Part.01

本項目的研究對象是合肥長安沖壓車間,，項目在原有合肥長安沖壓車間基礎(chǔ)上布置2條高速雙臂智能柔性沖壓生產(chǎn)線（2400T-1600T-1000T*3）以及增加8套機(jī)器人，14套雙臂式機(jī)械手及2臺8連桿高速機(jī)械壓力機(jī),、8臺6連桿高速機(jī)械壓力機(jī)以及輔助檢測調(diào)試設(shè)備,，同時對原有兩條生產(chǎn)線進(jìn)行升級改造，實現(xiàn)整線設(shè)計綜合效率（設(shè)計OEE）≥60%,；設(shè)備開動率≥95%,；一次交驗合格率≥95%，滿足P3,、P4平臺產(chǎn)品生產(chǎn)需求,。本項目自 2017 年啟動建設(shè)，總投入資金29578萬元，2019 年 6 月 30 日建成投產(chǎn),。 

本項目采用智能化設(shè)備,、數(shù)字化仿真、生產(chǎn)信息集成等先進(jìn)技術(shù),，搭建汽車生產(chǎn)線信息化、智能化的系統(tǒng)架構(gòu)平臺,，實現(xiàn)生產(chǎn)線底層物聯(lián)網(wǎng)與上層管理系統(tǒng) MES（Manufacture Execution System 制造 執(zhí)行系統(tǒng)）,、ERP（Enterprise Resource Planning 企業(yè)資源計劃） 等的互聯(lián)互通，填補(bǔ)企業(yè)上層管理和現(xiàn)場自動化制造之間的信息斷層,；并應(yīng)用 PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）/CAD（計算機(jī)輔助設(shè)計）/CAE（計算機(jī)輔助工程）協(xié)同設(shè)計,，縮短沖壓工藝設(shè)計制造時間；實施車間,、物流虛擬仿真驗證,，提高工藝流程設(shè)計和生產(chǎn)計劃管理準(zhǔn)確率；建設(shè)沖壓車間級 BI（Business Intelligent）,、MES,、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）等信息化平臺；通過搭建沖壓模具 生產(chǎn)智能檢測系統(tǒng),，實現(xiàn)模具工裝的使用狀態(tài)及使用過程中的質(zhì)量監(jiān) 控的量化監(jiān)控,，提升產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)能；大幅提升汽車沖壓工藝智能制造水平,，達(dá)成研制目標(biāo),。

Part.03

3.1項目技術(shù)路線及建設(shè)方案

合肥長安數(shù)字化沖壓車間以高效設(shè)計,、精益生產(chǎn),、快速交付為管理基礎(chǔ)，以數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化、柔性化制造為核心,，以可集成,、快速反應(yīng)、快速交付的管理流程和業(yè)務(wù)運(yùn)營管理平臺為特征，整合企業(yè)計劃,、采購,、生產(chǎn)、銷售,、物流等各環(huán)節(jié),，集成企業(yè)內(nèi)部及內(nèi)部與外部之間各個信息系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的及時傳遞與交互,，打造高效協(xié)同的汽車制造供應(yīng)體系,。本車間采用的安全可控數(shù)字化手段主要包括以下幾個方面：

1、建設(shè)智能柔性高速沖壓生產(chǎn)線

通過平臺化沖壓能力設(shè)計,、全自動化高速沖壓線,、高參數(shù)自動化立體端拾器倉庫、智能生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,，建設(shè)智能,、柔性、高速沖壓生產(chǎn)線,，為長安汽車智能柔性高速沖壓新模式應(yīng)用提供了研究和實施載體,。

（1）整線全自動ADC系統(tǒng)3分鐘換模

整線邏輯控制采用樹狀結(jié)構(gòu)分模塊管理，每個模塊（拆剁單元,、清洗單元,、各壓機(jī)參數(shù)、自動化軌跡等）都具有獨立的記憶,、調(diào)用,、執(zhí)行功能。整線ADC系統(tǒng)啟動后,，只需要在總控臺輸入下一批次要生產(chǎn)的零件號,，生產(chǎn)線的各單元模塊將得到更換該零件的指令，并進(jìn)行該零件生產(chǎn)參數(shù)（板料信息,、平衡器壓力,、模具生產(chǎn)參數(shù)、機(jī)械手運(yùn)行軌跡）的調(diào)用,，根據(jù)程序設(shè)定的選后順序進(jìn)行自動調(diào)整,、跟換。整個過程不超過3分鐘,。

