中国汽车行业标杆数字化车间——风神襄阳汽车有限公司冲压车间

　　原创：汽车智能制造技术

　　风神襄阳汽车有限公司（东风日产襄阳工厂）是总公司布局中高端车型的质量标杆工厂，是雷诺日产三菱全球联盟工厂中，唯一家生产双品牌（NISSAN&英菲尼迪）和双平台（NISSAN品牌D平台&C平台）共线生产的工厂。襄阳工厂中心产线始终保持着高柔性化的制造水平，现阶段共有5种车型多重配置的产品在同一产线混流生产。工厂冲压车间车间始建于1996年，初始为东风汽车股份公司冲压车间生产轻型卡车，与2003年与日产合资后通过线体改造实现轿车生产；冲压科占地27000平方米，其中物流库9216平方米，生产线体17784平方米，现场是由两条中速线、一条高速线、一台离线清洗机、翻转机，共计15台主要设备组成。高速线是2013年建成，是全球第一条V型机械臂搬送系统的高速线，设备的最大吨位是2400吨，自带清洗机功能，主要生产车身外覆盖件，每分钟生产12.6件，每小时最高585件，双班制运行。目前共生产5个车型，共计78个部品，104个零件，315套模具，具备25万辆的产能。

　　（2）数字化冲压车间建设概述

　　随着中国制造2025行动纲领的提出，襄阳工厂也正逐步向自动化、信息化、智能化方向发展，正在力求升级成为的绿色化、智能化工厂。冲压工艺作为整车生产的第一道工序，在襄阳工厂的智能制造建设进程中，数字化冲压车间的被作为整体数字化制造升级之路的关键一步，数字化冲压车间的整体规划，围绕冲压件产品的质量管控、车间核心设备智能管理、APS生产计划智慧调度、智慧能源管理、班组账票管理等方面，对冲压车间的生产管理体系、质量保证体系，制造执行系统，物流配送规划系统等做了全方位的升级改造建设，目前已完成数字化冲压车间80%以上的项目建设，共获得直接经济收近350万元。

　　Part.02

　　总体架构

　　襄阳数字化冲压车间是在原有的高自动化率车间的基础上改建而来，拥有较好的自动化基础，车间管理基础，但在数据采集、系统集成、大数据分析等方面存在较大的改善空间，针对这些待升级改造的模块，工厂设计了数字化冲压车间总体建设方案，共分为四层：数据采集层、静态应用集成层、系统集成层、智能运营层。

　　其中数据采集层主要包括设备数据采集、仓储数据采集、人员数据采集、环境参数采集、工艺品质数据采集、制造过程数据采集7大模块。设备数据采集模块主要针对压机设备、分拣设备，关键轴承等实现生产过程的设备运行参数采集，并通过对压机设备的运行参数进行监控，保证高品质的冲压件下线，同事在压机分拣设备的关键轴承部署了震动、温度等参数传感，用于提前预知设备故障，降低压机设备的长停风险。仓储数据采集主要包括原材料板材数据采集以及成品冲压件数据采集两大部分，其中板材数据采集主要依靠扫描打刻在板材上二维码完成采集，通过原材料数据系统，可实时获得板材的批次信息、工艺参数信息等。而冲压件的数据采集通过扫描存放冲压件容器的RFID卡片即可获取。与此同时出于在品质、安全、绿色方面的考虑，在冲压车间还部署了空气环境检测、温度监控、噪声监控等环境检测设备，实时检测车间内部的各项环境指标。数据采集层的各个数据采集模块均部署在统一的数据库服务平台，保证了数据传输的实时性、统一性及有效性。

　　在数据采集层的基础上数字化冲压车间完成了冲压制造全流程的静态应用的开发，主要包括APS生产计划排程系统、板材管理系统、执行制造系统、设备管理系统、品质管理系统、仓储管理系统、工艺信息管理系统等。通过APS生产计划排程系统代替原有计划员依靠经验的手动计划调整，系统可将限制排产的各类因素设置为排产约束条件，通过排产算法输出最优排产结果。在APS的下游系统也会接收排产数据，并依据生产计划的调度，自动匹配生产工艺参数、品质检测点位信息、设备换模计划等生产联动数据。

