上汽大众MEB智能工厂：全流程智能制造的创新集成与应用
01
项目简介
上汽大众MEB智能工厂位于上海安亭，2020年10月正式投产，是大众汽车集团全球首个专为MEB平台车型生产而全新建造的工厂，是目前国内生产规模最大、效率最高的纯电动汽车工厂。新工厂集智能制造、节能环保为一体，采用超过1400台工业机器人，并大规模应用领先的制造技术，实现制造全过程的智能化和数字化。
02
项目亮点
上汽大众智能制造以MEB智能工厂项目为载体，通过系统互联互通、数据价值驱动、逐步实现制造的智能化转型。
（1）智联装备：多项首创技术应用助力效率提升
冲压车间，在集团内首次采用APS高级排程技术，实现冲压计划自动化排布，优化冲压生产库存，提高生产效率。车身车间，突破传统瓶颈，全球首次应用在线绝对测量系统方案，实时高效地监控白车身尺寸质量状态，开启报警停线和预警功能。油漆车间，是大众集团全球首个120JPH的全新环保工艺的油漆车间，将智能制造与环保工艺有机结合，大幅度降低换色时耗费的油漆和溶剂。总装车间，通过采用高精度视觉系统，首次实现高柔性仪表板全自动安装及头道密封条全自动安装方案。
（2）数据协同：PSB平台助力工业设备互联和过程监控
MEB智能工厂通过搭建生产服务总线（PlantServiceBus，简称PSB）平台，针对上汽大众现场车间实际情况，进行有针对性的接口开发与数据转换工作，为上汽大众工业互联网平台连接设备提供统一解决方案，帮助上汽大众实现工业设备互联，对关键设备和生产全过程数据进行采集和分析，实现对生产过程监控和异常处理，为上汽大众实现智能制造、生产模式创新提供关键支撑。
（3）智能生产管理：实时呈现工厂运行状态
（4）智慧物流管理：基于全链条的智慧物流方案
MEB智能工厂规划了从销售预测，生产计划/排产，生产控制，零件需求计算，零件拉动到仓库管理等完整的物流供应链系统方案，旨在实现销售与生产的有效联动、优化订单管理与生产次序、确保从整车需求到自制件需求再到零件需求的高效自动化导出，保障生产稳定有序。
（5）新技术应用：5G技术让虚拟融入现实
MEB智能工厂搭建5G基站和边缘计算服务器等硬件设备，建立5G通信网络，MEB智能工厂全面接入5G技术，工厂智慧管理系统集成基于MEC边缘服务器的实时高清视频信息，时刻掌握生产动态，打通生产端与销售端，实现所见即所得。利用5G技术实施基于手持终端的数字孪生和专家库模块，系统导入工厂设备三维模型，实现所见实物与数字模型的数据叠加。
二
上汽通用凯迪拉克数字化工厂：数字化驱动的智能制造示范
（人机工程仿真）
在产品开发和工艺及工装设备开发全过程中全面应用数字化和虚拟仿真技术，同时通过智能化技术的应用，建了基于MBD产品全生命周期的工艺管理平台,开发了产品3D标注及结构化工艺信息提取，基于AI的工艺自动编排，基于自然语义处理的工艺文件自动生成等功能模块，实现了从工艺方案的人工编排到“一键式”生成的转变，并开通了产品设计，工艺规划到生产线的数据流，保证了产品全生命周期数据的一致性。
（2）生产管理：一张网覆盖全生产运营管理
（车门铰链自动安装）
在生产运营过程中，基于一网到底的全覆盖工业以太网和智能基础硬件，实现各类生产数据（安全、质量、成本、响应、人员）的自动采集和汇总；依托自主开发建设的生产运营管理系统和数字化运作系统，借助PT刀具大数据管理系统、高自动化率白车身制造工效智能管理系统、门盖生产与缓存智能一体化精细管理、总装FreeFlow防错系统、能源智能管理监控系统等，实现安全、生产、设备、物流、质量、人员多维度的要素覆盖，并对生产多系统数据集成互联和移动化应用，满足不同管理层级运营管理需求；依托大数据分析管理平台，通过各类生产大数据挖掘和分析，实现数据横向对比、趋势分析、自主判断和前馈预警等，大幅提升生产运营的综合运作效率。
（3）质量管理：数字化赋能质量管理
（整车加热件热成像检测）