（2）雙臂連續(xù)生產(chǎn)模式的應(yīng)用

傳統(tǒng)斷續(xù)模式的生產(chǎn)線,，壓機(jī)每運(yùn)動一個沖次都會由離合器將壓機(jī)滑塊與主電機(jī)進(jìn)行動力切斷，但主電機(jī)不停止運(yùn)動,，在切斷期間造成能耗的浪費,。采取連續(xù)生產(chǎn)模式后,，壓機(jī)將不在停車，每一個沖次需要的能耗將降低10%以上,，同時減小了壓機(jī)在停車時受到的巨大的沖擊載荷,，延長壓機(jī)的使用壽命。

采用雙臂橫桿送料系統(tǒng),，結(jié)合壓機(jī)的連續(xù)模式,，生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到15次/分鐘，是機(jī)械手或機(jī)器人單機(jī)聯(lián)線自動生產(chǎn)線的1.5-2倍以上,。

（3）整線數(shù)字化的應(yīng)用

沖壓生產(chǎn)線信息采集,、分析、反饋技術(shù)：汽車沖壓線生產(chǎn)的零件數(shù)量大,，種類多,，過程復(fù)雜，對設(shè)備要求高,，因此研發(fā)一套智能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就可以在一定條件下通過Internet監(jiān)視生產(chǎn)過程和現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù),，管理人員可以遠(yuǎn)程監(jiān)視生產(chǎn)運(yùn)行情況，根據(jù)需要及時發(fā)出調(diào)度指令,，制造商可以方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠(yuǎn)程對象進(jìn)行故障診斷、系統(tǒng)升級,。沖壓車間高速沖壓線與沖壓生產(chǎn)管理MES系統(tǒng)集成聯(lián)接,，實現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)自動化、無紙化及成本控制,。

（4）生產(chǎn)線首臺8連桿壓機(jī)的應(yīng)用

首臺壓機(jī)采用八連桿機(jī)構(gòu)傳動,，成形時，滑塊速度低且勻速,，回程速度快,；拉深工作區(qū)間內(nèi)模具受到的沖擊力小，大幅提高使用壽命,，噪音?。粷M負(fù)荷工作區(qū)域長,，適合深拉深工藝工作,；每個驅(qū)動元件負(fù)載較低，加速和制動的慣量低,，節(jié)約能源,。

（5）自動化立體倉庫的應(yīng)用

利用自動化立體倉庫存放零件端拾器，可以減少端拾器的存放面積,，提高沖壓車間空間面積利用率,。同時自動化立體倉庫采用先進(jìn)的自動化物料搬運(yùn)設(shè)備,，不僅能使端拾器在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且可以與倉庫以外的生產(chǎn)計劃的互聯(lián),，提前準(zhǔn)備生產(chǎn)需要的端拾器并實現(xiàn)系統(tǒng)智能自動防錯,，提升工作效率。

2,、建設(shè)沖壓車間智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

智能生產(chǎn)信息系統(tǒng)包括整線控制系統(tǒng),、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng),、物流監(jiān)控及生產(chǎn)智能排程系統(tǒng),、生產(chǎn)防錯系統(tǒng)、工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)及SCADA數(shù)據(jù)采集集成平臺,。通過車間智能制造執(zhí)行系統(tǒng)的建設(shè),，解決底層自動化設(shè)備間、上層各系統(tǒng)間（如MES,、PMC,、MQS等）的互聯(lián)互通，以及設(shè)備參數(shù),、工藝參數(shù),、質(zhì)量信息、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)全面采集,。開發(fā)工藝參數(shù),、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)計劃狀態(tài),、質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化模型,，以支持工藝、質(zhì)量,、生產(chǎn)管理的持續(xù)優(yōu)化,，形成產(chǎn)品內(nèi)部執(zhí)行代碼解析、工裝字段定義,、沖壓設(shè)備數(shù)據(jù)采集及管理等內(nèi)容的創(chuàng)新應(yīng)用,。

