從“制造”到“智造”柔性化樣車試制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

刁琳

摘 要：隨著目前汽車市場(chǎng)的發(fā)展，市場(chǎng)的定制化配置需求愈加趨于復(fù)雜化、個(gè)性化、多元化，原始的線下和手工開展業(yè)務(wù)的模式和試制生產(chǎn)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。同時(shí)，客戶定制化需求亦層出不窮，車型多元化趨勢(shì)亦愈演愈烈。原有的傳統(tǒng)試制模式，包括線下傳遞產(chǎn)品需求、人工核對(duì)和校驗(yàn)配置、手工排產(chǎn)、紙質(zhì)版工藝制作、線下進(jìn)度跟蹤和問題記錄等，不僅效率低下，資源配置不均衡，也越來越不能滿足時(shí)代和市場(chǎng)的需要。根據(jù)中國(guó)2025的國(guó)家戰(zhàn)略，未來柔性化樣車試制模式和系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文從柔性化樣車試制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用價(jià)值三個(gè)方面進(jìn)行了介紹、闡述和研究。

關(guān)鍵詞：柔性化 信息互通互聯(lián) 樣車試制系統(tǒng)

Abstract：With the development of the current automobile market， the customized configuration requirements of the market tend to be more complex， personalized and diversified， and the original offline and manual business mode and trial production mode are far from meeting the demand. At the same time， the demand for customer customization is also emerging， and the trend of model diversification is also intensifying. The original traditional trial production mode， including offline transmission of product demand， manual verification and verification of configuration， manual scheduling， paper version process production， offline progress tracking and problem recording， etc.， is not only inefficient， unbalanced resource allocation， but also increasingly unable to meet the needs of the times and the market. According to China's 2025 national strategy， the trial production mode and system of flexible prototype vehicles in the future is imperative. This paper is introduced， elaborated and studied from three aspects： design principles， characteristics， advantages， structure and application value of flexible prototype vehicle trial production system.

Key words：flexibility， information interconnection， prototype vehicle trial production system

1 引言

近年來，隨著試制業(yè)務(wù)的不斷開拓，國(guó)內(nèi)樣車試制中心的發(fā)展越來越迅速，變化越來越快，目前已不單單滿足于本地車型的試制開發(fā)需求，逐步開始承擔(dān)全球開發(fā)項(xiàng)目中各類車型的的試制開發(fā)需求。和以往本地項(xiàng)目車型配置需求較為單一和簡(jiǎn)便不同，全球開發(fā)項(xiàng)目中包含了全球眾多不同區(qū)域的客戶，每個(gè)客戶都基于國(guó)家法規(guī)和自身需求提出了不一樣的要求和配置，部分全球開發(fā)項(xiàng)目中的試制車型配置需求多達(dá)四五十種。

為達(dá)到并滿足此類客戶類似定制化的要求，國(guó)內(nèi)樣車試制中心往往需要花費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力資源等以滿足客戶需求。

根據(jù)現(xiàn)有趨勢(shì)發(fā)展，后續(xù)國(guó)內(nèi)樣車試制中心將發(fā)展越來越快，變化也越來越多，并大量承擔(dān)越來越多的全球開發(fā)項(xiàng)目，各區(qū)域的定制化配置需求也將趨于復(fù)雜化、個(gè)性化、多元化，原始的線下和手工開展業(yè)務(wù)的模式和試制生產(chǎn)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。因此，開發(fā)柔性化的樣車試制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本、個(gè)性化的試制生產(chǎn)模式和系統(tǒng)，就更顯得具有研究?jī)r(jià)值和重要意義。

2 柔性化樣車試制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

2.1 柔性化樣車試制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

柔性化樣車試制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“一次規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息、物料信息、采購(gòu)信息、倉(cāng)儲(chǔ)物流信息、工藝信息、變更信息、現(xiàn)場(chǎng)造車信息、車輛交付信息等的全過程交互和聯(lián)動(dòng)。通過基于全業(yè)務(wù)鏈的系統(tǒng)化及信息互聯(lián)互通（充分的信息流自動(dòng)化）為前提，充分利用數(shù)字化終端硬件與無線通信技術(shù)結(jié)合，提升管理效率，降低管理成本，提高數(shù)據(jù)/信息的傳輸質(zhì)量。最終實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)化和柔性化，信息的互連互通，以及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)改善。

