CPS的智能化生產

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CPS的智能化生產基於數字孿生技術/CPS的智能化生產，廣州明珞汽車裝備有限公司（以下簡稱明珞裝備）是集研發、生產、製造、服務於一體的高端智能製造解決方案提供商、工業互聯網/物聯網服務商，主要從事汽車車身智能生產線的規劃、設計、製造和運維服務，依託數字化虛擬製造技術與工業物聯網大數據生產線診斷、產線優化及智能運維技術，致力於為汽車製造業和航空、新能源及一般工業領域企業提供智能製造解決方案，是國際領先的智能製造標杆企業。公司運用數字孿生技術為客戶提供設計、交付、運營全階段的智能數字化服務，在產線設計尾聲階段，數字虛擬製造能夠革命性地實現更加可靠而快速的交付。工廠通過CPS技術實現設備間的深度互聯，實現智能化的生產。

關鍵詞：CPS；數字孿生技術；智能製造；明珞裝備；

目錄

一、案例簡介

明珞裝備主要從事汽車車身智能生產線的規劃、設計、製造和運維服務，依託數字孿生技術與工業物聯網大數據生產線診斷、產線優化及智能運維技術，如今已成為國際領先的智能製造標杆企業。明珞把多年來實施的案例中的工藝要求、生產方法和生產組織方式進行整理分類，模型抽象，逐步建立一個多層數據庫結構，作為面向汽車焊裝智能製造「數字化雙胞胎技術」研發及推廣應用的原型基礎，並且通過CPS技術實現設備間的深度互聯，實現智能化的生產。

二、案例背景介紹

明珞裝備經過10餘年的發展，雖然在產品質量管控，生產製造管理方面不斷的優化，但基於目前技術條件下的優化空間不斷變窄，在物流、生產、質量、設備管理、勞動力的日常管理當中仍然面對更多新的挑戰。明珞裝備依託自主核心技術與專利產品，可為客戶提供柔性、高效的製造解決方案、動力總成裝備解決方案和電氣自動化解決方案，並以數字孿生技術/CPS為汽車製造行業賦能，以大數據平台和工業物聯網為智能裝備行業賦能，不斷創新，真正的實現以低成本生產出高質量的產品，通過全流程的優化改善降低浪費，實現低碳，綠色，智能的生產系統和管理體系，為用戶交付高品質的產品和服務，以實現智能製造為目標。

三、案例應用詳情

明珞裝備公司的智能工廠建設的總體方案目標是進一步提升企業的管理水平，降本增效，增強公司的核心競爭力。計劃通過 5 年的時間，初步達到智能工廠水平，各項技術，如 CPS、工業大數據、數字孿生、雲計算等技術得到深度的應用，人、機、物、環境、信息實現互聯互通，在生產安排、質量控制、設備管理、生產過程控制、產品研發測試、勞動力管理方面實現智能化，透明化管理。

1、數字孿生技術的應用

明珞把多年來實施的案例中的工藝要求、生產方法和生產組織方式進行整理分類，模型抽象，逐步建立一個多層數據庫結構，作為面向汽車焊裝智能製造「數字化雙胞胎技術」研發及推廣應用的原型基礎。從 2015 年開始，對汽車焊裝生產線「數字化雙胞胎技術」開展自主研究開發，並在吉利寶騰、南非奔馳、北汽株洲、廣汽荻原等汽車整車廠和零部件廠商實現初步的試用，保證了產線效率、可靠性、準確性、安全性。2016 年，又從德國 Siemens 總部聘請以色列專家 Josef 作為工業 4.0 部門總監，帶領開發團隊，進行智能裝備虛擬調試方面的開發和應用。

明珞裝備的虛擬製造技術能夠與明珞大數據服務平台（MISP）無縫對接，為客戶提供設計、交付、運營全階段的智能數字化服務。在產線設計尾聲階段，數字虛擬製造能夠革命性地實現更加可靠而快速的交付。從設計完成到工程實施之間，工程師通過智能製造平台（VC & MISP），在電腦中進行全過程的虛擬製造和大數據分析，提前驗證並解決現場安裝調試中存在的95%以上的潛在問題。

