傳統(tǒng)汽車工廠數(shù)字化改造之路

王志恒

江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽合肥 230000

伴隨汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)程度加劇和消費(fèi)市場(chǎng)需求升級(jí)，低成本、高質(zhì)量和快交期無(wú)疑成為各大汽車廠轉(zhuǎn)型升級(jí)追求的目標(biāo)。多品種、小批量生產(chǎn)模式對(duì)制造企業(yè)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，數(shù)字化作為貫通數(shù)據(jù)流和打通業(yè)務(wù)流程的有力賦能工具業(yè)已成為各大制造商搶占的制高點(diǎn)。但因國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)車企建廠時(shí)間較為久遠(yuǎn)，初建時(shí)并沒有完整的數(shù)字化規(guī)劃設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化而新建工廠并不是最優(yōu)選擇。因此，在現(xiàn)有工廠基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)改造成為傳統(tǒng)車企實(shí)施數(shù)字化制造轉(zhuǎn)型的必由之路。

現(xiàn)狀概述

涂裝車身到達(dá)圖1中“位置1”時(shí)，操作員工拿下隨車條碼，通過對(duì)講機(jī)報(bào)車身VIN碼后四位數(shù)，然后從入庫(kù)單中找到該車VIN條碼對(duì)應(yīng)的單據(jù)后放進(jìn)車身。此時(shí)，調(diào)度室接收到位置1員工播報(bào)的VIN數(shù)字后，人工確定該車去往的存儲(chǔ)道，在調(diào)度室機(jī)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行確認(rèn)放車，同時(shí)將車身所入道號(hào)按序記在紙上。當(dāng)調(diào)度室確認(rèn)指令下發(fā)后，位置1的員工按下工位邊的放行按鈕，車身離開工位按指令進(jìn)入確定的存儲(chǔ)道。PBS庫(kù)區(qū)布局及工藝流程，如圖1所示。

圖1 PBS布局及工藝流程

調(diào)度室員工根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃（以車型為主），結(jié)合存儲(chǔ)道車身記錄紙上的信息進(jìn)行放車。人工先在MES系統(tǒng)里將即將發(fā)布的車身VIN碼信息進(jìn)行錄入，錄入后發(fā)布。然后，在調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行放車，每放走一批就在紙上人工進(jìn)行標(biāo)記，以此循環(huán)。

因車身入道和出道全程由人工進(jìn)行記錄，可能存在漏記和錯(cuò)誤標(biāo)記現(xiàn)象，這就需要人工每天多次進(jìn)入庫(kù)區(qū)進(jìn)行車身信息一致性查驗(yàn)，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

車身入庫(kù)、出庫(kù)流程所需設(shè)備，具有如下三個(gè)特點(diǎn)：

1）PBS庫(kù)區(qū)建設(shè)時(shí)間較為久遠(yuǎn)，所用PLC為西門子300系列，采用Profibus通信。

2）現(xiàn)場(chǎng)橋架走線錯(cuò)綜復(fù)雜，很多線路年代久遠(yuǎn)，可能存在老化現(xiàn)象。

3）現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)時(shí)間久遠(yuǎn)，功率較大，可能存在較強(qiáng)的電磁干擾。

改造思路與重點(diǎn)

1.改造思路

工廠數(shù)字化改造，是一項(xiàng)系統(tǒng)化規(guī)劃和分階段實(shí)施的工程。系統(tǒng)化規(guī)劃要將企業(yè)戰(zhàn)略和實(shí)際業(yè)務(wù)現(xiàn)狀結(jié)合起來(lái)考慮，分階段實(shí)施要兼顧投資計(jì)劃和業(yè)務(wù)流程提升需要的時(shí)間和資源投入。

