汽車研發(fā)驗證中心模塊化組網(wǎng)及智慧應(yīng)用場景研究

金濤　鄭治強　劉彥榮

摘 要：本文以某新能源汽車研發(fā)驗證中心為研究對象，結(jié)合當前智能化前沿技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、系統(tǒng)平臺及應(yīng)用場景等方面出發(fā)，給出整體設(shè)計思路及方案建議，以促進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：研發(fā)驗證 模塊化組網(wǎng) 管理平臺 智慧應(yīng)用

1 引言

隨著消費者需求的不斷變化以及國內(nèi)新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)品正在邁向全新的設(shè)計研發(fā)階段，不少汽車企業(yè)為了適應(yīng)市場、提升研發(fā)能力，規(guī)劃或建設(shè)了先進的研發(fā)中心，旨在不斷提升研發(fā)能力、提高市場競爭力。汽車研發(fā)中心作為推動汽車行業(yè)技術(shù)向前發(fā)展的的主要載體，是實現(xiàn)行業(yè)數(shù)字化和智能化的關(guān)鍵一環(huán)。只有智能化和數(shù)字化框架下的研發(fā)中心才符合行業(yè)發(fā)展潮流，才能促進企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

本文提出的數(shù)字研發(fā)中心是在研發(fā)中心的規(guī)劃、建設(shè)、運營全生命周期中系統(tǒng)性融入智慧、安全、效率、節(jié)能、保密等理念，以數(shù)字化技術(shù)手段推動研發(fā)中心的統(tǒng)一調(diào)度和模塊化管理，促進企業(yè)低碳發(fā)展、高效管理、安全運營、智慧創(chuàng)新，形成全面優(yōu)化、高度創(chuàng)新、深度探索的新型數(shù)字化研發(fā)中心。

數(shù)字研發(fā)中心不是局部的創(chuàng)新與智能，而是多場景全流程聯(lián)動，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)融合、場景聯(lián)動、敏捷創(chuàng)新、高效管理等方方面面，數(shù)字研發(fā)中心的實現(xiàn)離不開新型智能化基礎(chǔ)設(shè)施的硬件支撐，也離不開智慧平臺、智慧應(yīng)用、智能聯(lián)動等層面的軟件實現(xiàn)。

2 需求分析

本文以某新能源項目的電驅(qū)動總成試驗室為研究對象，分析數(shù)字化汽車研發(fā)驗證中心的模塊化組網(wǎng)方式及一些典型的應(yīng)用場景，以充分應(yīng)用數(shù)字化或智能化手段保障試驗安全、提高試驗效率。

該電驅(qū)動總成試驗室一層主要進行新能源電動車及油電混合類車的電機及動力總成的性能和匹配類試驗；二層主要為設(shè)備間，根據(jù)試驗需要放置配套的工藝輔助設(shè)備以及空調(diào)機組等公用設(shè)備。試驗室三層及四層主要為帶載綜合試驗區(qū)、高壓部件試驗區(qū)、電機控制器試驗區(qū)等，試驗對象為控制器以及單體電機，實驗室內(nèi)設(shè)置溫度箱等試驗設(shè)備。同時，三層設(shè)置了專用倉庫，用于存放試驗儀器、試件、工具等。各區(qū)域功能劃分較為明顯。

經(jīng)調(diào)研了解，試驗室各區(qū)域由不同部門或不同試驗小組進行管理。試驗及各輔助系統(tǒng)獨立運行，無相應(yīng)連鎖機制，針對突發(fā)事件或安全性事件均無可靠保障系統(tǒng)，試驗儀器、試件、工具出入庫沒有有效管控，經(jīng)常發(fā)生試驗人員找不到儀器的情況，影響實驗效率。項目在試驗安全管理、試驗設(shè)備網(wǎng)聯(lián)、能源監(jiān)測及試件管理等方面存在較高的智能化要求。

為符合項目整體定位，滿足汽車研發(fā)中心在安全管理、業(yè)務(wù)效率提升、高效運營方面的整體需求，有必要規(guī)劃好基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施系統(tǒng)，為試驗室的數(shù)字化管理及智能化運行形成強大的基礎(chǔ)支撐。

