汽車制造數(shù)智化轉型趨勢分析及展望

胡昌華

近年來，數(shù)智化轉型升級在各行各業(yè)掀起了一波浪潮，汽車制造數(shù)智化轉型升級也在不斷的深入發(fā)展中，有些企業(yè)轉型取得成功，表現(xiàn)在產(chǎn)品銷量和市場占有率上取得了好的成績。本文拋磚引玉，分析數(shù)智化轉型發(fā)展趨勢及新一年的展望。

汽車行業(yè)數(shù)智化轉型升級的大趨勢

汽車制造在加速向數(shù)字化、智能化轉型升級趨勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.新能源汽車快速發(fā)展的促進

新能源汽車發(fā)展近幾年突飛猛進，市場滲透率越來越高，預計到2025年與傳統(tǒng)燃油車占比持平，到2027年達到65%（見圖1）。

新能源汽車的快速發(fā)展促進了新工廠建設和老工廠的技術改造，而新的數(shù)字化、智能化技術在改造和新的生產(chǎn)線上得到了落地實踐，不僅使新能源汽車生產(chǎn)線的技術水平躍上了新的臺階，而且也帶動傳統(tǒng)能源汽車生產(chǎn)線在加快數(shù)智化轉型，以便贏取更大的市場占有率。

2.產(chǎn)品開發(fā)加快向數(shù)智化轉型

為滿足市場激烈的競爭，新車型的產(chǎn)品開發(fā)周期不斷壓縮，由以前的36個月縮短到24個月，有的公司甚至只需要18個月就可推出一款新的車型，這些都要求采用新的數(shù)智化技術才能達成。比如下列數(shù)智化技術就得到了廣泛應用：3D設計環(huán)境、虛擬驗證體系、仿真分析、知識經(jīng)驗庫建設、數(shù)字化樣車評審、虛擬裝車驗證、數(shù)字孿生技術應用、生產(chǎn)線虛擬調試及虛擬培訓等。

3.制造技術向數(shù)智化轉型升級

數(shù)智化改變了汽車生產(chǎn)管理、過程管理、質量控制、制造執(zhí)行和物流管理的方式。新的技術提升了效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質量，降低了勞動強度。

采用的數(shù)智化技術包含但不限于以下方面：整車跟蹤定位系統(tǒng)、滿足訂單式生產(chǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)、滿足訂單式生產(chǎn)方式的高級排程系統(tǒng)、在線檢測智能化、過程監(jiān)控自動化、智能化防錯、工藝監(jiān)控透明化、大數(shù)據(jù)分析預測、自動化智能工作站、能源管控系統(tǒng)及設備管控系統(tǒng)等。新能源汽車動力電池合裝（見圖2）就采用了數(shù)智化技術。

4.質量管理向數(shù)智化轉型

質量管理數(shù)智化技術的一個最重要的功能就是能提供穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品質量，實現(xiàn)用戶對產(chǎn)品質量的愿景。通過建立AVI整車跟蹤定位系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)線車型智能識別及防錯、在線實時監(jiān)控、工藝參數(shù)精確控制、質量狀態(tài)實時檢測及大數(shù)據(jù)分析與預警等，提升了汽車零部件和整車的質量水平及穩(wěn)定性。

主要的數(shù)智化技術有：數(shù)字化全面質量管理平臺、一車一檔（數(shù)字化質量檔案）、數(shù)字化質量門監(jiān)控、質量數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)及分析、過程質量監(jiān)控管理、質檢知識庫、缺陷定義標準化、數(shù)字化間隙面差檢測系統(tǒng)、工藝參數(shù)數(shù)智化監(jiān)控管理、視覺識別缺陷及3D測量與統(tǒng)計分析系統(tǒng)等。

5.物流管理向數(shù)智化轉型

汽車生產(chǎn)過程物流量巨大，特別是新建的工廠往往都超過了60JPH（件/小時），有的公司一個基地的產(chǎn)能就達到了200JPH，需要生產(chǎn)多款車型，其零件物流、整車物流將會呈幾何倍數(shù)上升。因此物流管理出現(xiàn)了許多數(shù)智化轉型升級技術，如：智能化立體庫、智能配送系統(tǒng)、智能存儲管理、智能化物流防錯系統(tǒng)、智能化排序管理、轉運自動化及智能調度系統(tǒng)等。

