为了“智造”发动机,大众动力总成该如何打造数字化工厂?

 

数据化、透明化、价值化...



近日,上汽大众首款新能源汽车途观L PHEV上市,开启了大众探索国内新能源汽车市场的第一步。该车上所搭载的1.4T PHEV发动机由上海大众动力总成有限公司(以下简称“大众动力总成”)生产。

今年9月,大众动力总成迎来了第一千万台发动机下线仪式,1.4T PHEV发动机亮相,引起了市场的高度关注。

随着1.4T PHEV发动机的投产,大众动力总成的产品已由EA111家族的3种机型迭代升级到EA211家族的6种机型,产能方面已具备180万台机加工能力和195万台装配能力。如今,大众动力总成已正式成为大众品牌在中国首家累计产量突破千万台的动力总成企业。

在此背景下,大众动力总成又开始了新的思考:如何在协调好各条产品线的同时,进一步实现降本增效?
智能制造,“数据化”先行
2017年,大众动力总成编制了《上海大众动力总成有限公司——智能制造白皮书》,明确了以数字化带动智能工厂建设的发展思路,即:数据化、透明化、价值化。依托长期以来积淀的IT和自动化基础,大众动力总成率先在生产过程、生产质量、生产能耗等核心场景中展开布局,并初步取得一系列令人欣慰的成果。
数据化是智能制造的基础。根据大众动力总成智能制造战略规划,公司的重要信息都要数据化,包括生产设备信息、产品质量信息、维修信息、人员信息等。

然而,长期以来,生产线设备数据读取不出来的问题,一直困扰着几乎所有制造型企业。对大众动力总成而言,如果无法获取生产线设备数据,其智能工厂便缺少了最核心的生产过程数字化应用场景。

对此,大众动力总成工程师利用业余时间开发了“数字魔方”,成功打开生产设备的“黑匣子”,并建构出全线信息化程度100%的“平行生产线系统”,覆盖底层数据采集至上层数据展示和应用。
将数据变为“透明化”资源
数字化的下一个目标是要实现透明化,其核心是要将实时数据报表化、互联共享化。据大众动力总成IT经理、首席信息安全官李强透露,在透明化措施实施前,各业务部门往往都是独自采集所需数据,因此公司所有的数据和信息系统比较分散且都是“私有”的,这一方面导致数据价值无法被充分利用,另一方面使得智能化建设相对零散。

为此,大众动力总成IT工程师自主开发了“雾计算平台”,所有通过智能硬件采集到的数据都将自动被实时上传到该平台,成为公开、共享的透明化资源。各部门依托“雾计算”可获取所需的各维度大数据,并建立相应的透明化应用场景。



在大众动力总成,有一座线上运营的“透明质量工厂”,其生产线上运行的不是一个个产品,而是一串串数据。这些数据对应的是实际生产线上的产品状态,一旦数据发生异常,则表明相关产品质量出现了偏差。更值得一提的是,在透明质量工厂,工程师可以在出现质量偏差的时,调取相关产品的整个生产数据做回溯,进而准确查找到问题源头,并予以解决。

“以往,我们只能在抽检过程中,对出现质量偏差的产品做事后分析,现在现在通过雾平台上的透明质量工厂场景运用,我们可以对产品质量进行更加严格的把控,并在第一时间发现问题”,大众动力总成质量保证部生产质保部高级经理邢韬说,“此外,在分析解决问题的过程中,雾平台上相关的所有数据都可以为我们所用,任何一个环节出现的问题,我们都可以通过数据回溯发现并解决,再也不用像之前那样需要花费大量的精力单工位、单机床地去做测试,更不需要暂停生产线去排查原因。”
“价值化”打造智能生态圈
通过数据化、透明化手段,目前大众动力总成的智能制造战略已在多应用场景内实现了价值化。其中,平行生产线项目在优化决策、改善运营等方面已创造经济效益857万元;累计透明质量工厂项目已连接 96 台质保测量设备,可实现产品控制、设备状态监控 、过程分析 、生产状态监控、检验状态监控等功能。

除此之外,大众动力总成的数据化、透明化、价值化的思路还体现在“能效管理平台”的建立过程中,并带来直观、持续的项目投资回报。

据大众动力总成制造部制造技术经理施磊介绍,大众动力总成通过智能化硬件及能效管理系统平台的开发与运用,第一步首先实现了电量、水、温度、流量等数据的在线收集;第二步可形成能耗使用分析、能流图、各区域能耗利用报告,并分析识别非正常能源消耗和高能耗产品;第三步根据分析数据对相应设备、工位、生产线予以调整,并借助大数据分析进一步识别节能改进机会,同时通过历史数据分析,建立能耗预测模型,从而实现降低能源成本、减少环境风险、提高能效的目的。