同時針對這些傳統(tǒng)問題，基于試驗室綜合管理平臺，本研究提出了幾種典型的應(yīng)用場景，以彌補多系統(tǒng)聯(lián)動的空缺，為汽車測試試驗可靠、安全運行提供保障，同事提高試驗室的運行效率和試驗效率。

3 系統(tǒng)組網(wǎng)及管理平臺

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，本試驗室網(wǎng)絡(luò)分為業(yè)務(wù)網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)。有線網(wǎng)絡(luò)、無線AP、IP電話、信息發(fā)布等，需要連接外網(wǎng)的設(shè)備或網(wǎng)口，均部署在業(yè)務(wù)網(wǎng)；視頻監(jiān)控、門禁、試驗設(shè)備、能源管理等，基本不需要外網(wǎng)支撐或?qū)ΡＣ苄砸筝^高的設(shè)備或網(wǎng)口，均布署于安防網(wǎng)。同時通過劃分VLAN將不同用途的末端設(shè)備進行相互隔離，切將視頻監(jiān)控系統(tǒng)布署于固定帶寬的專用VLAN，以解決視頻監(jiān)控的大流量對整個網(wǎng)絡(luò)帶來的不良影響。

園區(qū)業(yè)務(wù)網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)均采用核心-匯聚-接入三層架構(gòu)。核心交換機設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)主機房，匯聚交換機設(shè)置在各建筑內(nèi)。用戶服務(wù)器系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)等設(shè)置于網(wǎng)絡(luò)主機房，提供整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理功能。接入交換機按照試驗管理單元，模塊化布署。試驗區(qū)域業(yè)務(wù)網(wǎng)需求相對明確，本文不做探討。對于設(shè)備網(wǎng)，模塊化組網(wǎng)架構(gòu)示意如下圖1所示。

根據(jù)需求調(diào)研，試驗區(qū)域組網(wǎng)設(shè)備可以分為四類：安全設(shè)備、公用設(shè)備、工藝設(shè)備、能耗計量設(shè)備，系統(tǒng)總體實現(xiàn)以太網(wǎng)組網(wǎng)，并根據(jù)末端設(shè)備的通訊及控制接口類型，設(shè)置相應(yīng)數(shù)據(jù)采集模塊或控制模塊，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類采集功能。

同時，以分類及清洗的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過搭建園區(qū)智慧檢測管理平臺，不僅可以實現(xiàn)可以提供園區(qū)統(tǒng)一入口、統(tǒng)一管理、應(yīng)用接口開放、可視化展示、移動應(yīng)用、數(shù)據(jù)分析等服務(wù)，還可實現(xiàn)集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理，使它們協(xié)調(diào)工作，做到充分數(shù)據(jù)共享，并根據(jù)管理需 要形成試驗安全、智慧檢測、智慧能源、倉儲管控等應(yīng)用功能。 當然，可以根據(jù)管理需要擴展一些智慧應(yīng)用功能。本文主要介紹試驗安全、智慧檢測、倉儲管控三個典型應(yīng)用場景。

4 典型應(yīng)用

4.1 智慧檢測

本文所述智慧檢測，可以包括從委托申請到報告發(fā)布的所有環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)可對應(yīng)相應(yīng)的功能模塊，比如試驗管理、設(shè)備管理、人員管理、樣品管理、數(shù)據(jù)管理、運營管理等功能模塊，按實際需要進行設(shè)置。

以試驗管理為例，又可以包括智能排程、自動巡檢、自動報告生成等功能。智能排程功能是用于監(jiān)控試驗排程的優(yōu)先級、工藝流程、人員的空閑情況、設(shè)備的占用情況、物料的沖突情況、樣品的到樣情況；自動巡檢功能用于設(shè)備、物料、樣品、夾具以及試驗環(huán)境的試前巡檢，及識別試驗開啟的條件、到檢驗的方法、檢驗的大綱和檢驗樣品和人員的確認。報告自動生成功能，是通過自動采集加工并存儲試驗數(shù)據(jù)、自動生成報告、報告按規(guī)范化流程進行審批、發(fā)布報告、分配人員查看權(quán)限等，自動報告生成模式如圖2所示。