6.銷售服務向數(shù)智化轉型

汽車合資公司引入的4S店壟斷式銷售模式，在電動汽車公司和新勢力造車公司的沖擊下，已經(jīng)不能適應幾乎人人擁有智能手機的互聯(lián)網(wǎng)時代銷售格局。新的數(shù)字化終端銷售模式應運而生，引領汽車銷售服務走向了一個全新的數(shù)字化時代。

數(shù)智化轉型升級的重點項目實踐案例

近年來汽車智能制造數(shù)智化轉型取得成功的案例很多，且各有各的特色，下面介紹幾個重點項目實踐案例，可以對標思考，借鑒學習。

1.特斯拉上海超級工廠：通過數(shù)智化手段實現(xiàn)成本控制和快速交付

（1）數(shù)字化的物流體系 沒有倉庫及備料區(qū)，零部件從集裝箱里取出來就直接送上生產(chǎn)線，省卻了先卸貨再備貨的兩道工序，實現(xiàn)零庫存。

（2）大聯(lián)合廠房 沖壓、焊裝、涂裝、總裝和電池車間都規(guī)劃在一個超級聯(lián)合廠房內(nèi)，場內(nèi)物流路徑最短。

總裝零件總成模塊化供貨、高度集成，車型通用件達到70%以上。獨創(chuàng)了很多模塊化技術，如一體壓鑄成型的車身骨架，70種沖壓件合而為一。

工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了高度智能運作，包括物料系統(tǒng)、生產(chǎn)運營系統(tǒng)及企業(yè)ERP系統(tǒng)等可實現(xiàn)快速個性化配置，記錄所需數(shù)據(jù)。比如工廠員工使用的扭力扳手上，扭矩、操作位置及角度等信息都全部精確記錄在生產(chǎn)運營系統(tǒng)里，具有很高的可追溯性，一旦遇到問題，可以追溯到零件級，追溯到具體工位和每一個細節(jié)。

2.東風日產(chǎn)云峰工廠：數(shù)智化技術縮短新車型開發(fā)周期

1）建立了具備工程仿真、工藝仿真和工藝設計能力的數(shù)字化工藝設計平臺，覆蓋全部工藝業(yè)務流程，實現(xiàn)了網(wǎng)頁版標書編制與管理，并與IOT（物聯(lián)網(wǎng)）、DM（數(shù)字化制造）等周邊系統(tǒng)集成的數(shù)字化解決方案相聯(lián)。從三維工廠設計、工廠仿真到工藝規(guī)劃、工藝仿真及專用工裝設計等一系列應用，并與生產(chǎn)、庫存、物流等七個子系統(tǒng)互聯(lián)集成，為新車型的導入奠定數(shù)字化設計及驗證的基礎，投產(chǎn)半年就已快速導入了三款車型生產(chǎn)。

整個工廠采用了大量機器人等智能化設備，工藝數(shù)據(jù)采集率85%，焊裝自動化率達到90%。

2）構建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)（4000+設備、17萬個設備數(shù)據(jù)點采集）和傳統(tǒng)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯集，按照人-機-料-法-環(huán)的橫向維度和工廠-車間-產(chǎn)線-工位的縱向維度對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的治理和“物”建模，實現(xiàn)了工廠級QCTSM共9類83項指標的實時計算和監(jiān)控。支持工廠信息的快速傳遞和生產(chǎn)異常的高效決策，構建起通過重構管理組織來進行工廠業(yè)務數(shù)字化運營的新模式。

3.比亞迪西安三線：通過數(shù)智化實現(xiàn)成本控制、質量管理和快速交付

這條生產(chǎn)線是2022年9月份建成投產(chǎn)的一條新的生產(chǎn)線，設計節(jié)拍75JPH。生產(chǎn)線上大量采用機器人，焊接、涂膠和噴漆全部實現(xiàn)了自動化，總裝線上建有車門密封條、天幕涂膠、風窗玻璃、車輪、座椅和動力電池擰緊等智能化工作站，底盤合裝、液體加注和天窗裝配等實現(xiàn)了半自動化。由MES分發(fā)工藝數(shù)據(jù)及接收采集的數(shù)據(jù)，建有AVI、中控臺、能源管理、設備管理、安燈、SPS（成套配裝系統(tǒng)）、力矩管理、倉儲管理和質量管理等信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)線信息系統(tǒng)互聯(lián)互通（見圖3）。

通過數(shù)字化的訂單及生產(chǎn)計劃管理系統(tǒng)，白車身庫、彩色車身庫和中間零件庫等物流系統(tǒng)滿足生產(chǎn)計劃的超柔性生產(chǎn)，整車庫按最多存放三天的產(chǎn)量設計。

