本文為2020中國標杆智慧工廠首批參評案例文章，非常具有參考價值。
2017年10月，中國一汽和解放公司以原一汽解放汽車有限公司無錫柴油機廠、道依茨一汽（大連）柴油機有限公司、一汽股份無錫油泵油嘴研究所、無錫大豪動力有限公司和一汽商用車研究院發動機開發所為基礎，組建成立了一汽解放發動機事業部。
事業部分佈於無錫、長春、大連，總部位於無錫。其中，發動機產品實現了重、中、輕型產品的全覆蓋，在中國發動機自主企業中獨樹一幟，併成為首批工信部智慧製造試點示範工程。一汽解放汽車有限公司無錫柴油機惠山工廠（以下簡稱，一汽錫柴）總佔地面積達25.42萬平方米，聯合廠房佔地面積4.7萬平方米，初期總投資23億元。
◎ 圖 一汽無錫柴油機廠
01
契機
推進智慧化升級
自2012年投產以來，經過多年管理改進與工藝最佳化，一汽錫柴的精益生產已經達到了行業領先水平，但是傳統精益生產仍然存在管理決策效率低下、管控決策精準性低、互相協作有效性低、人員溝通效率低下、知識積累效率低下等問題。面對日益個性化的產品需求和日趨激烈的市場競爭，傳統精益生產無法解決上述問題，必須透過智慧製造提高競爭力，實現低成本、高效率，滿足個性化的市場需求。
一汽錫柴的自動化程度國內領先，資訊化與網路化基礎紮實，具備智慧化升級的良好條件。發動機事業部還在行業內首創了LTE(Line Total Efficiency)數字化管理指標體系，產線效率已超過合資乘用車發動機廠，數字化管理體系已經成熟固化。
與此同時工業4.0和中國製造2025的發展戰略，為事業部探索發動機智慧製造基地指明瞭方向並創造了條件。2016年，一汽解放錫柴獲得國家工信部“智慧製造試點示範”，又為事業部進行智慧化升級提供了信心。
2017年一汽錫柴智慧化改造專案獲得集團審批透過，在2018年至2019年共投資約1億元進行智慧化升級改造。目標就是將惠山工廠打造成“世界領先的重型發動機智慧工廠”，形成工廠執行資料的自動採集、傳輸、儲存、決策分析與反饋控制的閉環系統，具有自我學習、自行維護與自主控制的初步智慧，並根據實際執行條件自行調整最佳系統結構，實現生產製造過程在“質量-成本-效率”等多目標的最最佳化。
02
實幹
升級改造智慧工廠
一汽錫柴對三維設計與工藝、工廠規劃與模擬、柔性智慧車間建設、智慧感知與控制系統建設、數字化管控平臺建設、大資料整合應用平臺建設開展研究，將工廠進行智慧化升級改造，形成高度協同的設計-工藝-製造過程，最終實現重型柴油機智慧製造的新模式。
一汽錫柴的智慧工廠整體架構分為智慧裝置層、智慧感知與控制層、智慧管理層、二元指揮決策層四個層次。
◎ 圖 一汽錫柴智慧工廠整體架構
● 智慧執行層，主要包括NC數控機床、桁架機械手、機器人、擰緊機、試漏機、冷試臺位、AGV等；
● 智慧感知層，主要包括數控機床、機器人感測器、RFID等採集系統裝備、資料採集系統SCADA，以及光纖感測非接觸檢測技術、視覺防錯技術等；
● 智慧管理層，主要包括三維虛擬建模與模擬、CAPP/ERP、智慧生產管理系統（IMOM）、智慧物流資訊系統（ILS）等；
二元指揮決策層，由生產控制中心、智慧決策分析平臺等組成。
下面將從產線、智慧物流體系、智慧工廠管理系統等幾方面來介紹一汽錫柴智慧工廠建設的特色與亮點。
1、柔性化的機加與裝配生產線為降低成本、提升效率、提高生產質量，柔性生產線的生產組織方式已經成為智慧製造重要的發展方向。一汽錫柴的機加生產線和裝配生產線均不同程度地採用了工業機器人、線上檢測裝置、高精度加工中心，把多臺裝置聯結起來，配以自動搬運輸送裝置，組合成自動化、柔性化的生產線，從而適合多品種產品的混線生產。