具體的改造思路可概括為如下五個(gè)方面：

（1）明確業(yè)務(wù)流程，捕捉業(yè)務(wù)痛點(diǎn) 業(yè)務(wù)流程是整個(gè)生產(chǎn)制造體系運(yùn)行的根本，數(shù)字化改造要立足流程現(xiàn)狀，分析流程存在的痛點(diǎn)，通過新技術(shù)來(lái)解決痛點(diǎn)問題。根據(jù)前面業(yè)務(wù)流程詳述，本項(xiàng)目痛點(diǎn)主要是：人工傳遞和記錄信息會(huì)出錯(cuò)，嚴(yán)重導(dǎo)致車身序列錯(cuò)誤，從而致使總裝停線；人工進(jìn)入庫(kù)區(qū)確認(rèn)車身信息一致性，存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)；人工發(fā)布車身序列，需要逐個(gè)輸入系統(tǒng)，反復(fù)比對(duì)，耗時(shí)耗力。

（2）凸現(xiàn)改造價(jià)值，達(dá)成共同意見 在梳理業(yè)務(wù)流程和痛點(diǎn)后，并不是立刻就開始實(shí)施改造，而應(yīng)先分析是否是真正的痛點(diǎn)，解決該痛點(diǎn)問題能否帶來(lái)實(shí)實(shí)在在的效益。在資源有限的前提下，只有在各方對(duì)痛點(diǎn)問題及其解決價(jià)值達(dá)成一致意見后，數(shù)字化改造的推進(jìn)工作才能更加順利開展。通過業(yè)務(wù)流程梳理和痛點(diǎn)分析，項(xiàng)目相關(guān)方就痛點(diǎn)問題達(dá)成一致意見，項(xiàng)目組制定實(shí)施計(jì)劃，責(zé)任到人，項(xiàng)目在各方通力合作下進(jìn)展迅速。

（3）查設(shè)備現(xiàn)狀，理布線問題 老工廠數(shù)字化改造必然涉及底層設(shè)備，而底層設(shè)備是否具備聯(lián)網(wǎng)條件、是否能夠和外界進(jìn)行通信，是決定改造成本和難度大小的關(guān)鍵問題。同時(shí)，老工廠線路錯(cuò)綜復(fù)雜，線纜存在老化現(xiàn)象，如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，規(guī)劃布線路徑和利用原有的橋架以節(jié)約成本也是必須考慮的問題。本項(xiàng)目涉及的控制設(shè)備PLC為西門子300系列，與1500系列能夠?qū)崿F(xiàn)兼容；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)橋架可利用空間較大，大幅節(jié)約布線成本。

（4）選擇數(shù)字工具，制定系統(tǒng)架構(gòu) 在業(yè)務(wù)痛點(diǎn)和設(shè)備確認(rèn)結(jié)束后，開始數(shù)字賦能工具的選擇，制定數(shù)字化系統(tǒng)的架構(gòu)，架構(gòu)規(guī)劃遵循“立足長(zhǎng)遠(yuǎn)，服務(wù)當(dāng)前，可拓可展，集成發(fā)展”的原則。本項(xiàng)目采取的架構(gòu)是“設(shè)備層、控制層、管理層”，網(wǎng)絡(luò)采用獨(dú)立的工業(yè)以太網(wǎng)，服務(wù)器采用超融合以充分利用閑置的服務(wù)器資源，根據(jù)實(shí)際需求，賦能工具選擇車身跟蹤（AVI）模塊和RC（計(jì)劃調(diào)度）模塊。AVI站點(diǎn)部署如圖2所示。

（5）謹(jǐn)防過程異常，制定規(guī)避方案 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通常情況下90%的時(shí)間是存在異常的，數(shù)字化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能理想化設(shè)計(jì)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)充分考慮異常情況發(fā)生的場(chǎng)景，從場(chǎng)景出發(fā)制定相應(yīng)的解決方案，只有這樣才能讓系統(tǒng)更好地服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)。

2.改造重點(diǎn)

