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CPS的智能化生产基于数字孪生技术/CPS的智能化生产，广州明珞汽车装备有限公司（以下简称明珞装备）是集研发、生产、制造、服务于一体的高端智能制造解决方案提供商、工业互联网/物联网服务商，主要从事汽车车身智能生产线的规划、设计、制造和运维服务，依托数字化虚拟制造技术与工业物联网大数据生产线诊断、产线优化及智能运维技术，致力于为汽车制造业和航空、新能源及一般工业领域企业提供智能制造解决方案，是国际领先的智能制造标杆企业。公司运用数字孪生技术为客户提供设计、交付、运营全阶段的智能数字化服务，在产线设计尾声阶段，数字虚拟制造能够革命性地实现更加可靠而快速的交付。工厂通过CPS技术实现设备间的深度互联，实现智能化的生产。

关键词：CPS；数字孪生技术；智能制造；明珞装备；

一、案例简介

明珞装备主要从事汽车车身智能生产线的规划、设计、制造和运维服务，依托数字孪生技术与工业物联网大数据生产线诊断、产线优化及智能运维技术，如今已成为国际领先的智能制造标杆企业。明珞把多年来实施的案例中的工艺要求、生产方法和生产组织方式进行整理分类，模型抽象，逐步建立一个多层数据库结构，作为面向汽车焊装智能制造“数字化双胞胎技术”研发及推广应用的原型基础，并且通过CPS技术实现设备间的深度互联，实现智能化的生产。

二、案例背景介绍

明珞装备经过10余年的发展，虽然在产品质量管控，生产制造管理方面不断的优化，但基于目前技术条件下的优化空间不断变窄，在物流、生产、质量、设备管理、劳动力的日常管理当中仍然面对更多新的挑战。明珞装备依托自主核心技术与专利产品，可为客户提供柔性、高效的制造解决方案、动力总成装备解决方案和电气自动化解决方案，并以数字孪生技术/CPS为汽车制造行业赋能，以大数据平台和工业物联网为智能装备行业赋能，不断创新，真正的实现以低成本生产出高质量的产品，通过全流程的优化改善降低浪费，实现低碳，绿色，智能的生产系统和管理体系，为用户交付高品质的产品和服务，以实现智能制造为目标。

三、案例应用详情

明珞装备公司的智能工厂建设的总体方案目标是进一步提升企业的管理水平，降本增效，增强公司的核心竞争力。计划通过 5 年的时间，初步达到智能工厂水平，各项技术，如 CPS、工业大数据、数字孪生、云计算等技术得到深度的应用，人、机、物、环境、信息实现互联互通，在生产安排、质量控制、设备管理、生产过程控制、产品研发测试、劳动力管理方面实现智能化，透明化管理。

1、数字孪生技术的应用

明珞把多年来实施的案例中的工艺要求、生产方法和生产组织方式进行整理分类，模型抽象，逐步建立一个多层数据库结构，作为面向汽车焊装智能制造“数字化双胞胎技术”研发及推广应用的原型基础。从 2015 年开始，对汽车焊装生产线“数字化双胞胎技术”开展自主研究开发，并在吉利宝腾、南非奔驰、北汽株洲、广汽荻原等汽车整车厂和零部件厂商实现初步的试用，保证了产线效率、可靠性、准确性、安全性。2016 年，又从德国 Siemens 总部聘请以色列专家 Josef 作为工业 4.0 部门总监，带领开发团队，进行智能装备虚拟调试方面的开发和应用。

明珞装备的虚拟制造技术能够与明珞大数据服务平台（MISP）无缝对接，为客户提供设计、交付、运营全阶段的智能数字化服务。在产线设计尾声阶段，数字虚拟制造能够革命性地实现更加可靠而快速的交付。从设计完成到工程实施之间，工程师通过智能制造平台（VC & MISP），在电脑中进行全过程的虚拟制造和大数据分析，提前验证并解决现场安装调试中存在的95%以上的潜在问题。