一汽錫柴機加生產線以金切裝置為主，全部採用德國GROB進口高精度加工中心及專機裝置，透過動力滾道以及桁架機械手形成串並聯自動生產線。配合SPC檢測站和MARPOSS線上監測機等線上測量手段將資訊處理、自動控制等高新技術於一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點。數控系統實現了高速、高精、高效控制，在加工過程中可以自動修正、調節與補償各項引數，實現了開放式實時動態全閉環控制及線上診斷和智慧化故障處理。實現了從毛坯上線到成品下線全自動流通加工，自動化率達到90%，可適應混線生產，具備多品種柔性製造能力，單次換型可在120分鐘內完成。
◎ 圖 自動化機加生產線
◎ 圖 雙主軸柔性加工中心
生產線配備有工業機器人、自動裝配裝置、線上檢測裝置、全自動擰緊機、冷試、熱試以及塗裝等自動裝置。能夠進行6DM2-E5、6DM3-E5、6DM2-E6、6DM3-E6、6SM3，國五國六、柴油機天然氣發動機等多平臺發動機的柔性生產，曲軸、活連、飛輪殼裝配，塗膠，冷熱試，噴漆，都能夠自動適應所有不同品種的發動機狀態，實現自動化生產。在確保發動機高品質裝配的前提下遵照安全環保、高開動率、高穩定性、高柔性、高效率、低成本原則；充分體現精益生產中必備的高質量、低消耗的準時化生產理念，確保建成的生產線具有更高的生產效率和更強的生產柔性，使裝配後的發動機獲得更高的產品質量。
機加線和裝配線均大量採用工業機器人，以減少工人重體力勞動、改善作業環境、降低用人成本，提高生產效率和作業質量。例如，機加線利用工業機器人完成去毛刺、輸送、監測、打標、壓裝、翻轉等複雜動作，高效、快捷。裝配線在飛輪殼裝配、曲軸裝配、機體翻轉和搬運、塗膠、噴漆、氣缸套裝配工位等均採用智慧機器人代替人工作業，實現自動換型、自動作業。
2、自動化的物流輸送體系在一條超過2100個品種混線生產，超過8000種物料配送需求，超過15種配送模式的生產線上。當生產過程發生變化，物料配送就需要及時調整以保障生產正常進行。以往靠人工傳遞資訊、處理資訊、制定決策、執行指令的過程，存在響應不及時，執行結果受人員經驗影響等問題，對生產線的正常生產就會造成影響。傳統的物流資訊系統又存在配送方式相對簡單，配送計劃確定後難以根據生產實時變化調整等問題。
為了提高物流配送的準時性和準確性，在生產發生變化時，物流配送能夠迅速調整到位。惠山工廠建立了智慧物流資訊系統，該系統適應40種以上配送模式，並滿足後續繼續增長的物流配送需求。同時能夠根據生產計劃和生產狀況變化，實時計算物料需求，將物流配送指令下發給AGV、RGV、立體倉庫等各類現代化物流裝置。AGV排程系統根據配送指令，自動計算並選擇附近配送用時最短的鐳射導航AGV執行指令。ILS是智慧物流資訊系統：主要負責各類物流資訊記錄和配送指令計算釋出。WCS是倉儲控制系統：負責將ILS的指令傳遞給AGV排程系統及其他物流裝置。
智慧物流透過曲軸飛輪殼二次配送區、缸體缸蓋立庫區、冷試油封SPS區、空中連廊AGV區等15個點的改造和升級，完成了整體物流系統在聯合廠房的全面佈局，實現工廠生產線物料輸送的自動化和智慧化。整個智慧物流體系包含空中連廊輸送系統、AGV輸送系統和立庫系統。
◎ 圖AGV
一汽錫柴的AGV採用鐳射導航的方式，其排程系統負責總體排程、交通管制、電量及充電管理、任務分派與反饋、接受上層物流管理系統的配送任務，並開放資料介面配合接入上層物流管理系統。AGV排程系統根據物流管理資訊系統的物料需求計劃和優先順序，自動分配AGV及進行任務排序最佳化（根據配送路徑、AGV狀態等），滿足物料配送要求。同時，AGV實時監控蓄電池容量、總電壓，當其下降到設定值時，小車自動駛回充電站進行快速充電。
