智能制造在汽車工業中的應用

孫冠男

（中國汽車技術研究中心）

新世紀新一代信息技術的發展推動了制造業信息化的進程，在全球范圍內引發了一場以智能制造為核心的產業革命。制造業是國家的經濟命脈，而汽車制造又是戰略性支柱產業，瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境，要求汽車的制造系統表現出更高的靈活性、敏捷性和智能性。隨著汽車產品性能的完善、功能的多樣化和新技術的不斷出現，產品所包含的設計和工藝信息量會大量增加，隨之生產線和生產設備內部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也會劇增，因而提高汽車制造系統的柔性制造能力和對于爆炸性增長的制造信息的處理能力變得十分必要。基于此，文章論述了智能制造在汽車工業中的應用。

1 智能制造的概念和應用

智能制造是隨技術進步和產業化實踐動態發展的，是在新一代信息技術基礎上，將制造技術與數字技術、智能技術、網絡技術集成應用于設計、生產、管理和服務的全生命周期，在制造過程中進行感知、分析、推理、決策與控制，實現產品需求的動態響應、新產品的迅速開發及對生產和供應鏈網絡實時優化的制造活動的總稱[1]。智能制造包括4個層次：1）智能制造技術：是制造技術與數字技術、智能技術及網絡技術的交叉融合；2）制造過程的智能化：涵蓋產品全生命周期的設計、生產、管理及服務的智能化；3）產品的智能化：包括智能裝備及智能家電等；4）一種新的制造模式：即定制化和個性化生產，具體體現為數字化車間和無人化工廠（智能工廠）。智能制造技術的應用包括：工廠和生產線規劃仿真技術、自動控制技術、自動識別技術（RFID、條形碼等）、自動化生產調度及物料配送技術（MES，SP等）。圖1示出智能制造體系圖。

圖1 智能制造體系圖

2 中國汽車工業發展現狀分析

進入21世紀以來，中國汽車工業一直保持著持續發展的勢頭。外資、合資整車和汽車零部件企業紛紛在中國建廠，通過這些企業的帶動與示范，自主品牌新建工廠的制造技術應用水平快速提升，生產線柔性化和自動化水平與汽車產業第一陣營水平相當。但目前最大的問題是，我國汽車制造技術自主開發能力薄弱，關鍵制造裝備仍然依賴合資或進口，先進汽車制造裝備及生產線重復引進的現象嚴重。核心關鍵技術的自主化仍是我國汽車制造業發展的軟肋，在積極推動智能制造的今天，技術創新和產業升級則面臨更大的挑戰。慶幸的是，與汽車工業發達國家相比，中國汽車制造業雖然起步較晚，但汽車制造技術緊跟世界汽車制造技術發展步伐，尤其在“中國制造2025”10年計劃的指引下，中國汽車制造必將加強基礎工藝研究、工藝技術創新體系建立、工業互聯網應用、信息管理和技術人才培養等，積極推進汽車生產柔性化、自動化及智能化，提升我國汽車制造裝備自主開發制造能力，為實現汽車強國夯實基礎。

3 智能制造在汽車制造業中的應用和特點

實施智能制造已是我國建設世界汽車工業強國、實現由大到強的重要途徑。智能制造在汽車制造業中的應用體現在5個方面：生產設備網絡化，實現車間“物聯網”；生產數據可視化，利用大數據分析進行生產決策；生產文檔無紙化，實現高效、綠色制造；生產過程透明化，實現對作業流程精準和高效的管控；生產現場無人化，機器人廣泛使用。

3.1 生產設備網絡化

物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，其目的是實現物與物、物與人，以及所有物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制。圖2示出制造物聯架構示意圖。在汽車制造業中的應用體現在以車間為對象，研究網絡覆蓋制造過程全要素的實時感知與傳輸的關鍵共性技術，實現車間運行實際過程數字化，支撐車間實際運行過程的仿真、優化及實時控制，為車間綜合智能管控提供支撐平臺[2]。

圖2 制造物聯架構示意圖

3.2 生產數據可視化

汽車生產企業通過生產數據可視化，實現了生產計劃及時發布、生產信息實時顯示、異常信息快捷傳遞、全廠車體實時跟蹤、產品質量可追溯、設備狀態可監控、物流依指示配送，提高了汽車工廠生產信息化與電氣控制系統集成度，解決了系統間的“信息孤島”問題，為汽車生產企業由粗放型生產向精益化管理轉變提供了良好的技術基礎。在汽車大數據產業時代，以數據驅動的智能制造體系將覆蓋汽車生產制造全領域，廠商將從集中式生產轉變為分散式生產，從只有產品轉變為“產品+數據”，從生產驅動價值轉變為數據驅動價值，產業結構發生重大轉移。數據和智能決策是智能制造生產數據可視化的核心，研究汽車產業鏈上大數據技術及其應用成為汽車企業核心競爭力的關鍵。

3.3 生產文檔無紙化

目前，傳統制造企業中會產生繁多的紙質文件，如工藝過程卡片、零件藍圖、三維數模、模具清單、質量文件及數控程序等。這些紙質文件大多分散管理，不便于快速查找、集中共享和實時追蹤，而且易產生大量的紙張浪費和丟失等。生產文檔進行無紙化管理后，工作人員在生產現場即可快速查詢、瀏覽及下載所需要的生產信息，生產過程中產生的資料能夠即時進行歸檔保存，大幅降低了基于紙質文檔的人工傳遞及流轉，從而杜絕了文件及數據丟失，進一步提高了生產準備效率和生產作業效率，實現了綠色、無紙化生產。

3.4 生產過程透明化

隨著汽車制造企業之間競爭的日趨激烈，新產品推出的快速化和高品質化、交貨的準時化以及成本的最低化日益成為企業成長的關鍵因素，而這些因素直接表現在企業的管理水平上，就是生產透明化[3]。生產過程透明化主要是通過對生產過程信息的實時收集和存儲，再以表格數據、圖形及圖像等形式進行展示，最終在授權規定的范圍內實現各項數據的透明化。主要體現在：1）從使用者角度，透明化為企業的管理者、決策者甚至操作人員提供全員的透明；2）從時間維度，透明表現在歷史情況、現在情況和未來發展趨勢的全過程透明；3）從業務維度，透明表現在生產進度、交貨時間、產品質量情況、設備利用情況等，即生產經營的全景透明。管理者、決策者甚至操作人員通過全面、及時、準確地了解生產經營的真實情況，分析未來可能的發展變化，變經驗管理為科學管理，提高管理水平。為企業在激烈競爭中處于不敗之地提供管理上的保障。

3.5 生產現場無人化

工業機器人和機械手臂等智能設備的廣泛應用，使工廠無人化制造成為可能。隨著汽車行業的迅猛發展，預計工業機器人的裝配量將穩固上升，特別是在汽車制造中的重要性也將越加凸顯。在汽車業中采用工業機器人，不僅可以提高產品的質量和產量，而且使人身安全得以保障，在改善勞動環境和減輕勞動強度中起到重要作用。

4 結語

制造技術、信息技術以及人工智能技術的發展，促進了制造業向“智能制造”方向發展。“智能制造”的提出將引發汽車產業，乃至整個加工制造業生產模式的深入變革。實踐證明，“智能制造”已經是技術先進、性能優越、運行可靠及柔性極高的生產系統的代名詞，具有良好的應用前景。