同時，建設了數(shù)字化工藝設計平臺與產(chǎn)品設計平臺互聯(lián)互通，開展同步設計及驗證。

4.紅旗繁榮工廠：通過數(shù)智化技術提升產(chǎn)品質量、建立國產(chǎn)高端車形象的產(chǎn)品核心競爭力

（1）現(xiàn)代化的標桿工廠 全自動化焊裝車間有628臺機器人，焊接/涂膠自動化率100%，總裝自動化率30%，實現(xiàn)了“能自動化的項目都自動化”的理念。能實現(xiàn)多品種并行生產(chǎn)，采用“三明治”重構工裝技術、雙飛翼式全自動天車換模技術等實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，其多色彩開發(fā)和噴涂技術實現(xiàn)涂料利用率接近100%。

（2）智能化的新型工廠 采用信息化系統(tǒng)、智能裝備和大數(shù)據(jù)應用，實現(xiàn)新型智能制造模式，開發(fā)了智能化生產(chǎn)調度系統(tǒng)、智能化質量管理系統(tǒng)、沖壓自適應配方技術、設備智能運維系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)云化數(shù)據(jù)中臺，建立了業(yè)務數(shù)據(jù)分析模型及導航式自動評審模型等。

（3）綠色現(xiàn)代化的未來工廠 強化了綠色工藝、環(huán)保材料和清潔能源的應用，采用熱能回收、光伏發(fā)電及PVC免烤工藝等節(jié)省能源。

5.廣汽埃安：通過數(shù)智化手段提升產(chǎn)品個性化定制及快速決策能力

1）建成了全球領先的智能純電專屬平臺汽車工廠，通過數(shù)字化手段，在運營管理、柔性生產(chǎn)、智能決策、定制化生產(chǎn)和能源綜合利用等方面處于國內(nèi)領先水平，并大量采用數(shù)字化智能化設計驗證技術，提升驗證水平，2020年獲評“中國標桿智能工廠”。

2）實現(xiàn)了傳統(tǒng)批量化生產(chǎn)向大規(guī)模互動式定制的轉變。埃安工廠可讓用戶深度參與汽車設計制造，享受個性化體驗；建立營銷數(shù)字化推送平臺，通過數(shù)字化手段開展營銷數(shù)據(jù)分析、管理和決策。

3）建立了一站式?jīng)Q策中心、全面預算管理閉環(huán)兩大數(shù)字化項目，打通預算編制→立項→財審→采購→招標→聯(lián)簽→合同→支付→核算等9大業(yè)務，將12大系統(tǒng)/子模塊精準固化到IT系統(tǒng)中，審批節(jié)點減少了75%，單環(huán)節(jié)審批效率由18天減為2天，審批時長節(jié)省90%。

6.重汽集團：通過數(shù)智化手段提升集團產(chǎn)品滿足市場個性化需求能力

1）構建了汽車制造執(zhí)行系統(tǒng)平臺，由運維管理、生產(chǎn)管理、物資管理、質量管理、BOM（Bill of Materia）管理、整車管理、總成管理（車身、車架）、決策支持、供應商管理（即商務平臺）、采購管理、財務管理、智能協(xié)同及移動管理等十三個模塊組成。

2）構建以整車設計BOM、工藝BOM、制造BOM和裝配BOM為核心的整車BOM管理平臺。通過BOM的分段管理，實現(xiàn)工藝對生產(chǎn)、物流、財務等業(yè)務的全生命周期支持。

3）構建以交付期為核心的生產(chǎn)管理運營平臺。優(yōu)化生產(chǎn)管理，采用物流配送計劃和智能交接物流管理模式，實現(xiàn)精準物流和快速交付。

4）建設企業(yè)級質量數(shù)據(jù)應用信息化平臺。對質量數(shù)據(jù)進行整合，建立結構化、分層次的產(chǎn)品質量檔案與追溯系統(tǒng)，形成按照裝配結構建立總成、分總成、零部件多層級質量檔案，提高企業(yè)運營監(jiān)控、分析、決策及風險防范能力。

通過數(shù)智化轉型提高了制造效率、物流平順性和生產(chǎn)敏捷性，并提升了產(chǎn)品質量。

2023年數(shù)智化轉型的重點方向展望

汽車智能制造技術在快速發(fā)展，企業(yè)數(shù)智化轉型升級的步伐和決心也在加大，展望2023年，汽車制造數(shù)智化轉型聚焦的重點方向有10個。