借助整车现场智能质量检测系统、动力总成质量智能管理平台、全生命周期质量大数据分析预警平台等平台，实现制造现场产品状态的自动检测及制造过程能力的自动分析，提高人员效率，保障制造质量；依托质量大数据分析平台，实现质量与上下游业务链的数据互联互通和全生命周期的质量大数据分析预警，识别潜在问题，优化产品设计，提升客户满意度。
（4）设备管理：数字化提升管理效率
通过建设数字化设备管理系统（EAM）及关键设备状态分析专家系统，搭建设备管理工作平台，在信息技术的支持下，建立设备全生命周期管理体系，优化资产管理、维修管理和备件管理的工作流程，从而达到设备资产的维护费用最小、运行成本最低和运行效能最高的目标。
（智能一体化物流仓储）
通过各类信息系统的搭建，贯通从生产计划、零部件计划、运输配送以及整车储运的整个物流业务链数据。并通过各类自动化技术的集成部署，及数字化技术的融合应用，整合多方资源，实现物流全过程的智能化、精益化管理，打造互联互通、高效协同、智能决策的物流及供应链体系，实现物流业务的智能分析与决策，提升运作效率，降低运作成本，实现物流高效、精准的运作及输送，全力支持打造数字化工厂。
（6）能源管理：数字化提升能源管理的智能化
（尾气检测）
通过升级和整合现有能源管理系统和污染物排放智能管理系统，实时监控基地和工厂用能和排放情况，提高能源管理水平，挖掘节能减排潜力，降低环境污染排放风险。
（7）数字化开发运行：大幅度提升开发效率
三
上汽乘用车临港智能工厂
上海汽车集团有限公司乘用车公司临港基地数字化工厂于2008年9月建成投产，总占地面积超过120万平方米，包含了整车和发动机制造，是国内率先达到传统技术和新能源技术全覆盖的高柔性化制造基地。在上汽“新四化”的战略指导下，临港工厂聚焦制造全业务链数字化运作，构建了完善的数字化平台并落地应用，通过建设“智工艺、智生产、智物流、智品质、智运营”的应用生态圈，为打造高端数字化新能源专属基地全方位赋能。
1.智能化工艺：依托数字化协同技术实现设计阶段的精益规划
（车身机器人路径规划仿真）
基于数字化平台运作，应用虚拟仿真技术实现工艺设计、设备规划设计的虚拟分析、评价、优化及验证，并进一步拓展到整个产品生命周期的制造工艺体系精细化管理，全面提升工作效率和项目交付质量的同时，缩短了项目验证周期和验证成本。
2.智能化生产：制造全过程实时在线、主动感知、透明管理，敏捷执行
立足于IT与OT技术深度融合，构建以制造执行系统iMES为主的跨界互联平台，打造以数据自动流动的状态，感知事实分析、科学决策、精准执行的闭环生产赋能体系。借助PMC生产管理系统，实现生产状态及时、准确、全面的监控，并生成多维度、多层级的分类报表，辅助各层级人员结合问题的根源属性进行有效决策，不断优化生产瓶颈，提高生产效率。
（PMC生产管理系统）
3.智能化设备管理：自研系统和AI赋能提升管理效率
自主开发的具有知识产权的设备管理系统，涵盖了设备报修、维护保养、故障分析与解决、设备改进及备件管理等功能，全面提升了设备综合管理效能及设备开动率；基于多系统互联的4M变化点管理系统，实现了变化点的自动识别、提醒和处理，提高了生产现场变化点管控的时效性及可追溯性。在实现了实时用能计量、远程监控、智能预警的基础上，利用能耗AI机器算法预测模型，指导运维及能源KPI管理，实现能源站房自控寻优、决策优化及远程管控。
（能源站房自控寻优）
4.智能化物流：依托一体化的智能物流生态系统，实现准时化智慧供给
依托各类物联网、大数据、人工智能、智能AGV、智能分拣等软硬件技术，从“规划-运营-执行”3层次定义智能物流新平台，基于数据实时共享、集成与应用，精准控制供应备货、运输、仓储等运营过程，提升各环节运作响应效率、预测与风险应对能力、分析与决策能力，逐步形成厂内外业务高度融合的智能物流生态系统。
5.智能质量管理：全生命周期的数字化质量闭环管控