結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng),、RFID電子標(biāo)簽,、自動傳感器、PLC,、電控元器件,、人機(jī)交互界面、搭建“物聯(lián)網(wǎng)”車間,。消除車間設(shè)備相互獨立的信息孤島,，實現(xiàn)車間底層數(shù)據(jù)（生產(chǎn),、工藝質(zhì)量、設(shè)備,、人工）全采集,。建設(shè)沖壓智能制造系統(tǒng)，將生產(chǎn),、質(zhì)量,、工藝、設(shè)備的管理邏輯融入系統(tǒng),，實現(xiàn)沖壓核心業(yè)務(wù)自動運(yùn)行,，提升生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，實現(xiàn)長安汽車智能柔性高速沖壓新模式應(yīng)用的研究與突破,。沖壓車間智能制造執(zhí)行系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖所示,。

圖3-1 沖壓車間智能制造執(zhí)行系統(tǒng)

3、沖壓車間制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集成方案

（1）沖壓車間制造執(zhí)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

車間網(wǎng)絡(luò)包括三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：車間辦公網(wǎng)絡(luò),，車間設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)（主要是工業(yè)以太網(wǎng),，少數(shù)不支持工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備用現(xiàn)場總線連接），車間數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),。三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)硬件上相互獨立,，通過交換機(jī)和核心PLC相互連接。車間辦公網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議,，負(fù)責(zé)連通車間管理層的服務(wù)器,、數(shù)據(jù)庫、上層企業(yè)級管理應(yīng)用系統(tǒng)（ERP,、MES、PLM等）,，以及車間現(xiàn)場其他由PC控制的設(shè)備（三坐標(biāo)或其他質(zhì)檢設(shè)備）,；車間設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)采用（工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議），組成區(qū)域環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),，負(fù)責(zé)連通現(xiàn)場設(shè)備的控制器,、設(shè)備通訊模塊、網(wǎng)關(guān)等,；為避免干擾設(shè)備控制信號,，單獨建設(shè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu),，將自動化子系統(tǒng)的設(shè)備控制器,、離散儀器儀表、傳感器,、網(wǎng)關(guān)等連入核心PLC,，再通過核心PLC與車間管理系統(tǒng)連接,。沖壓車間制造執(zhí)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖所示。

圖3-2 沖壓車間制造執(zhí)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4,、數(shù)字化車間

通過數(shù)字化設(shè)計軟件,，貫穿工藝全過程的3D數(shù)字化設(shè)計模式，形成長安汽車特有的數(shù)字化工藝設(shè)計體系,，對汽車生產(chǎn)制造過程和生產(chǎn)布局方案進(jìn)行仿真和優(yōu)化,，確保生產(chǎn)工藝最優(yōu)，設(shè)備利用率最高,，工廠運(yùn)行狀態(tài)最穩(wěn)定,，產(chǎn)品質(zhì)量最可靠，實現(xiàn)3D工廠的建設(shè)目標(biāo),。對標(biāo)行業(yè)應(yīng)用情況,，大眾、通用等汽車企業(yè)已應(yīng)用該技術(shù),，可借助規(guī)劃軟件的技術(shù)資源,，通過業(yè)務(wù)流程的融合和優(yōu)化，實現(xiàn)該規(guī)劃系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo),。

Part.05

5.1 虛實結(jié)合

（1）解決的關(guān)鍵問題

沖壓生產(chǎn)線經(jīng)歷了手工生產(chǎn)線,、機(jī)器人生產(chǎn)線、單臂生產(chǎn)線,、雙臂生產(chǎn)線逐步發(fā)展,，生產(chǎn)節(jié)拍不斷提升的同時對模具設(shè)計要求以及對生產(chǎn)線軌跡調(diào)試要求也越來越高，在生產(chǎn)初期軌跡調(diào)整時,，部分模具由于受到結(jié)構(gòu)限制,，軌跡調(diào)整非常困難，費時費力且存在很多碰撞風(fēng)險，效率不高,。沖壓生產(chǎn)線離線調(diào)試技術(shù),，通過提前離線調(diào)試軌跡曲線，減少模具上線準(zhǔn)備時間,。直觀全視角動態(tài)檢查干涉情況,，規(guī)避現(xiàn)場調(diào)試時視角不全碰撞風(fēng)險，使零件生產(chǎn)更加安全,，效率更高,。