同時，明珞使用VR設備，以沉浸式的體驗方式，在虛擬環境中觀察和評估設計方案，來檢驗設計成果，預判實施成果。可實現在虛擬環境中進行驗收與交付，鞏固虛擬製造穩定性和可靠性。另外，還可以利用數字孿生技術將製造執行系統中採集到的數據在虛擬的三維車間模型中實時地展現出來，便於各級管理人員的管理和決策。

2017 年，在北汽株洲 M50N 焊裝項目，通過明珞自主研發的「數字化雙胞胎技術」進行焊裝生產線的設計，極大地減少了現場調試的工作，縮短了交貨時間，一般 8 個月才能交付的生產線，明珞只用了 128 天，創業內最短交付時間記錄，該項目關鍵核心技術現已申請自主知識產權 5 件。

2、CPS技術的應用

通過CPS技術實現設備間的深度互聯，實現智能化的生產；運用工業大數據技術，為管理決策提供支持，實現智能工廠發展目標。例如，實施上線的 AR 遠程運維項目，實現了設備故障的遠程診斷，通過智能眼鏡實時的將問題畫面傳輸給專家端，大大提高了問題解決效率和降低了解決成本。

數字化裝配線，設有五大工位，分別是部裝返修、總裝、配管配線、檢測調整、測試，結合SAP、WMS 系統和智能倉儲，計劃每台設備的物料，智能推薦排產順序。智能倉儲準確配備裝配所需的零件，按照既定的順序擺放。手持終端機自動掃碼打開 2D 圖紙和 3D 圖紙，機械裝配工和電氣裝配工按照既定工位的順序，只需簡單重複完成流水線裝配工作，減少多餘動作。同時，SAP 系統能夠實時共享生產數據，監控裝配進度，及時記錄員工的工作信息，最終同步數據至明珞報工 APP，實現每一個工裝夾具都能追蹤溯源，在裝配過程中，如有物料錯誤、裝配錯誤等問題，系統自動報警，部門加快流向返修區域，減少產品的不良率。

數字化裝配線起用後，裝配 11 個單元的夾具從 80 小時降至 25 小時，人員減少60%，每年可節省人力勞動成本近 150 萬元。

四、創新性與優勢

本項目的創新性與優勢在於以下幾個方面：

（1）通過CPS技術實現設備間的深度互聯，實現智能化的生產。例如，實施上線的 AR 遠程運維項目，實現了設備故障的遠程診斷，通過智能眼鏡實時的將問題畫面傳輸給專家端，大大提高了問題解決效率和降低了解決成本。

（2）可以利用數字孿生技術將製造執行系統中採集到的數據在虛擬的三維車間模型中實時地展現出來，便於各級管理人員的管理和決策。

（3）通過明珞自主研發的「數字化雙胞胎技術」進行焊裝生產線的設計，極大地減少了現場調試的工作，縮短了交貨時間。

五、案例應用效益分析

明珞裝備根據項目特點，基於數字孿生技術/CPS的應用，提高公司的綜合競爭實力，人、機、物、環境、信息基本實現互聯互通，在生產安排、質量控制、設備管理、生產過程控制、產品研發測試、勞動力管理方面實現智能化，透明化管理，初步達到智能工廠水平。取得的成效如下：

（1）公司生產效率、安全水平大幅度上升，銷售、財務費用大幅下降，解決了企業戰略發展瓶頸；

（2）設備穩定運行得到保障。公司實現了生產設備的全生命周期管理，全面提升預防性維修，緊急維修工單從 33％下降到 15％，（世界最好的程度為 12％）。公司設備管理的水平逐年提升，以可靠性為中心設備管理系統，實現了公司長周期、高水平的運轉的需求；

（3）安全管理水平的提升，可及時查看控制參數趨勢性變化；通過大數據監控平台系統建設設備利用率由由原來的 77％提升到 96％，自動化控制率由96％提升到 99.3％;

（3）經濟效益明顯改善，通過先進計劃優化（APO）排產，將線下生產訂單轉移到線上傳遞，並自動計算，使最大生產能力的應用達到最高程度，並通過市場信息模塊，自動計算在現有能力下，生產那種產品（包括中間產品）效益最大化。