　　在静态应用的基础之上，通过数据的采集积累一定量的历史数据后，建立了数字化冲压车间的系统集成层，主要包括，设备预知管理模块、能源环境数字化模块、品质管理模块、制造执行管理模块。系统集成模块均需在大数据分析的基础上对对应管控指标做出对应反馈。以设备预知管理模块为例，通过对压机关键轴承的运行参数进行一段时间的数据采集，累计震动、温度等参数的置信区间范围后，当监控到轴承在线的监控参数出现异常，则可对应分析出设备存在的故障停工风险。

　　最上层为智能运营层，主要包含两大部分：智能运营中心、数字孪生车间。通过智能运营中心的建立，可将冲压车间生产过程中实时采集的各类生产数据通过设定算法输出为品质、成本、交期、效率、安全、士气等领域的管控KPI，为车间管理者、监督者更高效的、更快速的了解车间的实际运行状态。而数字孪生车间则是通过冲压整线数字化仿真平台的建立，在虚拟的系统中完成模具调试、端拾器轨迹调试、机械手轨迹节拍优化等工艺仿真调试。通过数字化冲压车间的智能运营层可实现生产过程及工艺调试过程的透明化。

　　Part.03

　　建设方案

　　依据数字化冲压车间总体架构的规划建设，本章节将对冲压车间APS高级排产系统、设备管理系统、设备趋势化预知管理系统、能源管理系统、RFID智能仓储管理平台、冲压板材管理平台、冲压品质管控系统TQMP、冲压智能安全管理系统等主要功能模块的建设方案进行介绍。

　　（1）APS高级排产系统

　　原有的冲压科生产计划管理由计划员通过维护原材料系统冲压生产管理模块计算生成，并结合实际情况，依据经验进行手工编制和调整。受影响冲压排产的因素众多，复杂程度高，现有系统模块运算逻辑较为单一，无法全面考虑庞大的约束条件，难以实现最佳排产。同时冲压生产计划需计划员手工调整，耗费工时，且受限于计划员的经验和水平，有较大提升空间。通过数字化应用，集成生产计划管理APS系统，实现焊装工程车辆需求、备件需求等生产计划的自动排产管理；提高复杂生产计划的作成能力，实现多目标排产，从而实现降低冲压件库存，减少人力需求的目标。

　　（2）板材到货智能管理系统

　　冲压的材料由外委开卷加工，在材料到货管理中，由于信息的不能及时发送和生产计划的变动，不能及时进行配送，异常后调整毛坯需求计划信息传递链较多，造成信息滞后，并能快速对应和保证生产计划；对此通过联合供应商，以网络信息的快速传递为依托，通过DPS系统精准配送系统（Distribution Precision System）,通过PC、移动终端及物联网手段，积极响应客户需求，智能组织生产，实现全程精准服务，持续提升在库高效管理。的构建和应用，实施生产材料的信息实时共享，毛坯料的实时供给，最终实现到货的智能化精准配送，人工业务智能化和在库管理的精准管理；DPS正是通过以用户最终的到货需求为目标，倒逼整个供应链流程的协同，实现快速的响应需求，并且通过自动化的手段，最大限度的消除冗余的业务环节。

　　（3）冲压设备管理系统

　　目前车间建设了如下的冲压设备及其管理系统：

　　冲压二线：5台压机使用西门子S7-300 PLC控制器，设备现场使用Profibus总线控制，5台压机、8台拆跺与搬送机器人通过PROFINET连接到S7-300控制器，使用研华上位机；

　　冲压三线：4台压机及DF使用三菱Q PLC控制线，设备现场使用CCLINK连接；伺服气垫使用FUJI控制NPIS控制器，通过ESX-BUS连接现场设备及丁字架伺服电机控制及主电机；5套搬送装置使用PSC700控制器，通过PSC Network、Computer Link、SYNCHRO Network、SERCOS等网络完成现场设备及多轴VZ7000伺服同步控制；上位机为三菱多CPU系统，通过CCLINK IE与压机、DF相连；通过CCLINK IE与瑞恩系统相连；通过FL-NET与FUJI系统相连。