能效管理平台的应用,预计每年可为大众动力总成降低能源消耗2%,项目投资回报率每年可达20%。



按照‘强中间,延伸两头’的思路,未来,大众动力总成的智能工厂战略还将由生产制造端向开发端和整车端延伸,目标从生产技术智能优化到绿色生态工厂,到动态产能配置,到智能质量管理,到智能物流网络自动排产系统,再到产品全生命周期的数字化管理,以及互联实时的安全监控,完整地囊括各个维度,构建大众动力总成的‘智能生态圈’。

智能化发展,需要数字化先行。对于制造业企业而言,想要实现从“制造”迈向“智造”,第一步就需要将生产线数据采集出来。

然而,由于生产线上的设备往往来自不同国家、不同供应商,且底层数据不开放,因此想要解决生产设备的数据采集,积累生产大数据,并实现数据的互联互通,极其困难。一些企业为此曾作各种尝试,都没能如愿以偿。



上海大众动力总成有限公司(以下简称“大众动力总成”)的三位年轻工程师李鲁、王晓峰、沈海,通过将近两年的摸索,终于发现了一条成功之路。今年8月,他们申请的101号种子基金项目“平行生产线系统”成功通过验收,并获得业内专家的一致点赞。
Q:“平行生产线系统”可以给生产带来那些帮助?
李鲁:目前,我们可以做到的是,将生产线上设备的数据都读取出来,并在虚拟现实中进行同步还原,形成所谓的“平行生产线”。通过电脑、手机、MR眼镜,都能实时监管生产线运行情况。

王晓峰:我们的平行生产线系统能够直观地监管到每个工位设备的内部情况,一旦有任何异常,一眼便可准确识别。在此之前,设备内部的故障都要由专业员工通过故障码解读出来。

最重要的是,生产过程的数据化和透明化还有利于我们进一步优化生产流程、生产节拍,从而提高生产效率,为公司创造价值。

Q:三位工程师因何走到一起共同开发“平行生产线系统”的?
沈海:前几年,大众动力总成开展“信联网”工程,建设“透明工厂”,旨在通过数字化手段,让生产透明化,从而进一步优化生产,实现降本增效。

在此思想指导下,我们结合自己的本职工作,以及各自的兴趣爱好,开始尝试设备数据采集与应用。期间,我们得到了公司领导的大力支持,不但被允许在生产设备上做大胆尝试,而且能够有机会参加相关的课程培训。

与此同时,我们的项目还得到了上汽集团“种子基金”的扶持,并最终成功取得突破,率先在部分生产线上的得到了应用。
Q:要建立“平行生产线”,首先需要将生产设备数据读取出来,这一点难住了很多企业,大众动力总成是怎么解决的?
李鲁:如何读取生产设备数据,这是“平行生产线系统”项目的最大难点。我们能够取得成功的关键是通过不断的摸索,成功发现了一条可行路线,并自主开发了“数字魔方”采集装置。该装置的“魔力”在于:支持数百种工控设备,可读取几乎所有生产设备数据;并且安装配置方便,部分场景可即插即用。

此外,“数字魔方”能做到毫秒级别延迟,可满足高实时性采集要求,并支持冗余数据压缩、错误数据剔除等边缘计算应用。
Q:把设备商生产的设备数据读取出来是否涉及侵权?
李鲁:这不是侵权,而是拿回属于我们自己的东西。设备商在我们采购生产线设备时是把数据库一同打包了卖给我们的,只不过之前我们都没有能力读取,只能再花钱请他们帮忙解决。现在我们自己开发了“数字魔方”,实际上只是发明工具取回了属于我们自己的东西。

Q:“平行生产线系统”现在投入应用了没有,其实际经济价值如何?
王晓峰:目前,“平行生产线”项目已在公司五台机床进行了试点,其在提升生产效率、优化生产节拍方面有重要贡献,前后的试点项目,3年累计可节省857万元。

在新引进的LT4发动机装配线上,“平行生产线”项目更是被全面引入。其中,新装配线生产大数据系统的数据将完全由我们的“数字魔方”采集提供。

沈海:当然,除了在优化生产、提升效率等方面继续发力,“平行生产线”还将致力于生产设备的智能维护与维修。比如,以往刀具的磨损程度需要靠人工经验识别,而今后计算机将代为完成这项工作,并且精度更高,误差更小,同时还能实现预测性维护,减少停产维修。

总之,“平行生产线”项目将用数据助力大众动力总成从“制造”迈向“智造”。


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