乘用車總裝車間PBS庫(kù)區(qū)改造重點(diǎn)聚焦于以下幾個(gè)方面：

（1）RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）安裝 為保證在滿足AVI過點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和路由控制的基礎(chǔ)上改造降低成本，在分道點(diǎn)設(shè)置RFID安裝位置（分道點(diǎn)均為移行機(jī)，具備精確停位條件，可保證RFID能夠讀取TAG（載碼體，存儲(chǔ)信息的芯片）信息；RFID安裝的位置附近均存在電動(dòng)機(jī)，為規(guī)避電動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的電磁波對(duì)RFID讀取效率造成影響，需要對(duì)RFID進(jìn)行防護(hù)處理；RFID安裝的位置要現(xiàn)場(chǎng)查看，確認(rèn)支架的形式，以滿足RFID能夠被準(zhǔn)確安裝；RFID安裝位置要確保唯一性，即滑撬的最終停止位置必須保證一致，使得RFID能夠在固定的安裝位置讀取TAG信息。

（2）PLC程序改造 PLC程序改造是該項(xiàng)目能否成功的決定性因素。老工廠設(shè)備年代久遠(yuǎn)，可能經(jīng)過多輪局部改造以及負(fù)責(zé)改造的人員或已不在原公司等，這一系列問題對(duì)改造工作造成了巨大挑戰(zhàn)。本項(xiàng)目采取的方式是查找最新的程序及其相關(guān)說(shuō)明資料，同時(shí)在生產(chǎn)運(yùn)行期間現(xiàn)場(chǎng)觀察程序運(yùn)行狀態(tài)，逐個(gè)點(diǎn)核對(duì)和分析，直到徹底理解整個(gè)機(jī)運(yùn)程序運(yùn)行邏輯。

（3）網(wǎng)絡(luò)布線 網(wǎng)絡(luò)布線存在的困難體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜對(duì)布線工作造成極大干擾，施工周期長(zhǎng)；現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)任務(wù)緊，留給布線的時(shí)間極其有限。針對(duì)該問題，本項(xiàng)目采取的方式是，施工前詳細(xì)調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)橋架及走線現(xiàn)狀，充分測(cè)量利舊橋架尺寸，無(wú)法利舊的橋架安裝位置、尺寸、過渡段如何處理等，這些工作要詳細(xì)規(guī)劃，提前做好準(zhǔn)備工作，充分節(jié)約布線施工的寶貴時(shí)間。

改造成果

經(jīng)過為期兩月的設(shè)備安裝調(diào)試、軟件單調(diào)和聯(lián)調(diào)，系統(tǒng)順利上線。借助該數(shù)字化賦能系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的效益，得到員工的一致認(rèn)可。

1）入庫(kù)點(diǎn)員工拿下條碼從掃碼槍前一刷即可實(shí)現(xiàn)車身信息傳遞和記錄，不再需要人工通過對(duì)講機(jī)報(bào)號(hào)，不需要記錄過車信息。在消除人工報(bào)號(hào)可能存在錯(cuò)誤的同時(shí)大幅降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）系統(tǒng)具備自動(dòng)入庫(kù)功能，人工設(shè)置入庫(kù)規(guī)則后即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)入庫(kù)，入庫(kù)信息即時(shí)更新，消除了人工記錄道次車身信息工作。

3）出庫(kù)車身信息根據(jù)人工發(fā)布序列順序自動(dòng)發(fā)送給MES系統(tǒng)，徹底消除人工逐個(gè)將車身信息錄入MES系統(tǒng)的工作。

4）庫(kù)區(qū)車身信息和過點(diǎn)信息的透明化，徹底消除人工進(jìn)入庫(kù)區(qū)核對(duì)信息的作業(yè)，從根本上杜絕安全風(fēng)險(xiǎn)，真正體現(xiàn)以人為本的發(fā)展觀。

結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)汽車工廠數(shù)字化升級(jí)改造是工廠兼顧轉(zhuǎn)型升級(jí)與性價(jià)比的改造之路。立足業(yè)務(wù)找痛點(diǎn)，著眼數(shù)字化發(fā)展目標(biāo)，整體規(guī)劃和分步實(shí)施，是傳統(tǒng)工廠數(shù)字化升級(jí)改造的有效路徑。數(shù)字化升級(jí)改造是一條無(wú)止境的路，只有以質(zhì)量、成本、交期為抓手，擁抱先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)為企業(yè)賦能，方能在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)之路上越走越好。