　　冲压五线：4台压机及DF使用三菱Q PLC控制线，设备现场使用CCLINK连接；上位机为三菱Q PLC，通过MELSEC H网与4台压机、DF相连；5台搬送机器人作为上位主控三菱Q PLC的CCLINK子站链接。

　　（4）关键设备趋势化预知管理系统

　　①冲压电机在线监测系统：系统结合无线网络传感器和网络技术组成的一套无线振动预警监测系统，系统主要由前端无线传感器节点，数据转发网关和监控主电机成。无线传感器节点与数据网关间通过无线方式进行通讯，数据网关与监控主机之间通过无线或有线方式连接。监控主机安装有监控软件，可以对本无线传感器网络内数据进行显示、存储，对设备进行监控。

　　目前,冲压车间已有包括三条主线关键电机在内的40台设备纳入了电机在线监测系统，实现了冲压电机设备的实时在线自动监测，检测各电机设备关键点的震动、温度等各项参数，并将所有数据信息上传至电脑显示、存储，便于汇总分析。另外，还能根据现场情况设定报警值，当检测到的各项数值越限时，发出报警并主动记录报警信息，实时监测设备状态，实用、方便、快捷。

　　②冲压轴承状态在线监测系统：冲压有3条生产线，共13台压机，每台压机关键部位轴承有10处。主线压机轴承传统的点检方式是依靠人工听+温度检测装置，齿轮箱轴承目前只有3线有预埋，2线和5线通过定检查看。劣化发现度较低。

　　冲压轴承状态在线监测系统目前已覆盖三条主线的32个轴承测量点，测量仪器采用的是脉冲双T传感器，一个传感器同时拥有两个技术-滚动轴承特有传感器和振动加速度传感器的功能。也就是说一个测点同时具有滚动轴承分析技术和机械振动测试技术，全覆盖轴承齿轮箱同步给出轴承润滑状态值和齿轮状态图，接收和分析轴承运行过程中的震动频率，实现长期趋势监控；

　　设备状态数据分析系统通过上位机，可以采集到现场设备的大部分设备状态数据，进行故障停机管理：设备长时间停止故障、小停工、OEE统计。故障管理，设备异常发生时，能第一时间提示报警信息，帮助快速锁定故障原因和发生部位，有效减少故障排查时间。设备状态指示，车间工作人员可通过状态指示页面直接查看当前设备的运行状态。

　　（4）冲压数字化安防系统

　　冲压车间目前具备两大智能安全管理系统，一是智能安防监控系统，智能安防监控实现车间全覆盖，各车间入口，重点作业场所，重点设备，实现实时视频监控，异常情况第一时间被发现，实现可追溯；二是智能安全头盔系统，智能头盔采用先进的3D打印技术，可以根据个人头部外形和不同配置的模块来调整头盔外型，该头盔可以进行作业状态监测，如视觉检测识别、标准动作监测、异常信息上传；可以进行人员安全状态监测，如人员定位、健康监测预警、电子围栏预警；还可以实现环境安全状态监测，如环境湿度检测、噪音监测、有毒气体检测、夜视/LED补光；智能头盔与数据管理平台一体化设计；智能安全管理体系的应用，极大的提高了车间安全管理能力，实现主动预防安全。

　　（5）RFID智能仓储管理平台

　　基于RFID技术的LES管理系统，在冲压车间的导入，实现冲压车间仓库信息、计划达成情况、零件良品率信息的实时反馈。

　　通过在料架上固定RFID芯片，实现数据的自动采集，能够实时掌握零件的出入库状态，并运用先进的视觉检测技术，解决了料架进出方向的问题，提高了数据的准确度。导入冲压车间的生产计划，能够实时比对计划与实际的达成情况并预警；不良品进入指定区域，通过数据采集，能够实时显示不良品的实际情况。

　　（6）冲压TQMP品质保证系统

　　质量信息管理平台（简称TQMP），主要提供给工厂制程使用，业务范围主要包括不良缺陷快速录入，车辆不良100%在线记录，返修车辆管理，要因系数趋势预警管理、改善跟踪电子化管理、报表自动生成、不良品情实时反馈。

