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虛擬環(huán)境中規(guī)劃模擬的寶馬里達(dá)廠區(qū)

廣汽埃安現(xiàn)代化生產(chǎn)線

寶馬里達(dá)廠區(qū)總裝車間虛擬規(guī)劃

　　文/羊城晚報(bào)記者 戚耀琪

　　圖/受訪者提供

　　在新能源汽車變革的號(hào)角之下，諸多過往汽車工廠都在面臨艱難選擇。長期以來，人力成本高、制造損耗大、溝通效率低、物料浪費(fèi)多、質(zhì)保不穩(wěn)定、環(huán)保落后等問題，一直存在于傳統(tǒng)工廠及傳統(tǒng)生產(chǎn)中。由于投入巨大與回收周期長，當(dāng)初燃油車的產(chǎn)品生產(chǎn)線并不能完全過渡到生產(chǎn)電動(dòng)車上。而以特斯拉為代表的超級(jí)工廠，讓所有新能源汽車企業(yè)再次感到利潤終究還是來源于更加精益和極致的生產(chǎn)，只有建立面向未來的生產(chǎn)協(xié)作方式與管理模式，才能從源頭開始占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。車企如何在新能源制造時(shí)代脫穎而出？

　　本文以一北一南兩大最新的現(xiàn)代化工廠為樣板，來探尋國際一流品牌與本土新生品牌的創(chuàng)新路徑。

　　寶馬里達(dá)工廠：精益+綠色+數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)元宇宙

　　數(shù)字化：規(guī)劃開始就從虛擬模擬而來

　　2022年6月23日，位于沈陽的華晨寶馬生產(chǎn)基地大規(guī)模升級(jí)項(xiàng)目——里達(dá)工廠開業(yè)。作為BMW iFACTORY生產(chǎn)戰(zhàn)略的最佳范例，里達(dá)工廠從“精益、綠色、數(shù)字化”三個(gè)方面發(fā)力，該項(xiàng)目也以150億元總投資創(chuàng)下寶馬在華歷史上單項(xiàng)投資之最。今年5月，在華晨寶馬成立20周年之際，記者深入里達(dá)工廠，一探這個(gè)寶馬全球最先進(jìn)的工廠何以能把自己稱為生產(chǎn)的新標(biāo)桿。

　　首先，如果工廠是為電動(dòng)化產(chǎn)品而生，那么工廠本身也必須有真正的數(shù)字化和網(wǎng)聯(lián)化。寶馬集團(tuán)負(fù)責(zé)生產(chǎn)的董事諾德科沃奇博士表示，未來的汽車生產(chǎn)需要一種全新的、整體的思維方式。BMW iFACTORY戰(zhàn)略正在定義寶馬集團(tuán)工廠與生產(chǎn)技術(shù)的未來方向。

　　不像傳統(tǒng)用紙筆或者電腦畫圖，全新興建的里達(dá)工廠一開始就完全在虛擬環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃和模擬。從廠區(qū)規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線布局到設(shè)備調(diào)試，全部在Epic Games虛幻引擎3D創(chuàng)作平臺(tái)創(chuàng)建數(shù)字孿生模型并進(jìn)行模擬，構(gòu)建了真正的“工業(yè)元宇宙”工廠。

　　此舉徹底避免了紙上談兵，防止最后使用時(shí)才發(fā)現(xiàn)有各種問題和失誤，卻再也無法推倒重來。工廠員工能夠在建設(shè)完成之前，率先在虛擬空間中進(jìn)行全方位的工廠體驗(yàn)，分析、評(píng)估、驗(yàn)證，并提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，以減少后續(xù)建設(shè)執(zhí)行環(huán)節(jié)產(chǎn)生的返工次數(shù)，從而很大程度降低了成本，顯著提高了工廠建設(shè)效率。虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的融合，還實(shí)現(xiàn)了跨地域、跨時(shí)區(qū)的協(xié)作規(guī)劃與調(diào)試。遠(yuǎn)在德國的工程師們可以實(shí)時(shí)與沈陽本地工作人員進(jìn)行高效協(xié)作與交流，及時(shí)進(jìn)行各種修正。這也使里達(dá)工廠從動(dòng)工到投產(chǎn)比正常工期縮短6個(gè)月，僅用了兩年多時(shí)間。

　　網(wǎng)聯(lián)化：工人與物件都處于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中

　　在里達(dá)工廠的總裝車間內(nèi)，基本就是機(jī)器在執(zhí)行運(yùn)作。在需要工人的崗位上，當(dāng)車身送到面前，就會(huì)自動(dòng)停步，向工人發(fā)出信號(hào)。工人手中的扳手也同步收到了無線信號(hào)指令，只要按照指令比如A或者B，對(duì)準(zhǔn)需要裝配零件的位置，扳手就會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)額定的圈數(shù)，一圈不多一圈不少。工人想錯(cuò)都錯(cuò)不了，徹底杜絕了人為操作帶來的隨意性。究其原因，是因?yàn)楣S以“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”，用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）連接起每一件產(chǎn)品、每一個(gè)流程和每一位員工，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的數(shù)字化生產(chǎn)。

