赛力斯汽车智能工厂总体规划

随着智能制造的逐步推进，汽车行业智能工厂的建设得到了更多地关注。为实现汽车行业智能工厂的规范化建设，形成一套汽车行业标准化的智能工厂总体规划方法显得十分重要。本文阐述了汽车行业智能工厂的基本功能、设计要求及设计模型等内容，旨为汽车行业相关企业进行智能工厂总体规划设计提供理论指导。

1 智能工厂建设流程

智能工厂建设共有前期策划、工程设计、工程实施、调试生产、验收总结等阶段。

1.1 前期策划阶段

该阶段包含工厂的顶层设计、前期规划等，围绕数字化、网络化、智能化三大特点，应用智能技术，对现有工厂或新工厂进行改造升级与规划实施；统筹考虑智能装备、信息软件、工业网络的综合应用，实施智能单元、智能生产线和智能工厂的建设。

1.2 工程设计阶段

该阶段需要进行智能工厂的具体设计规划，包括工厂平面布局、生产线设计、设备选型、数据采集和分析系统设计、物流系统设计、能源管理系统设计、安全和环保设计等方面。同时需要考虑到智能化技术的应用，如机器人、物联网、人工智能、自动化控制技术、虚拟仿真技术等。

1.3 工程实施阶段

该阶段需要进行土建工程、管道布置、电气自动化、通风空调等工程建设和施工。同时需要采购和安装设备、进行软件开发和系统集成、网络连接和数据配置等建设工作，按照设计方案实施。

1.4 调试生产阶段

该阶段进行设备调试、系统和生产流程测试，进行试生产，发现和解决问题，确保生产系统运行正常。

1.5 验收总结阶段

该阶段进行各项验收，包括质量验收、安全验收、环境验收等，确保系统的安全性、稳定性和可靠性。验收合格后，进行交付，实现正式生产运营。

2 智能工厂基本功能

面向汽车行业的智能工厂应当具备智能研发、智能生产、智能物流、智能服务、智能管理与决策等基本功能，如图 1 所示。

图 1 智能管理与决策模型

2.1 智能研发

智能研发指在产品智能设计的基础上采用工艺仿真、虚拟模型设计、虚拟沉浸式设计（虚拟现实，增强现实）等手段，通过与汽车智能制造技术、装备、服务的协同，搭建虚拟模型，实现数字化虚拟工厂的设计，完成冲、焊、涂、总等工艺的设计及试验仿真过程，来评估工厂生产线的效率和可行性。在汽车产品的研发过程中需要首先输入产品信息，明确产品定义，作为工艺设计的详细输入。

2.2 智能生产

智能生产是基于信息化、自动化、数据分析等先进技术和管理手段，实现柔性化、网络化、智能化、可预测、协同、个性化的生产模式。通过制定生产计划、生产执行、产品质量管控和设备管理等对汽车生产质量、成本、能效、交期等进行闭环、持续优化提升。

2.3 智能物流

智能工厂物流体系包含智能采购物流、智能生产物流、智能成品物流、智能回收物流，以及与之相关的智能工厂物流管理平台、物流计划、前后端协同、差异管理和可视化、物流数据资源和物流技术资源等，包含优化仓储布局和策略、提升物料配送效率，实现按生产指令交付、保证交付物信息准确、交接物无差错、交接时间及时、交接自动完成、交接状态可追溯等。冲压车间、焊接车间、涂装车间、总装车间、电池车间内的数字化物流装备、生产物流管理、物流设备管理要求部署，通过自动化仓储管理、智能调度系统、物联网技术、机器人搬运等技术的应用，提高物流效率和准确性，实现物流流程的优化和协同管理。

2.4 智能服务

智能服务包含销售和服务是指运用物联网技术、互联网技术，通过大数据分析结合传感器感知车辆状态，进行预防性维修维护，为汽车产品用户及时更换备品备件；开发面向客户服务的APP，针对不同用户提供个性化服务，提高客户出行效率，提升汽车企业的服务质量。通过上下游产业链和服务链互通，实现支持各环节的实时在线服务，在全流程全要素范围内建立智能化服务体系。

2.5 智能管理与决策

智能管理与决策是指在企业研发、生产、经营的数字化、信息化、网络化的基础上，应用虚拟仿真、人工智能、大数据分析、云计算等技术，对企业的采购、销售、能源、设备、安全、环保和健康，以及产品设计、生产、物流等管理模块进行信息化提升、系统化集成及精益化协同，并形成可迭代、可优化、具有智能特征、面向全局的管理系统；基于汽车企业业务部门和业务系统产生的核心数据，通过建模、样本归类、类比推理分析，实现知识挖掘、计算和迭代更新，体现适应性、动态性和演变性的智能体理性决策特征，自动生成最优决策方案。

3 智能工厂总体设计要求

3.1 自动化设计要求

应用工业机器人、自动导引运输车、电子定扭、智能加注、电子拣选、在线检测、射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）、传感器等数据智能采集装备取代人工作业方式，关键工序设备应具有预测性维护功能，焊装自动化率覆盖 100%物流、均采用自动方式进行建设。汽车智能工厂应具备自动化控制的能力，包括生产线、机器人和机械手臂等设备的自动化控制，以及自动化运输和分配系统的控制。应建立一个高度智能化和自适应的系统，以便能够随时根据生产需求和变化做出调整。