　　TQMP系统功能图示

　　不良缺陷快速录入

　　制程问题点采用线上即时录入的方式，保证问题录入的及时性。标准化缺陷描述，选择车型、零件、位置、不良描述、等级，点击提交完成录入，保证问题录入的准确性。

　　缺陷信息实时反馈机制

　　品质报表自动生成

　　车辆返修、追溯与锁定管理

　　QIC管理改善系统

　　Part.04

　　技术难点与创新点

　　在数字化冲压车间的建设过程中，最核心的创新点是关键设备趋势化预知管理系统，主要指冲压电机在线监测系统与冲压轴承状态在线监测系统。

　　冲压电机在线监测系统：采用先进成熟的无线网络技术，采集模块无线传输数据，测量节点通过无线网关轻松实现传输，功耗极低，安全可靠。扩展性强。采用分层分布式架构，用户可根据实际情况，灵活增减监测点，简单实用，改造和维护起来方便快捷。低成本高效率。在线预警系统对于机械的正常运行非常必要，既要保障机器安全可靠的长期运行，同时又要对相关设备的有害影响减至最小。本系统大大降低设备状态监测维护的成本。

　　冲压轴承状态在线监测系统：双T传感器是一个全新技术，一个传感器同时拥有两个技术-滚动轴承特有传感器和振动加速度传感器的功能;传感器内部采用创新隔离技术，确保传感器优良绝缘性能和抗射频干扰能力。

　　Part.05

　　解决的重大问题

　　在襄阳数字化冲压车间的建设过程中，解决的行业及企业的重要问题是如何进行最优的冲压生产计划排产。

　　原有的冲压生产计划由计划员通过维护MLS原材料系统冲压生产管理模块计算生成，并结合实际情况，依据经验进行手工调整。影响冲压排产的因素众多，复杂程度高，现有系统模块运算逻辑较为单一，无法全面考虑庞大的约束条件，难以实现最佳排产。冲压生产计划需计划员手工调整，耗费工时，且受限于计划员的经验和水平，有较大提升空间。

　　而襄阳工厂冲压车间导入的APS排产系统是通过SCMP（智能供应链协同平台）对工厂VMD（车辆主数据）借助工管系统（车辆现场管理）、CATS系统(生产管理系统)、PCM（包装容器管理系统）、MLS（材料管理系统）、进行联合的一种智能排产。通过对基础数据设置(零件信息、模具信息、料架信息等)、生产线、工作模式等信息进行集中统计，结合BOM信息、三发滚动计划，展开三发需求/焊装ACT计划，展开焊装需求。完成冲压生产排产体制、计划需求预算，结合实际业务进行冲压计划的调整后更新时间、谷物料等信息，并通过接口发送给冲压工作台和MLS系统。提高复杂生产计划的作成能力，实现多目标排产，从而实现降低冲压件库存，减少人力需求的目标。

　　Part.06

　　实施效果及效益分析

　　数字化冲压车间项目落地实施后，在质量、成本、交期、效率、安全等领域均取得了较好的收益，其中APS高级排产系统的导入提高了冲压车间复杂生产计划的作成能力，实现多目标排产，从而实现降低冲压件库存，减少人力需求的目标。降低冲压件库存，减少仓库及冲压容器投资，降低零件资金占用。通过对冲压生产的预实对比分析，提升冲压的计划准守率。其中最直接的收益体现在提高现有人力开动率，分阶段逐步减少现场作业人力，2018年-2020年工实现人力递减23人次，获得直接经济收益近350万元。

　　Part.07

　　下一步进行智能化改造提升的计划和思路

　　现阶段襄阳工厂数字化冲压车间，在国内乘用车主机厂处于较为领先的位置。襄阳数字化冲压车间的建设属于老工厂的数字化升级改造，在2018-2020，的三年时间中完成了自动化率提升、信息化改造、数字化升级的三步建设方案，已经实现了从计划排产、制造执行、品质管控、设备管理、仓储管理的全过程信息化管控，下一步冲压数字化车间将向可视化方向进一步完善，通过建立车间运营情报中心，将原有的车间人工KPI管理过程信息化，实时更新车间的设备运行效率、能耗在线数据、品质趋势情况等核心管控信息。

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