　　與此同時(shí)，工廠使用實(shí)時(shí)位置跟蹤技術(shù)，在車輛裝配過程中提供即時(shí)、透明的信息，并通過移動(dòng)終端和智能程序?qū)崟r(shí)呈現(xiàn)給工人。每一輛汽車的數(shù)據(jù)（如幾何數(shù)據(jù)）都在生產(chǎn)的不同階段被嚴(yán)密“跟蹤”，車輛去到哪里，處于什么狀態(tài)，工人在做什么，后臺(tái)全程記錄，監(jiān)控者一清二楚，根本不存在出了問題還要用對(duì)講機(jī)、用人喊，然后倒回去查原因的可能性。

　　此外，除了柔性生產(chǎn)技術(shù)，還有廣泛應(yīng)用的智能自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）等自動(dòng)化手段，以及一座通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行集中質(zhì)量分析、確保各種生產(chǎn)活動(dòng)全部以最高質(zhì)量完成的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

　　人工智能、數(shù)據(jù)分析和算法廣泛使用，將決策從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)換為“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。比如在涂裝車間，一套人工智能計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)每輛車的噴漆表面進(jìn)行拍照和分析，在100秒內(nèi)可拍攝10萬張照片。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，該系統(tǒng)如同擁有了“火眼金睛”，能夠越來越智能地識(shí)別漆面的微小瑕疵，以確保部件和涂漆車身完美無缺。目前，基地已經(jīng)擁有大約100種人工智能的應(yīng)用。

　　如此一來，每天工廠必然要產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。那么“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”就離不開強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和數(shù)據(jù)處理能力。工廠的1600個(gè)多功能攝像頭每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過10PB。整個(gè)里達(dá)工廠的廠區(qū)都覆蓋了千兆5G網(wǎng)絡(luò)，滿足增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)燃夹g(shù)的帶寬需求。為了應(yīng)對(duì)龐大的數(shù)據(jù)量，里達(dá)工廠新建了占地約3500平方米的數(shù)據(jù)中心，包含1200多臺(tái)服務(wù)器。

　　高效化：精準(zhǔn)安排物流進(jìn)出

　　記者在許多汽車工廠都看到，等待進(jìn)廠的物流車輛常常是排成長龍，而進(jìn)入工廠的車輛又可能長時(shí)間處于等待裝卸貨之中。物流耗時(shí)，搬運(yùn)費(fèi)事，極大地拖慢了吞吐的節(jié)奏，還增加了人力成本與發(fā)生安全事故的可能性。

　　據(jù)介紹，在里達(dá)工廠里，根本見不到物流車大排隊(duì)的情況。比如轉(zhuǎn)運(yùn)電池的車輛，直接就對(duì)準(zhǔn)了車間出口，高度還是持平的。堆場(chǎng)管理系統(tǒng)將實(shí)時(shí)物流數(shù)據(jù)與3D模型相結(jié)合，可以模擬出各種物流場(chǎng)景，支持安全、高效和精確的集裝箱管理。每天有多達(dá)各70余次的集裝箱進(jìn)場(chǎng)、出場(chǎng)以及調(diào)動(dòng)集裝箱供應(yīng)生產(chǎn)線業(yè)務(wù)。通過實(shí)時(shí)變化、直觀呈現(xiàn)的數(shù)字孿生，工作人員能夠隨時(shí)了解堆場(chǎng)內(nèi)發(fā)生的所有情況，再結(jié)合熱力圖分析，讓規(guī)劃人員能夠更好地規(guī)劃堆場(chǎng)，精確、高效地為生產(chǎn)提供零部件。

　　比如裝載模擬與自動(dòng)火車調(diào)度系統(tǒng)相連，優(yōu)化出港物流。若干火車軌道線路就在工廠外，新車出了廠門，直接開上火車，然后由火車再輸向全國各地。完全沒有通過卡車轉(zhuǎn)運(yùn)的麻煩。由于近80%的整車通過火車運(yùn)離沈陽工廠，這些數(shù)字化技術(shù)能夠保證將車輛準(zhǔn)時(shí)交付給客戶。

　　2019年起，華晨寶馬沈陽各工廠已100%使用可再生電力生產(chǎn)并建立了遼寧省內(nèi)企業(yè)最大規(guī)模的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，而里達(dá)工廠在此基礎(chǔ)上利用新建優(yōu)勢(shì)繼續(xù)提升可持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)，比如，建立了遼寧省首個(gè)使用天然氣的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（CHP），在車身車間引入更節(jié)能的電伺服焊槍、在涂裝車間采用諸多先進(jìn)工藝，等等。新工廠創(chuàng)新的智能能源管理系統(tǒng)（IOC）可實(shí)時(shí)監(jiān)控工廠級(jí)、設(shè)施級(jí)、工藝級(jí)和設(shè)備級(jí)的能源與資源消耗，并通過人工智能深度分析予以優(yōu)化。