将传统质量管控手段向在线化、数据化和实时化的数字信息模式转变，构建基于质量检测、防错预警、质量分析和质量管理一体化的质量管理系统，实现关键质量数据实时采集和存储、异常状态实时预警，质量问题全过程闭环管理，全面提升产品质量，确保制造质量“零”缺陷。应用数字化的技术实现对车辆“智”检，确保高清影像成型，自动泊车、自适应巡航雷达等功能标定100%合格。融合图像识别技术和AI算法，实现全系车型在线选装件正确性的自动判断与错误报警，有效预防质量缺陷溢出。
（图像识别外饰件智能防错）
6.智能化运营：从经验判断走向“数字解析”与“智慧决策”
（全域可视化）
自主研发的涵盖生产运营全业务链的多系统高效互联互通的大数据平台，以端到端的数据流为基础，实现生产运营各个业务系统的互联互通。以数字为核心驱动力，实现制造现场信息传递浅层化、信息共享透明化、互动更新及时化、业务执行信息化、分析决策智能化，从而不断提升生产协同效率与质量，全力赋能工厂智慧运营。
03
项目成效
在智能化生产方面，基于IT与OT技术深度融合，借助数字化平台和PMC生产管理平台，工厂自动化水平大幅提升，荣威RX5、荣威RX5MAX、荣威RX5PLUS等车型焊接自动化率达到100%，平均76秒1辆整车下线。目前，工厂产能已超过原有规划产能（40JPH）提升至42JPH，在生产线不额外增加硬件设备的前提下实现了生产线开动率提升1%，生产线节拍提升并稳固在43JPH，年产能增加6000台。
在智能设备管理方面，得益于自主研发的设备管理系统，能更精准辅助管控管理生产设备，AI技术的赋能让能源设备的管理、管控决策更及时，全厂的设备管理效率得到了有效提升。能源智能管理平台实施后，通过AI节能预测模型寻优控制并结合能源预警、远程控制及跑冒滴漏闭环管控，实现单车能耗下降3.8%。
上汽乘用车临港数字化工厂在上汽“新四化”的战略指导下，构建并不断完善覆盖生产运营全流程业务互联互通的大数据平台，走出了一条以数字为核心驱动力的智能工厂建设示范之路。
四
上海纳铁福康桥智能工厂
上海纳铁福康桥数字化工厂位于上海康桥，主要生产汽车等速传动轴总成及核心零件的机加工。纳铁福数字化工厂以自动化升级和信息技术融合提升、基于基础架构、数据平台、信息安全，构建研发数字化、装备数字化、生产数字化、管理数字化，形成纵向集成、横向集成、端到端集成的数字化制造工厂架构，实现质量、效率、柔性、敏捷、协同的数字化制造目标。
1.智能化产线：智能化改造优化提升产线的生产效率
康桥数字化工厂对机加工产线进行自动化和智能化改造，增加龙门架机械手和自动料道可以实现机加工产线的一物流连线，产线的U形排布最大程度的优化产线布局和人员走动路径。
（DL业务智能机加工样板产线）
康桥数字化工厂对装配线进行了数字化改造，传统装配线通常需要5-6人进行操作，在进行装配设备重新排布并且加入了机器人组合后，配合自动视觉终检设备将人数减少至2-3人。
（DL业务数字化装配样板产线）
2.智能质量管理：产学研合作的AI视觉检测技术保证产品质量
AI全自动探伤项目是纳铁福与上海交大合作开发的产学研项目，在磁粉探伤的生产经验基础上，双方合作开发了影像拍摄系统及人工智能软件算法。从真伪裂纹形状、灰度和梯度信息差异性特征入手，描述裂纹和非裂纹的特征信息，结合经典识别算法和深度学习理念，进一步提高识别算法的准确率。做到了工件表面裂纹可以100%识别。
机加工AI全自动探伤
4.智能设备管理：中央数据库的引入让设备管理更智能
康桥数字化工厂通过引入智能刀具柜，进行现场机加工线的刀具的使用进行管理，结合与MES系统针对生产过程中的刀具及物料进行综合性管理，通过实时跟踪刀具的计划、出入库、预调与加工、修磨、报废等过程，创建一个透明的中央数据库，提高刀具的管理效率和利用率，全面降低刀具使用成本。
智能刀具柜
3.智能物流管理：AGV架起物流与生产的“最后一米”桥梁
康桥数字化工厂内毛坯入库后，通过3D视觉检测系统，识别料框内毛坯件的状态、角度与位置，通过解析后由机械手自动抓取零件至料道。由AGV配送至工位，机器人自动产线上料，机器人自动零件下料，AGV配送入库，AGV配送至装配线，成品下线到AGV配送入库全流程物流自动化、智能化。