同时，明珞使用VR设备，以沉浸式的体验方式，在虚拟环境中观察和评估设计方案，来检验设计成果，预判实施成果。可实现在虚拟环境中进行验收与交付，巩固虚拟制造稳定性和可靠性。另外，还可以利用数字孪生技术将制造执行系统中采集到的数据在虚拟的三维车间模型中实时地展现出来，便于各级管理人员的管理和决策。

2017 年，在北汽株洲 M50N 焊装项目，通过明珞自主研发的“数字化双胞胎技术”进行焊装生产线的设计，极大地减少了现场调试的工作，缩短了交货时间，一般 8 个月才能交付的生产线，明珞只用了 128 天，创业内最短交付时间记录，该项目关键核心技术现已申请自主知识产权 5 件。

2、CPS技术的应用

通过CPS技术实现设备间的深度互联，实现智能化的生产；运用工业大数据技术，为管理决策提供支持，实现智能工厂发展目标。例如，实施上线的 AR 远程运维项目，实现了设备故障的远程诊断，通过智能眼镜实时的将问题画面传输给专家端，大大提高了问题解决效率和降低了解决成本。

数字化装配线，设有五大工位，分别是部装返修、总装、配管配线、检测调整、测试，结合SAP、WMS 系统和智能仓储，计划每台设备的物料，智能推荐排产顺序。智能仓储准确配备装配所需的零件，按照既定的顺序摆放。手持终端机自动扫码打开 2D 图纸和 3D 图纸，机械装配工和电气装配工按照既定工位的顺序，只需简单重复完成流水线装配工作，减少多余动作。同时，SAP 系统能够实时共享生产数据，监控装配进度，及时记录员工的工作信息，最终同步数据至明珞报工 APP，实现每一个工装夹具都能追踪溯源，在装配过程中，如有物料错误、装配错误等问题，系统自动报警，部门加快流向返修区域，减少产品的不良率。

数字化装配线起用后，装配 11 个单元的夹具从 80 小时降至 25 小时，人员减少60%，每年可节省人力劳动成本近 150 万元。

四、创新性与优势

本项目的创新性与优势在于以下几个方面：

（1）通过CPS技术实现设备间的深度互联，实现智能化的生产。例如，实施上线的 AR 远程运维项目，实现了设备故障的远程诊断，通过智能眼镜实时的将问题画面传输给专家端，大大提高了问题解决效率和降低了解决成本。

（2）可以利用数字孪生技术将制造执行系统中采集到的数据在虚拟的三维车间模型中实时地展现出来，便于各级管理人员的管理和决策。

（3）通过明珞自主研发的“数字化双胞胎技术”进行焊装生产线的设计，极大地减少了现场调试的工作，缩短了交货时间。

五、案例应用效益分析

明珞装备根据项目特点，基于数字孪生技术/CPS的应用，提高公司的综合竞争实力，人、机、物、环境、信息基本实现互联互通，在生产安排、质量控制、设备管理、生产过程控制、产品研发测试、劳动力管理方面实现智能化，透明化管理，初步达到智能工厂水平。取得的成效如下：

（1）公司生产效率、安全水平大幅度上升，销售、财务费用大幅下降，解决了企业战略发展瓶颈；

（2）设备稳定运行得到保障。公司实现了生产设备的全生命周期管理，全面提升预防性维修，紧急维修工单从 33％下降到 15％，（世界最好的程度为 12％）。公司设备管理的水平逐年提升，以可靠性为中心设备管理系统，实现了公司长周期、高水平的运转的需求；

（3）安全管理水平的提升，可及时查看控制参数趋势性变化；通过大数据监控平台系统建设设备利用率由由原来的 77％提升到 96％，自动化控制率由96％提升到 99.3％;

（3）经济效益明显改善，通过先进计划优化（APO）排产，将线下生产订单转移到线上传递，并自动计算，使最大生产能力的应用达到最高程度，并通过市场信息模块，自动计算在现有能力下，生产那种产品（包括中间产品）效益最大化。