1.圍繞打造公司汽車產(chǎn)品的核心競爭力而展開的數(shù)智化體系建設

每個公司生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品目標群體有所區(qū)別，著力點及重點不盡相同，但都是圍繞如何提升汽車產(chǎn)品的核心競爭力及提升銷量而開展智能制造實踐。

數(shù)智化轉型升級應該有一個系統(tǒng)規(guī)劃，圍繞數(shù)字化規(guī)劃補短板，強長板，讓強者恒強。

數(shù)智化轉型升級也開始由點到面，強化公司整體數(shù)智化體系建設，并通過數(shù)智化體系的保障能力，提升產(chǎn)品核心競爭力，促使公司的汽車產(chǎn)品能持續(xù)不斷地得到用戶的認可，大幅度提升汽車銷量。

2.圍繞打造滿足汽車個性化產(chǎn)品及選裝需求而展開的數(shù)字化制造能力建設

新時代，用戶對汽車的個性化需求千差萬別，隨著新的數(shù)字化營銷方式的興起，滿足用戶需求的訂單式生產(chǎn)方式應運而生，需要建立起數(shù)字化的工藝指導、訂單管理、計劃管理、高級排程、選裝工藝、個性化零件配送及防錯、數(shù)字化裝配指示系統(tǒng)等，使MES功能全面提升至具有智能制造管理功能的MOM（制造運營管理）系統(tǒng)。

3.圍繞打造高效管控制造過程質量的數(shù)字化保障能力建設

良好的產(chǎn)品設計和優(yōu)秀的工藝設計是產(chǎn)品質量的基礎，但汽車制造過程復雜，工序多，產(chǎn)業(yè)鏈長，影響因素繁復，因此建設高效管控制造過程質量的數(shù)字化保障能力成為新的趨勢。

采用數(shù)字化技術改善過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和預警預測預控，建立全過程全工序數(shù)字化的質量管理體系及流程，實現(xiàn)質量管理的透明化和預控化，提升產(chǎn)品品質的一致性。

4.圍繞打造降低制造成本的數(shù)字化成本管控能力建設

從產(chǎn)品設計和工藝設計開始采用仿真分析、虛擬制造等數(shù)字化技術優(yōu)化產(chǎn)品結構，簡化制造流程，提升通用率和模塊化率，從而實現(xiàn)成本的降低。

在物流和制造領域，通過數(shù)智化技術實現(xiàn)減少物流環(huán)節(jié)，減少重復包裝，優(yōu)化制造工序，優(yōu)化人員配置，提升自制率，全流程降低產(chǎn)品成本。在管理領域，通過數(shù)字化技術，優(yōu)化計劃和庫存管理，強化能耗管理，降低廢損，減少浪費，實現(xiàn)成本降低目標。

5.圍繞縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)能力建設

產(chǎn)品設計、工藝設計、試制驗證、量產(chǎn)準備及生產(chǎn)驗證等新產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)都將引進數(shù)字化技術，建設三維產(chǎn)品/工藝數(shù)字化設計平臺，實現(xiàn)數(shù)字化設計、虛擬評審、仿真分析、方案虛擬驗證、數(shù)字化樣車制造、產(chǎn)線虛擬調試及數(shù)字化生產(chǎn)準備，從而縮短新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)準備周期。

6.圍繞快速交付產(chǎn)品的數(shù)字化交付能力建設

近年來，由于汽車芯片緊缺及疫情等因素的影響，汽車產(chǎn)品尤其是新能源汽車的交付能力遇到了很大的困難，新的一年，汽車公司在改善交付能力方面將會應用更多的數(shù)字化技術，建設供應鏈管理系統(tǒng)、敏捷物流系統(tǒng)、倉儲管理數(shù)字化系統(tǒng)及生產(chǎn)調度系統(tǒng)智能化等，提升企業(yè)的抗風險能力和適應市場變化的快速交付能力。

7.超級BOM系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的BOM

超級BOM不僅能管理整車明細表，而且能管理3D數(shù)模。明細表中的零件號能與相應的數(shù)模對應及聯(lián)動，支持數(shù)字化工藝設計，支持同步工程虛擬仿真分析，支持3D工藝文件設計，支持虛擬樣車試制，支持個性化定制管理、支持一車一BOM，支持訂單式生產(chǎn)制造，支持零部件物流智能化。