4.2 試驗安全

試驗室安全運行管理主要包含試驗消防管理、試驗安防管理、安消聯(lián)動等，從試驗設(shè)備到試驗環(huán)境，全面監(jiān)控，實現(xiàn)試驗過程的全流程安全保障。

對于試驗消防管理，除了設(shè)置火災(zāi)探測、危險氣體探測、報警及警報裝置、聯(lián)動控制裝置外，針對新能源車輛試驗的特殊工藝需求，可以根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置工藝消防設(shè)施。比如在本文例舉的項目中，電池充電測試的相關(guān)試驗室內(nèi)，設(shè)有水池或自動撤離機構(gòu)，當試驗中發(fā)生起火時，通過聯(lián)動設(shè)置自動停止試驗并自動將事故電池或車輛沉入水池，或拖拽到室外空地進行處理。

試驗安防管理主要是通過選擇人臉識別功能攝像機，將前端攝像頭中人臉圖片和注冊庫中的人臉進行實時比對及布防，如果非本試驗室人員進入該管理區(qū)，可進行軌跡跟蹤且可調(diào)閱，同時黑名單人員可自動報警提示，或直接上墻。系統(tǒng)可按試驗單元對人臉進行布防，每個試驗單元可以單獨配置人臉庫，實現(xiàn)單獨布防并聯(lián)動視頻進行目標跟蹤。當前端觸發(fā)報警后，系統(tǒng)會聯(lián)動監(jiān)控點對警情現(xiàn)場進行錄像及抓圖，事后通過查看錄像文件和圖片來還原報警時現(xiàn)場的情況。

安消聯(lián)動主要是根據(jù)火災(zāi)報警控制器的火災(zāi)報警信號，設(shè)定該區(qū)域相關(guān)的攝像機聯(lián)動，當火災(zāi)報警發(fā)生后聯(lián)動查看關(guān)聯(lián)的監(jiān)控攝像機，監(jiān)控大屏自動彈窗，通過視頻監(jiān)控快速核實；也可通過平臺聯(lián)動設(shè)置，當報警發(fā)生時，自動聯(lián)動門禁解鎖，方便人員在緊急情況下進行疏散和逃生；同時可通過統(tǒng)一的管理平臺發(fā)出多種形式的報警提示信息。試驗安全管理平臺界面示例如圖3。

4.3 倉儲管理

倉儲管理模塊主要針對試驗區(qū)域涉及的試件樣品、工具儀表、備品備件等形式多樣的物品。

本文研究對象的倉儲區(qū)，采用了多種形式RFID 電子標簽，賦予物品唯一電子身份識別碼，可綁定或修改對應(yīng)物品明細、規(guī)格、型號、借還、報廢、轉(zhuǎn)移、調(diào)撥等操作信息，將電子標簽和物品信息綁定，實現(xiàn)了物碼合一。

同時，通過識別員工卡，并利用高性能手持終端對RFID 電子標簽進行掃簽出入庫，生成電子化明細傳入后臺或?qū)С霰镜?，便于管理?/p>

而且，系統(tǒng)利用RFID出入檢測裝置，將進出入物資數(shù)據(jù)無感識別后傳入至系統(tǒng)管理平臺解析，授權(quán)出庫。異常出庫時，進行聲光報警并就近聯(lián)動攝像機抓拍，出庫記錄可實時查詢。

5 綜述

根據(jù)項目實地調(diào)研，汽車研發(fā)驗證企業(yè)在智慧檢測、試驗安全、倉儲管理方面的智能化或智慧化非常重視，且需求較為迫切，本文以此為背景，結(jié)合項目實際情況，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及管理平臺方面進行簡單分析，并例舉幾種典型的應(yīng)用場景，以拋磚引玉，探索新型研發(fā)中心的數(shù)字化轉(zhuǎn)型模式。

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