3.2 信息化设计要求

应通过服务网、物联网将企业设施、设备、通信系统、感知系统一体化，实现对智能工厂的安全、可靠、实时、协调感知和控制；应做好信息技术（Information Technology, IT）基础设施准备，要把信息基础设施整合到现有生产设施当中，保证能够高效地传输大量的信息和数据，这样才能保证生产和物流设备的数据可以即时发送和无缝接收，照明、空调等厂房设备发送的信息也能及时传输到数据处理中心中进行处理并存储。同时，应该通过企业信息门户（Enterprise Information Portal, EIP）实现与客户、供应商、合作伙伴的横向集成（如协同商务和信息共享），以及实现企业内部的纵向集成（如不同系统之间的业务协同）。采用最新的网络安全技术和加密技术，以及建立完善的数据管理和权限控制机制，保障所有数据的安全性和机密性，包括生产数据、管理数据和工人数据等。

3.3 数字化设计要求

应优化企业资源计划、供应商关系管理、制造执行系统、物流执行系统、质量管理系统等企业资源软件及操作执行软件，建立数据自动交互的规则体系，实现制造流程数字化。智能工厂应提供一个友好和直观的人机交互界面，以便工人和管理人员能够轻松地监控和控制生产过程。采用人工智能和机器学习技术来识别和适应人类行为和意图。

3.4 网络化设计要求

应建立现场总线技术、工业以太网技术及无线网络技术设计的工厂网络，通过工业网线将智能装备连接起来，实现数据互联互通，实时交互，实时管控；应建立分布式工业控制网络；应通过网络行为分析系统和统一日志管理，实时获取网络的运行与安全状态，并根据安全策略自动化实施安全处置措施；应通过一体化网管平台实施网络监控、网络优化、故障处理等。

3.5 绿色设计要求

智能工厂的绿色设计应充分考虑用地集约化、原料无害化、生产清洁化、废物资源化、能源低碳化；能源结构合理；设备选型节能环保化、工程建设精细化；以数字化建设为手段，推动“双碳”目标及质量自动化发展。优先考虑建设专用变电站，提高供电可靠性，降低用电成本。选用新规范《供配电系统设计规范》（ GB 50052－2020）中的节能型产品；把经处理后达到排放要求的工业废水再次进行深化处理，去除各种杂质，达到国家规定的杂用水标准，并应用于企业生产及居民生活。建立一套集能源采集、统计、分析等功能为一体的管理系统。实现能源精细化管理，提高能源效率，降低能源消耗的目的。详细规划参考《绿色工厂评价通则》（GB/T 36132－2018）。

3.6 精益设计要求

精益设计的核心理念是将精益思想应用到汽车行业智能工厂的规划设计阶段，它是将精益理念与智能工厂设计相结合，并融合了人因工程、价值工程、并行工程等先进的管理方式，强调了在工厂布局、工艺流程、物流系统、信息系统等环节的设计阶段便引入精益理念，实现从源头上消除各种浪费，这样就可避免仅从某一局部去调整改善出现问题的生产环节，从而起到根治浪费的作用。

4 智能工厂设计模型

汽车行业智能工厂总体模型以实现汽车行业智能工厂业务功能为目标，按照业务功能要求与设计要求进行。汽车行业智能工厂总体模型包括智能研发、智能生产、智能物流、智能服务、智能管理与决策等业务功能，同时需要满足信息安全、工厂安全控制的要求[10-11]。数字化虚拟工厂与现场数字化车间进行数据、信息交互，实现高效、安全、节能、稳定、柔性的生产，其总体框架如图 2 所示。

图 2 汽车智能工厂总体规划框架

汽车行业智能工厂设计模型包含数字化模型、信息化模型、网络架构模型、虚实映射模型。数字化转型由研产供销及端到端质量管理平台、运营管理平台、IT 基础平台构成，应用大数据、人工智能等新技术，实现柔性化、平台化、透明化的数字化汽车制造，其中数字化车间技术要求见《数字化车间可靠性通用要求》（GB/T 41392－2022）；信息化模型应以数据传输网络系统为基础，通过信息传递与数据交互，应用终端设备（传感器）数据采集，以及通过网络控制器和设备控制箱等实现串口协议信号向传输控制协议/网际协议数据的转换，其设计要求见《智能制造虚拟工厂信息模型》（GB/T 40654－2021）；网络架构模型覆盖设备层、产线层、车间层、工厂层、企业层，可采用多种方式，如星形、环形、总线型、网状等多种方式；虚实映射模型应依托工业大数据平台，搭建虚拟工厂，以实时数据驱动三维模型，实现物理工厂孪生再现。打通信息化平台多维度数据，打造信息化、数字化、智能化的工厂。

5 结语

智能工厂的设计是企业发展战略的重要组成部分，指采用先进技术和数字化技术，以提高生产效率、质量和灵活性为目标，实现工厂自动化、智能化和数字化的一种新型工厂模式。这是实现企业战略目标的重要举措和企业转型升级、提升企业核心竞争能力的必然选择。总之，建设汽车行业智能工厂能更好的服务智能产品，全面提升质量、效率，降低成本，保障安全环保，用更智能的技术为企业带来更高的经济效益和投资回报。

来源：新工业网|作者：赛力斯汽车有限公司 徐文琪 范锐强 杨桃李 宋应德

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