因此，超級BOM系統(tǒng)能夠覆蓋企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)全生命周期、全價值鏈和全業(yè)務領域管理，支持產(chǎn)品主數(shù)據(jù)、結構、數(shù)模和配置管理，顏色方案及軟件等生命周期管理與應用；能夠實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理流程標準化、規(guī)范化、電子化，實現(xiàn)集團化管理和異地協(xié)同；能幫助企業(yè)實現(xiàn)模塊化設計，打通企業(yè)各部門之間的數(shù)據(jù)壁壘，提高內(nèi)外協(xié)同效率，提升創(chuàng)新能力和經(jīng)營管理水平。

8.構建智能制造數(shù)字化管理平臺

融合數(shù)字化工藝、MES、APS（一體化計劃編制高級排程系統(tǒng)）、QMS（質量管理系統(tǒng)）、LES（智慧供應鏈協(xié)同）、倉庫物流管理、設備管理、能源管理、安燈系統(tǒng)及訂單式生產(chǎn)管理系統(tǒng)等數(shù)字化模塊，形成智能制造數(shù)字化管理平臺。

圍繞生產(chǎn)執(zhí)行過程實現(xiàn)工廠設備與各信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通，生產(chǎn)過程透明化，資源配置協(xié)調化，生產(chǎn)組織高效化，狀態(tài)監(jiān)控數(shù)字化，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的自動分發(fā)、實時采集、智能分析和異常預警，構建以顧客滿意為核心的質量管理流程和敏捷的生產(chǎn)制造體系，為汽車產(chǎn)品賦能。

9.機器人自動化工作站覆蓋更多應用場景

隨著視覺技術、機器人技術和自動化控制技術日趨成熟，產(chǎn)品成本進一步降低，質量一致性要求不斷提高，促進了機器人自動化工作站得到更廣泛應用。各種應用場景的智能化工作站建設，在焊接、打磨、涂膠、裝配、搬運、擰緊及檢測等工位用機器人取代人工作業(yè)，并能自動獲取過程工藝數(shù)據(jù)（見圖4）。特別在商用車生產(chǎn)線也會出現(xiàn)更多的機器人自動化工作站取代原先的人工工位。

圖4 機器人自動涂膠及安裝風窗玻璃

實際上，機器人自動化智能工作站之所以受到越來越多企業(yè)重視，并不僅僅是簡單地取代人工作業(yè)，而是企業(yè)數(shù)智化轉型的需要，它能夠讓勞動者二次解放，提升效率，實現(xiàn)對用戶的質量承諾，為公司產(chǎn)品賦能。

10.圍繞用戶體驗構建數(shù)字化營銷能力

圍繞用戶全生命周期體驗的全場景數(shù)字化營銷解決方案從新能源汽車企業(yè)向全行業(yè)擴散。營銷及收集售后數(shù)據(jù)將不再僅僅依靠傳統(tǒng)的4S店，而數(shù)字化的汽車銷售終端APP連接起了每一個客戶，從產(chǎn)品開發(fā)的信息收集、售前培育、到店體驗、購車引導、用車體會、售后服務、車輛維修指導及信息反饋等各個階段都可以幫助用戶，構造各具特色的數(shù)字化營銷能力，支持4S店銷售平臺、網(wǎng)絡銷售平臺和直營店銷售平臺的客戶購車及用車指導。

結語

總之，汽車制造全面向數(shù)智化轉型升級的趨勢不可阻擋，適應這個趨勢并轉型成功的企業(yè)將會得到更大的市場份額，建立起市場地位，贏得先機。

數(shù)智化轉型升級大致分為三步：

第一步，建設智能工作站，開發(fā)相應的信息系統(tǒng)，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接生產(chǎn)線上的各類自動化設備，實現(xiàn)互聯(lián)互通。采用傳感器實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)的自動采集，實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的透明可視，建立起數(shù)智化營銷平臺。

第二步，通過數(shù)字孿生技術實現(xiàn)虛擬調試、仿真分析和改進改善活動。通過采集的大量數(shù)據(jù)搭載未來模型實現(xiàn)智能預測、預控及預調，并為決策者和工作人員提供基于數(shù)據(jù)的決策方案。

第三步，通過大量機器學習和模型運用實現(xiàn)自主決策，將智能制造升級到更高的層次，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售服務和成本管控取得更大的提升，更加貼近用戶不斷增長的需求。

因此，要成功實現(xiàn)汽車企業(yè)的數(shù)智化轉型升級，需要企業(yè)家、企業(yè)管理者和工程技術人員通力協(xié)作，一步一個腳印地向既定目標邁進。