第一階段為架構(gòu)規(guī)劃。主要是基于現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化梳理，并在此基礎(chǔ)上確認(rèn)需要系統(tǒng)化覆蓋的主要業(yè)務(wù)范圍。同時(shí)考慮到未來試制業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢(shì)，需要預(yù)留后續(xù)系統(tǒng)架構(gòu)的柔性和可拓展性。

第二階段為單個(gè)系統(tǒng)和模塊的開發(fā)。

客戶定制系統(tǒng)主要包括：（1）定制管理模塊：主要負(fù)責(zé)客戶需求的多樣化需求管理。（2）配置校驗(yàn)?zāi)K：主要負(fù)責(zé)核對(duì)和確?？蛻粜枨蟮恼囄锪系耐暾院蜏?zhǔn)確性。

生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)主要包括：（1）BOM管理模塊：主要用于現(xiàn)場(chǎng)造車的物料管理?？紤]到BOM中記錄著物料來源、供應(yīng)商信息、單車用量等生產(chǎn)相關(guān)信息，能夠清晰展示與汽車制造相關(guān)的重要內(nèi)容，因此是非常重要的圖表。（2）物料訂購(gòu)模塊：主要負(fù)責(zé)接收BOM信息，自動(dòng)生成采購(gòu)訂單并進(jìn)行跟蹤和管理。（3）倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊：主要負(fù)責(zé)物料出庫(kù)和入庫(kù)業(yè)務(wù)，倉(cāng)庫(kù)調(diào)撥等功能，完成物料配送的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)立體倉(cāng)庫(kù)、平面哭的統(tǒng)一倉(cāng)儲(chǔ)信息管理。（4）變更管理模塊：主要接收客戶的需求變更信息，并及時(shí)傳遞到上下游，并體現(xiàn)在涉及車輛的裝配信息中。（5）智能排產(chǎn)模塊：負(fù)責(zé)車間中生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)信息與設(shè)備的深度融合，為試制執(zhí)行模塊提供完整、技師、準(zhǔn)確的生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)。

柔性制造系統(tǒng)主要包括：（1）工藝工裝模塊：主要用于制造工藝的編制和維護(hù)、制造工裝的設(shè)計(jì)、制造和評(píng)審。（2）試制執(zhí)行模塊：主要用于生產(chǎn)計(jì)劃的接收和執(zhí)行。（3）問題看板模塊：主要用于生產(chǎn)過程中問題出現(xiàn)時(shí)的記錄和追溯。（4）無線暗燈模塊：主要用于生產(chǎn)過程中若出現(xiàn)停線問題，可第一時(shí)間報(bào)警并拉動(dòng)相關(guān)資源解決。（5）車輛交付模塊：主要用于生產(chǎn)完畢后車輛狀態(tài)的確認(rèn)和客戶簽收。

第三階段為不同系統(tǒng)和模塊之間的接口建立和互聯(lián)互通。主要涉及上下游數(shù)據(jù)和信息的同步發(fā)布、傳遞、流通、更新、聯(lián)動(dòng)，最終通過結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化的手段實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)鏈的互聯(lián)互通以及后續(xù)通過大數(shù)據(jù)分析和挖掘驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)優(yōu)化。

2.2 柔性化樣車試制系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

基于信息平臺(tái)和數(shù)據(jù)化環(huán)境搭建的樣車試制系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

第一，驅(qū)動(dòng)高效生產(chǎn)和精密制造。能夠?qū)⒖蛻粜枨?、BOM校驗(yàn)、物料采購(gòu)、物流倉(cāng)儲(chǔ)與運(yùn)輸、工藝制作、現(xiàn)場(chǎng)試制、進(jìn)度跟蹤、問題解決、車輛交付等環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化對(duì)接。同時(shí)借助終端硬件和無線通信技術(shù)制定出精準(zhǔn)的規(guī)劃并由各個(gè)模塊執(zhí)行完成，擁有完整的信息數(shù)據(jù)流，不斷驅(qū)動(dòng)高效生產(chǎn)和精密制造。

第二，讓試制過程更加清晰化、透明化。通過對(duì)物料、設(shè)備、人員、工藝、工位等的合理配置和過程管控實(shí)現(xiàn)全方位透明化的管理特點(diǎn)，讓操作人員、管理人員無論在何時(shí)、何地都可以直接快速地了解到每一輛車的實(shí)時(shí)狀態(tài)。同時(shí)也對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題可進(jìn)行快速的響應(yīng)和追溯性管理，提升運(yùn)營(yíng)效率。