圖5-1 沖壓虛擬生產(chǎn)線

（2）突破的關(guān)鍵技術(shù)及做法

1.通過軌跡、扭矩和報警臨界值的系列比對確保虛擬控制器的準(zhǔn)確性,；通過與實際運(yùn)動控制系統(tǒng)的對接試驗和實際軌跡測量試驗,，確保虛擬控制器與實際控制系統(tǒng)的兼容性；

2.通過將虛擬控制器與PLS進(jìn)行接口開發(fā),，努力確保界面的操作方便高效,、響應(yīng)快速、信息友好,、與合理仿真工作流程的高度集成,。 

圖5-2機(jī)械手運(yùn)動干涉分析

3.通過端拾器輔助自動生成（Tooling automount）開發(fā)、模具設(shè)置,、雙件分離等高級功能的實現(xiàn),，通過工作流程的總結(jié)和規(guī)范化，提升仿真軟件使用的規(guī)范性,、熟練程度和工藝優(yōu)化的效能,，提前識別并規(guī)避干涉風(fēng)險，縮短試模周期,，提升生產(chǎn)節(jié)拍,；

4.將典型零件如側(cè)圍的仿真優(yōu)化曲線與實際對比，嚴(yán)格地評估仿真系統(tǒng)的使用效果,。在此基礎(chǔ)上,，總結(jié)、鞏固與進(jìn)一步提升仿真系統(tǒng)效能,；

5.在目標(biāo)達(dá)成后,，再對同線生產(chǎn)的其它零件進(jìn)行逐一的仿真、優(yōu)化與現(xiàn)場提速,。工作流程如下圖：

圖5-3沖壓干涉仿真的離線調(diào)試

5.2 生產(chǎn)低效

（1）解決關(guān)鍵問題

節(jié)拍提升,。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線為斷次模式生產(chǎn)，壓力機(jī)與自動化不能同步運(yùn)行,，整線生產(chǎn)節(jié)拍較低,。

3分鐘換模技術(shù),。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)線采用人工手動換模,，速度慢,、耗時長、效率低,。

（2）突破的關(guān)鍵技術(shù)及做法

采用一套高度同步控制系統(tǒng)和實時軟件操作系統(tǒng)確保壓力機(jī)及自動化同步,，讓壓力機(jī)及自動化處于連續(xù)模式下，讓整線節(jié)拍達(dá)成SPM15,。

圖5-4壓力機(jī)與自動化同步連續(xù)模式

斷次模式：整線SPM15,，壓力機(jī)SPM19。

連續(xù)模式：整線SPM15,，壓力機(jī)SPM15,。

（3）取得成果及其產(chǎn)業(yè)化

目前合肥長安沖壓生產(chǎn)線相較于一條單臂生產(chǎn)線平均節(jié)拍提升30%。

Part.07

本項目從技術(shù)研發(fā),、工藝/產(chǎn)線設(shè)計,、生產(chǎn)制造、工廠管理,、產(chǎn)品服務(wù)等研發(fā)制造周期智能化建設(shè),，提升汽車沖壓智能制造能力，降低企業(yè)制造服務(wù)成本,，形成離散制造,、智能化生產(chǎn)排程等智能制造新模式，帶動行業(yè)智能化發(fā)展,，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益,，也對行業(yè)和社會起到應(yīng)用示范作用。

7.1 經(jīng)濟(jì)效益

1.通過建設(shè)生產(chǎn)線系統(tǒng)集成能力和虛擬調(diào)試集成能力，實現(xiàn)智能柔性沖壓生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)集成,、離線編程與虛擬調(diào)試的驗證與研究,，建立了相關(guān)的企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及模型,。可以在生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)劃以及方案設(shè)計初期,，利用生產(chǎn)線系統(tǒng)集成實驗平臺和虛擬調(diào)試實驗平臺,，對生產(chǎn)線關(guān)鍵工位進(jìn)行虛擬調(diào)試，并為生產(chǎn)線建設(shè)方案提供可行性分析并縮短調(diào)試周期,，降低產(chǎn)線建設(shè)成本,。

2.建設(shè)了智能柔性高速沖壓生產(chǎn)線,，實現(xiàn)了各車型產(chǎn)品制件柔性混線生產(chǎn)，大幅提升了生產(chǎn)效率,。通過設(shè)備參數(shù)的實時監(jiān)控,，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性以及智能設(shè)備可靠性，后期設(shè)備開工率高,，大大降低了設(shè)備維護(hù)成本,。