缸體立體庫輸送系統與物流管理資訊系統直接通訊。根據物流管理資訊系統的指示，機器人將機加下線的缸體或搬運至立體庫托盤入庫或搬運至線下配送倉庫托盤；立體庫根據物流管理資訊系統的指示完成指定缸體的出入庫，並將實時出入庫資訊及庫位反饋至物流管理資訊系統；空中輸送裝置將缸體輸送至裝配線並完成上線；機器人還可根據物流管理資訊系統的指示將配送倉庫送來的缸體翻盤至立體庫托盤完成入庫；機器人負責缸體機加下線至立體庫、機加下線至線下托盤（入配送倉庫）、立體庫至線下托盤（清庫）等缸體搬運。
◎ 圖 缸體立庫
◎ 圖 缸蓋立庫
3、智慧化的工廠大腦工廠的二元指揮系統，透過整合智慧製造各子系統(包括智慧生產排程系統、智慧生產保障系統、智慧物流系統)的雲端平臺，實現生產過程虛擬數字化同步及生產資訊視覺化展示，透過二元虛擬模擬平臺實現對實際生產的監控、分析、決策、指揮等功能。
決策支援的硬體包括中央控制室的二元指揮大屏、生產現場的大屏、現場網路裝置及對應的工控機等；二元指揮大屏包括顯示裝置（液晶屏）、顯示控制裝置、音響系統、網路及伺服器等。其中主屏採用全綵LED大屏或液晶拼接板，主要顯示虛擬生產線及實時的生產狀態。在主屏的兩邊，排列多塊液晶屏，分別顯示生產執行狀態、裝置狀態、線上檢測結果、物流狀態等資訊，可以按時間、按區域分別展現，透過螢幕控制系統實現大屏與小屏的內容選擇與切換。二元指揮大屏如下圖所示。
◎ 圖 二元指揮大屏
03
效益
打造行業標杆
一汽錫柴在智慧工廠的建設過程中，有效突破當前精益生產模式下，生產效率提升的眾多瓶頸，系統解決了傳統精益生產無法解決幾大難題：
① 大規模實時運算決策的難題，可以在秒級時間內給出應對生產線問題的最優解；
②指令迅速準確傳遞難題，可以在幾秒鐘中內給所有涉及到的各工種人員精確的指派任務；
同時，也產生了如下經濟效益：
① 成本效益運營成本降低20.5%
透過提升自動化水平，節約人力成本；透過提高生產效率，降低能耗成本；透過提高生產管理智慧化水平，降低製造成本。
② 產能提升提高52%
實現生產過程資訊實時自動採集，自動運算異常停臺對各工序的影響，透過智慧排程演算法自動下達作業指令，提高資料分析和事務決策精準度，實現人、機、物高度協同，突破生產效率瓶頸。
透過建設智慧物流系統，實現物料資訊的生產線實時拉動、全自動平穩輸送，實現少人化及降低物料停臺。
④ 產品不良品率降低39.3%
實時採集，質量大資料系統策劃及分析處置，質量工作狀況可實時統計、監控和決策。透過充分融合先進的管理模型及標準的分析方法，過程自動預警、調整、防錯及改進，實現質量管理規範化、質量控制精準化、質量改進視覺化。
⑤ 節能環保、單位產值能耗降低11.3%
提升生產效率，提高了裝置可動率和能源利用率；降低產品不良率，減少了產品工廢、返工，降低能源的無效消耗；生產線少人化，降低了輔助能源的耗用。
綜上所述，一汽錫柴的智慧工廠專案年均綜合經濟效益達2100萬元。形成了完善的發動機智慧工廠規劃體系，數字化虛擬模擬技術、節能環保技術、綠色製造技術、生產及裝置管理資訊化技術等先進技術在國產裝置的成功整合應用，符合“工業4.0”先進製造理念和國家“中國製造2025”發展方向，有利於國內裝備、軟體水平的提升，有利於工廠及集團內其它企業快速複製。同時，工廠的發動機製造過程相關的產品質量、生產效率、生產能耗等關鍵經濟指標均處於行業領先地位，成為行業標杆。（本文完）
編輯/ 張千慧