第三，基于系統(tǒng)開發(fā)需求、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存要求、約束條件等標(biāo)準(zhǔn)化管理，讓系統(tǒng)能夠按照規(guī)劃執(zhí)行命令，為各環(huán)節(jié)的項(xiàng)目管理提供便利性。

3 樣車柔性化試制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

一般而言，共包含客戶定制、生產(chǎn)準(zhǔn)備、柔性制造三大系統(tǒng)組成，見下圖1。

3.1 客戶定制系統(tǒng)

客戶定制系統(tǒng)包含定制管理模塊和配置校驗(yàn)?zāi)K。

以往客戶在選擇試制車輛配置時(shí)碰到的痛點(diǎn)很明顯：只能從一系列預(yù)設(shè)的車型配置中進(jìn)行選擇，和自己真正想要的車型配置還是存在不同。比如，某個(gè)客戶想要一個(gè)全景天窗，就不得不選擇最高配的車型，但是這其中很多豪華的配置比如電加熱方向盤卻又是他不需要的?；谶@種情況，定制管理模塊可以接受客戶個(gè)性化、多元化的需求，利用智能的定制方式，通過操作簡(jiǎn)便的的菜單選擇的目視化模式，讓客戶根據(jù)自己的需求來選擇天窗、顏色、座椅排布方式、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等不同選裝和配置方案，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“定制化”。

除此之外，配置校驗(yàn)?zāi)K還可以支持和實(shí)現(xiàn)過程代碼轉(zhuǎn)換和互斥關(guān)聯(lián)校驗(yàn)，確保整車零件的完整性和準(zhǔn)確性。如客戶挑選信息有誤或產(chǎn)生互斥，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警提醒，從而在前期完成問題數(shù)據(jù)修正，以達(dá)到最終精準(zhǔn)化需求的目的。

3.2 生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)

生產(chǎn)準(zhǔn)備系統(tǒng)包含BOM管理模塊、物料采購(gòu)模塊、變更管理模塊、倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊以及智能排產(chǎn)模塊。

客戶的定制化需求由定制管理模塊輸入到BOM管理模塊，所有零部件需求將根據(jù)零件號(hào)、來源、供應(yīng)商信息等各類屬性進(jìn)行分類和歸整，與某種具體的可選擇特征相關(guān)的零部件將被劃分成一組模塊，分配一個(gè)物料代碼，同時(shí)結(jié)合車型配置精準(zhǔn)預(yù)測(cè)各類零部件需求數(shù)量，最終傳遞到下游物料訂購(gòu)模塊。

變更管理模塊與車型配置、零件信息、供應(yīng)商信息等聯(lián)動(dòng)，在界面中可對(duì)數(shù)千萬級(jí)別的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與讀寫，同時(shí)兼顧效率和用戶體驗(yàn)。若后續(xù)客戶有變更需求，如想將14寸輪胎更換為16寸輪胎，可以同步在變更管理模塊中提交整車BOM清單更改申請(qǐng)。通過系統(tǒng)信息流轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)從申請(qǐng)創(chuàng)建、到業(yè)務(wù)審批、到變更傳遞、到執(zhí)行確認(rèn)、最終完成數(shù)據(jù)更新和積累，實(shí)現(xiàn)上下游信息互聯(lián)和閉環(huán)管理，同時(shí)也達(dá)到了透明化，精準(zhǔn)化和可追溯性的目的。

BOM管理模塊與物料采購(gòu)模塊相對(duì)接，可根據(jù)各類零件的零件號(hào)、需求時(shí)間、供應(yīng)商歸類、零件有效期等不同維度實(shí)現(xiàn)采購(gòu)清單的自動(dòng)計(jì)算、分類、合并、拆分和智能分批采購(gòu)。供應(yīng)商在接收到零件采購(gòu)訂單后，在系統(tǒng)中同步反饋分批交樣信息，實(shí)現(xiàn)采購(gòu)訂單的自動(dòng)跟蹤和管理。

倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊包含零件交樣預(yù)約、入庫(kù)管理、庫(kù)位推薦、庫(kù)存管理、掃碼防錯(cuò)、AGV上料、倉(cāng)庫(kù)調(diào)撥等功能。通過智能化策略指導(dǎo)庫(kù)內(nèi)作業(yè)，提升作業(yè)效率和倉(cāng)庫(kù)周轉(zhuǎn)時(shí)間。同時(shí)實(shí)現(xiàn)庫(kù)內(nèi)無紙化作業(yè)和精細(xì)化管理，支持多倉(cāng)庫(kù)、多客戶的個(gè)性化需求，提升倉(cāng)庫(kù)管理能力，實(shí)現(xiàn)透明化、智能化、可視化的倉(cāng)儲(chǔ)管理。