3.建立了集成的沖壓車間智能制造系統(tǒng)（SIMS），實現(xiàn)工廠拉式生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型,，促進(jìn)快速響應(yīng)焊接需求,。通過對沖壓坯料庫存、模具狀態(tài),、設(shè)備狀態(tài),、倉庫庫存的實時監(jiān)控，借助生產(chǎn)排程算法,，實時優(yōu)化車間生產(chǎn)序列,。實現(xiàn)降低庫存至1.5天，提升交付能力,，保證車間對焊接訂單的反應(yīng)更加快速,。基于沖壓車間智能制造系統(tǒng)（SIMS）的支撐,，合肥長安生產(chǎn)完成沖壓推式到焊接拉式的制造模式變革,，進(jìn)入到大數(shù)據(jù)時代透明化過程管理及各環(huán)節(jié)效率提升的精益生產(chǎn)新階段。

4.實現(xiàn)了數(shù)字化工廠精益管理,，提升全價值鏈運(yùn)營效益,。基于制造執(zhí)行系統(tǒng)信息支撐,，通過數(shù)據(jù)挖掘和分析,，完成精細(xì)到每一制件的生產(chǎn)計劃執(zhí)行反饋，有效提升企業(yè)對制造計劃到產(chǎn)品交付全過程的管控能力,。在供應(yīng)鏈管理方面,，借助沖壓智能生產(chǎn)排程優(yōu)化模型，自動發(fā)出供貨需求,，在逐漸實現(xiàn)準(zhǔn)時生產(chǎn)的同時,，降低零部件庫存，減輕供應(yīng)商的負(fù)擔(dān),，消除因板材延遲影響生產(chǎn)停線,，實現(xiàn)零部件庫存降低，提升供應(yīng)鏈運(yùn)營效益,。通過本次精益制造轉(zhuǎn)型,，不僅提升對客戶需求的交付能力,，降低庫存積壓，促進(jìn)企業(yè)管理效益提升,，同時還為整個制造供應(yīng)鏈樹立了精益管理的標(biāo)桿,，為供應(yīng)鏈上供應(yīng)商乃至是為國內(nèi)制造業(yè)實現(xiàn)精益制造變革指出了方向。

7.2 社會效益

1.通過建立設(shè)備監(jiān)控及預(yù)測保養(yǎng),、工藝參數(shù),、設(shè)備參數(shù)、制造過程,、質(zhì)量控制,、生產(chǎn)計劃管理、工廠級管控指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)等,，將諸多信息系統(tǒng)有效集成形成協(xié)同平臺，建立工藝,、產(chǎn)品,、質(zhì)量、管理的持續(xù)優(yōu)化及汽車制造標(biāo)準(zhǔn),，將長安的制造標(biāo)準(zhǔn)和模式向國內(nèi)汽車制造企業(yè)推廣和應(yīng)用,。

2.數(shù)字化工藝是智能制造全價值鏈上不可或缺的一環(huán)，本項目通過建立三維數(shù)字化工藝設(shè)計能力,，從二維工藝規(guī)劃提升到三維工藝規(guī)劃及仿真,，實現(xiàn)了設(shè)計制造一體化，對制造企業(yè)推動數(shù)字化工藝提升,、實施全價值鏈數(shù)字化管理具有示范意義,。

3.柔性生產(chǎn)線在保證平臺共性結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)不同市場需求快速開發(fā)出可以在柔性生產(chǎn)線上制造的不同類型的車型產(chǎn)品,，滿足日益多樣化的顧客個性需求,。

7.3 生態(tài)效益

在實施過程中使用精密智能沖壓裝備、智能控制設(shè)備,、智能檢測設(shè)備,、高頻電子標(biāo)簽、智能倉儲裝備等,，實現(xiàn)了汽車沖壓生產(chǎn)過程智能識別,、智能檢測、智能連接,、智能輸送,、智能排程、庫存監(jiān)控,、信息集成等,，國產(chǎn)智能裝備占有率提高,，實現(xiàn)以國產(chǎn)大型智能裝備滿足我國汽車工業(yè)高端需求，對汽車沖壓生產(chǎn)安全可控智能裝備的創(chuàng)新應(yīng)用具有極大的促進(jìn)作用,。