通过信息化管理系统EWM对接SAP及MES、实现库存管理、进出料配置、物流配送的全智能管理，使用机器人代替人工实现产线机器人自动上下料，实现人工降本增效24万元/年，提高康桥工厂自动化能级，成为物流与生产“最后一米”的桥梁。
（纳铁福康桥工厂厂内智能物流配送）
4.智能能源管理：EMS对能源设备进行实时管控
5.新技术应用：AI和AR新技术应用于智能检测和远程维修
康桥数字化工厂在机加工生产线上使用AI全自动磁粉探伤设备，检测范围覆盖工件内、外表面，使用AI人工智能算法对图像中的裂纹进行判断及识别。此外，初步在康桥工厂和技术中心试运行AR远程维修眼镜，AR智能眼镜将现实场景与数字内容实时叠加，将现场的所需信息（数据、视频、图片、图纸等）以第一视角呈现在眼前。如实时采集的检测数据、具体操作的详细步骤演示、实时记录观测结果，甚至可以通过远程影像输送与不在第一现场的专家连线进行同步指导与咨询。
（纳铁福AR远程维修眼镜）
6.智能化生产：3D技术和新材料应用赋能
康桥数字化工厂采用选择性激光粉末烧结技术代替原有手工焊装感应圈的制造方式，实现感应圈的一体化成型、结构性优化以及自动化生产，消除了影响感应圈寿命的焊缝及人员的焊接技术断层。提升整体寿命3倍以上，降低了55%以上的制造成本，开拓了纳铁福在前沿3D打印工艺及新材料开发的创新之路。
（感应圈3D打印工艺开发及示例）
康桥工厂全面引入制造执行系统（MES）、质量管理系统（QMS，在建）、企业资产管理系统（EAM、在建）、能源管理系统（EMS）等信息化系统，智能制造信息化系统的大幅提升企业生产效率，降低运行成本。
在生产效率方面，工厂产线MES覆盖率达到了100%，借助制造执行系统与SAP系统、EWM系统的打通对接，为管理者提供分析数据、更好的找准问题所在，实现了对现场设备运行状态的实时监控，人均生产效率提升3.1%。
在质量管理方面，工厂借助质量管理系统，可快捷准确、全面有效的获取、监控和管理质量数据，实现质量过程数据100%的管控；利用大数据提升产品合格率，预计可使内部报废率损失降低15%。
在能源管理方面，借助可视化、一体化、经济性和具备大数据处理能力的能源管理服务系统，对工厂的电、水、气等能耗进行实时监测管理，产品单件能耗下降约6~9%，工厂总能耗下降约4~6%。
康桥数字化工厂严格执行5S网格化&目视化管理，各区域明确各层级负责人，并制定各区域5S标准化手册。按公司要求的频次进行检查落实整改。依托智能制造大数据，IOT等系统和项目的应用，上海纳铁福力求不断提升企业运营效率、打通信息孤岛、实现产业链协同，提升设备综合效率OEE10%，模块化建模，制图效率提高67%。智能制造推进项目预计将带来每年数百万的经济效益以外，还将起到很好的新型数字化及自动化解决方案的探索示范。
五
上海延锋汽车内饰金桥数字化智能工厂
延锋汽车内饰系统有限公司作为全球领先的汽车内饰供应商，致力于为用户提供满足当下和未来驾乘需求的内饰解决方案，重新定义车内的休闲、工作、娱乐方式。金桥数字化样板工厂位于上海市浦东新区自贸区，是延锋汽车内饰在亚太区规模最大的工厂。该工厂为上汽通用、北美通用和特斯拉提供包括座舱模块、仪表板总成、门内饰板总成和副仪表板总成等主要汽车内饰产品。自2019年起，延锋汽车内饰金桥工厂在原有数字化的基础上，以柔性自动化、网联数字化和大数据智能化为智能制造实施路径，进行了全方位的智能化升级，建立了第一个全球汽车内饰的数字化样板智能工厂。
延锋汽车内饰金桥数字化样板工厂以端到端价值流为核心，通过9个业务场景将智能制造应用落地，包括智能客户订单管理、智能排产、智慧物流、物联网设备接口平台、工厂数字化敏捷管理、工厂数字化质量管理、智能工艺过程控制、预测性维护、以及仿真技术在制造开发过程中的应用。延锋汽车在上述应用场景中，不同程度地对智能制造关键技术进行了自主研发，包括物联网设备接口平台、机器学习应用于过程控制和预测性维护、仿真技术应用于制造开发等等。并且通过实践，总结了快速迭代可复制的模板，为下一代智能工厂以及全球推广奠定了基础。