　　廣汽埃安：智能生態(tài)，全球數(shù)據(jù)云平臺(tái)運(yùn)作

　　去年10月，廣汽埃安第二智造中心完成竣工投產(chǎn)。目前，埃安整體規(guī)劃產(chǎn)能已經(jīng)突破40萬輛，在多班生產(chǎn)下，品牌產(chǎn)能最高可達(dá)60萬輛/年。

　　2018年廣汽埃安建成了國內(nèi)首家新能源純電專屬工廠， 2021年獲“2020中國標(biāo)桿智能工廠”稱號(hào)。2018年的智能生態(tài)工廠，就已經(jīng)開始了智能化的轉(zhuǎn)型，成為當(dāng)時(shí)全球領(lǐng)先數(shù)字化自主決策工廠。

　　據(jù)介紹，廣汽埃安智能生態(tài)工廠以智能化應(yīng)用為主線，實(shí)現(xiàn)智能化制造、智能化服務(wù)、智能化決策、智能化辦公、智能化廠區(qū)五個(gè)核心的智能化場(chǎng)景應(yīng)用。其中，智能化制造要求工業(yè)設(shè)備智能化，工廠在規(guī)劃階段，對(duì)標(biāo)國際先進(jìn)企業(yè)，廣泛應(yīng)用先進(jìn)的智能化設(shè)備，打造高質(zhì)量、高可靠性、高耐久的生產(chǎn)線，節(jié)約人力成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

　　在埃安，通過大數(shù)據(jù)助力分析與決策，實(shí)現(xiàn)公司制造、采購、質(zhì)量、銷售、財(cái)務(wù)、物流、生產(chǎn)管理、車聯(lián)網(wǎng)及人力資源九大領(lǐng)域的全價(jià)值鏈數(shù)據(jù)可視化，通過手機(jī)端、大屏端等設(shè)備隨時(shí)隨地掌控公司生產(chǎn)過程、經(jīng)營結(jié)果等，通過數(shù)據(jù)倒逼業(yè)務(wù)流程、管理改善，推動(dòng)數(shù)據(jù)創(chuàng)新。

　　工廠具備鋼鋁車身柔性生產(chǎn)、數(shù)字化自主決策、互動(dòng)式定制、能源綜合利用四大全球領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。秉承著“小投入、快產(chǎn)出、滾動(dòng)發(fā)展”的理念，埃安智能生態(tài)工廠通過應(yīng)用數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)時(shí)仿真虛擬調(diào)試，節(jié)約了30%的調(diào)試時(shí)間；以及采用了樂高式模塊進(jìn)行預(yù)組裝，不僅能多人同時(shí)批量組裝，還能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立裝配，使安裝效率提升40%。

　　如今，第二智造中心在第一智造中心的基礎(chǔ)上，在數(shù)字化、品質(zhì)、定制、節(jié)能方面實(shí)現(xiàn)了全面進(jìn)化。多地多工廠100%數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)“一站式中心決策”；低代碼開發(fā)+大工業(yè)數(shù)據(jù)體系，生產(chǎn)模塊開發(fā)周期比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)縮短30%；行業(yè)首批免查驗(yàn)、云上牌試點(diǎn)單位，顧客足不出戶拿新車。

　　此外，埃安還在行業(yè)中首創(chuàng)機(jī)器視覺結(jié)合AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全零件全方位品質(zhì)監(jiān)控，打造零缺陷產(chǎn)品；率先應(yīng)用超聲波探傷、3D視覺跟蹤等全工序無損工藝，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)精準(zhǔn)控制；精細(xì)化焊接管理定制每個(gè)焊點(diǎn)最優(yōu)參數(shù)，焊點(diǎn)強(qiáng)度對(duì)比行業(yè)提升10%。由于首創(chuàng)超高柔性技術(shù)群，實(shí)現(xiàn)車型生產(chǎn)切換0損失。此外還首創(chuàng)雙走珠超速換色系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)100+顏色實(shí)時(shí)任意切換；人員效率及生產(chǎn)節(jié)拍提升20%，特斯拉的效率是39臺(tái)每人，而埃安達(dá)到了56臺(tái)每人的效率。

　　有業(yè)內(nèi)專家形容，近年來，國內(nèi)實(shí)施智能制造工程，開展試點(diǎn)示范，大力打造數(shù)字化車間、智能工廠，取得了積極成效。制造業(yè)在智能化、數(shù)字化持續(xù)轉(zhuǎn)型的同時(shí)，產(chǎn)品需要重構(gòu)適應(yīng)消費(fèi)升級(jí)；需要更專一化，在細(xì)分領(lǐng)域做到極致；也需要更個(gè)性化，實(shí)現(xiàn)客戶不同的個(gè)性化需求，高度智能甚至無人工廠的建設(shè)也是未來的投資方向。信息化、數(shù)字化技術(shù)以及前沿科技的傳播，很多制造業(yè)企業(yè)甚至其他領(lǐng)域企業(yè)都開始減少人力成本的損耗，加大人工智能的投入。