最后，智能排產(chǎn)模塊通過對(duì)各區(qū)域以及瓶頸工位負(fù)荷的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析有效挖掘影響產(chǎn)能的工序，采取相應(yīng)措施如調(diào)整裝配順序等進(jìn)行處理，最終合理排布所有車輛的生產(chǎn)節(jié)奏，滿足不同的客戶需求。除此之外，還要兼顧新技術(shù)新設(shè)備在各個(gè)環(huán)節(jié)上的實(shí)施，不斷優(yōu)化質(zhì)量、設(shè)備等資源信息流之間的貫通交互和功能迭代，制定出既滿足客戶時(shí)間需求、又優(yōu)化資源配置的制造指令。

3.3 柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)包含工藝工裝模塊、試制執(zhí)行模塊、問題看板模塊、無線暗燈模塊等。

工藝工裝模塊參考單車BOM創(chuàng)建無紙化電子工藝，同時(shí)結(jié)合車型配置需求搭配不同焊接設(shè)備、裝配工具、舉升機(jī)、生產(chǎn)線等實(shí)現(xiàn)不同配置樣車的生產(chǎn)，也可以調(diào)用不同的自動(dòng)化程序和柔性化工裝等等實(shí)現(xiàn)多個(gè)項(xiàng)目的柔性共線。

當(dāng)接到智能排產(chǎn)模塊指令后，試制執(zhí)行模塊將啟動(dòng)工作，將生產(chǎn)計(jì)劃直接傳遞到車間，同時(shí)通過條碼技術(shù)跟蹤樣車從物料接收到樣車試制結(jié)束的整個(gè)生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過程中所有工位的進(jìn)度，讓整個(gè)車間生產(chǎn)管理變得清晰透明化以及生產(chǎn)過程可追根溯源。

如在試制過程中遇到物料短缺、零件質(zhì)量、裝配問題、設(shè)計(jì)問題時(shí)，操作人員會(huì)評(píng)估該問題對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試制進(jìn)度的影響程度，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果判斷是否影響試制進(jìn)度，如影響則拉動(dòng)無線暗燈模塊。此時(shí)，項(xiàng)目工程師會(huì)同步接收到信息，并在第一時(shí)間拉動(dòng)資源，分析問題原因并推動(dòng)相關(guān)人員提供解決措施，直至跟蹤問題到解決為止，所有停線原因和停線時(shí)間等信息都將記錄在無線暗燈模塊中。

如果涉及到產(chǎn)品與工藝驗(yàn)證問題時(shí)，質(zhì)量工程師將啟動(dòng)問題看板模塊，創(chuàng)建問題清單，完成問題定義、同時(shí)拉動(dòng)相工程人員進(jìn)行根本原因分析、并確認(rèn)短期措施和長(zhǎng)期措施的實(shí)施落地，進(jìn)行全過程的跟蹤和管理，直至問題關(guān)閉和解決。

車輛交付模塊在接收到車輛完成裝配的指令后，將自動(dòng)發(fā)送郵件給客戶，客戶可以在模塊中獲取車輛裝配信息和并進(jìn)行狀態(tài)確認(rèn)、提交簽收預(yù)約申請(qǐng)、確認(rèn)提車信息、完成交車確認(rèn)等服務(wù)。

從客戶挑選BOM開始，一直到車輛交付完畢，變更管理模塊將貫穿整個(gè)業(yè)務(wù)鏈的始終，實(shí)現(xiàn)客戶需求、BOM清單、采購(gòu)需求、物流需求、生產(chǎn)計(jì)劃、質(zhì)量管控等全過程的變更管理。

4 應(yīng)用價(jià)值

柔性化樣車試制系統(tǒng)在基于全業(yè)務(wù)鏈的系統(tǒng)化及信息互聯(lián)互通的前提下，充分利用數(shù)字化終端硬件與無線通信技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、采購(gòu)、工藝、制造、變更信息的互聯(lián)互通，積累和分析、以及追溯，最終由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)優(yōu)化，從而提升管理效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)的不只是產(chǎn)品多樣化、多元化，柔性化意味著更高的自動(dòng)化和智能化水平，需要整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá)到一定程度的彈性。因此，柔性生產(chǎn)的背后，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成果，也是一個(gè)需要不斷完善、不斷發(fā)展的持續(xù)過程。

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