1.客户订单智能管理和智能排产平台
通过具备AI能力的智能客户订单管理系统实现了客户订单的高效且无差错管理。客户订单管理是制造业最痛苦的日常信息流工作，繁琐且容易出差错。针对每天管理数十万行订单的工作量，相比较传统依赖人的经验和熟练度，客户订单智能管理系统提升了近7倍的工作效率，并且准确率达到了100%。
排产同样是信息流工作最难的一个环节，对人的要求更高。因为工厂面对的客户和车型越来越多，及时响应客户需求变化的频次越来越高，排产考虑的约束条件也是越来越复杂，人的精力和脑力都难以企及。智能排产也是智能制造环节中最难的一个课题，传统的APS已经不能满足实时高效决策的要求。
延锋汽车内饰建立了全球第一个高度集成和实时决策的智能排产系统，这个智能排产平台通过大数据技术实时采集包括ERP/WMS/MES/QMS/PM等工厂核心应用系统的实时数据，并通过智能算法和强大的算力，自动编制最优的日/班次/小时级别的生产计划，能够对变化进行自适应优化和调整，甚至可以对潜在发生的风险进行预警。实时智能排产平台实现了“工厂大脑”的第一阶段和高效的人机协作模式，完全颠覆了传统的生产排产方式，为延锋汽车内饰进一步实现全球各工厂排产和供应链上下游协同迈出了坚实的一步。
2.智慧物流
从2017年至今，延锋汽车内饰在物流柔性自动化方面不断探索创新，已经在工厂内部相对封闭环境中实现了全过程智能化物流，覆盖19个场景，在包括上海金桥在内的10多个国内工厂实施。并且此方案已复制到美国、捷克和南非等国外工厂。
延锋汽车内饰的智慧物流系统是自主研发的，基于移动互联和云技术，覆盖汽车内饰行业所有应用场景并且极具经济性，投入产出比很高，并且能够与主流物流自动化厂商的调度系统进行对接。延锋汽车内饰在金桥数字化样板工厂中，更是实现了指令层级的智能调度自主研发，实现了高效的内部物流调度。
3.自主研发物联网设备接口平台
在设备数据接口平台领域，Kepware是最常用的平台之一，是美国的商用软件。延锋汽车内饰自主研发适合汽车内饰行业主流生产设备的设备接口平台Jakware，支持多种通讯协议和汽车内饰行业的主流设备驱动程序，支持脚本语言二次开发，支持独立或虚拟机部署，通讯性能和稳定性也较Kepware有明显提升。有了这个完全拥有独立知识产权的设备接口平台，可以说完全不用担心今后在技术上被海外供应商“卡喉”。
4.工厂数字化敏捷管理和质量管理
延锋汽车内饰对工厂“人机料法环”各环节管理流程进行数字化覆盖，并且采用了移动互联技术使得工厂管理的核心（班组）更易于使用和管理，有效地提升了设备综合利用率和产品质量。通过制造智能系统和商业智能系统，延锋汽车内饰将工厂生产过程中的数据予以实时呈现。所有异常情况能够被数字化的安灯及时探测，所有异常都会被记录在问题管理系统中，帮助现场员工和管理层聚焦异常和闭环管理。数字化的敏捷管理和质量管理完全改变了原先的管理模式，使得工厂运作一切基于实时呈现的数据，使得管理更加精细化，精益生产的推进速度和广度都得到了显著的提升。
5.自主研发AI算法应用于智能工艺控制与预测性维护
延锋汽车内饰自主研发机器学习算法和深度学习算法，分别应用在关键工序工艺参数控制和关键设备预测性维护中。
通过工艺参数智能控制，提升了质量，减少了对工程师的依赖；通过预测性维护，及时发现关键部件的变异情况，根据衰减趋势进行诊断和预测，显著延长了关键部件的使用寿命。这套机器学习和深度学习的算法，在金桥工厂成功应用后，已经被快速复制给了国内其他工厂使用。
金桥数字化样板工厂的建成是延锋汽车内饰实践和探索智能制造的一个里程碑，同时也是下一代智能工厂的基础和起点。未来在快速复制推广现有成熟方案的同时，延锋汽车内饰也将不断迭代优化解决方案，将智能制造打造成全球领先的核心竞争力，为企业全方位数字化和智能化转型进行赋能和升级，为中国企业全球化运营保驾护航，并延申到更深更广的业务领域。