汽車零配件訂單能力。項目執行后的直接效益。

       (1)通過工業互聯網平臺，打通了零部件企業與上游主機廠、下游供應商（二級配套企業）、物流公司、勞務公司、IT服務商、設備廠商、銀行之間全業務協同，實現了信息共享，提高了溝通效率，降低溝通成本，不用重復錄入，減少了出錯概率。

       (2)通過工業互聯網平臺，實現全業務流程的互聯網化、智能化、透明化、數據實時化，實現了全部零部件的全流程質量追溯。員工工作強度大大降低，工作更簡單有樂趣，普通員工也能對整個車間物流現場了如指掌，提升物流效率與運轉質量，更能確保車間的交期與質量。

       (3)通過智能物流與倉儲、智能調度工具、產業鏈協同的構建，實現簡單、準確、高效的溝通，充分發揮員工效用，實現工廠透明化，提升物流運轉效率，優化庫存，實現物料采購效率提升15%，生產過程事件記錄完整性提升20%，助力產能提升，生產線節拍提升至47JPH。

       (4)通過智能報表管控、制造檔案網絡化、批次追溯、參數監控等智能工具，實現產品制造過程透明化，實時監控產品加工的每一道工序，提升過程監控時效性，綜合提升制造過程可監控性30%，提升產品制造過程可追溯性50%。

       (5)通過OPCS接口、供應商協同系統、勞務工系統，零部件廠、整車廠、99家供應商、15家勞務公司，日均1041名勞務人員、200余輛車輛實現了在線協同。相對于原來郵件加電話的方式，訂單的準確性、采購效率、財務核算效率均有大幅提升。

四、結語

       本解決方案在某企業配件企業的三家屬地工廠進行了推廣，用戶反饋應用效果良好。該應用模式在汽車零部件行業有較強的可推廣性。通過對汽配企業智能工廠建設，一方面實現設備物聯和生產運營過程透明化，形成數字化運營和管理能力，幫助企業提升整體運營效率，提升企業核心競爭力。另一方面通過產業鏈協同，提升產業鏈整體韌性和響應能力。

作者 | 中國寶武工業互聯網研究院 李輝

來源 | 《信息技術與標準化》202