借數字化“東風”，打造商用車領域的智能工廠
——施耐德電氣面向汽車行業的EcoStruxure工廠解決方案助力東風商用車打造智能工廠
http://www.debgrams.com 2023-06-20 15:54 來源：施耐德電氣（中國）有限公司
作為國內四大汽車集團之一，東風汽車的前身可以追溯到1969年始建于湖北十堰的中國第二汽車制造廠，這是我國第一座完全依靠自身力量設計建造的現代化大型汽車廠，在中國汽車工業史上留下了濃墨重彩的一筆。
歷經五十余年的發展，東風汽車已經取得了令業界矚目的成就，而東風商用車有限公司（簡稱“東風商用車”）身為東風汽車旗下中國領先的商用車品牌，憑借對技術的持續深耕和產品的不斷迭代，樹起了中國卡車行業的一面領先旗幟，成為民族汽車自主品牌的中堅力量。
對于汽車而言，發動機就如同“心臟”，決定著汽車的動力性、經濟性、穩定性和環保性，也是汽車制造業的核心技術和尖端工藝。東風商用車旗下的東風龍擎動力有限公司是國內唯一一家同時生產“龍擎”品牌的汽油、柴油、天然氣發動機和中重型變速箱的制造廠，建廠已累計生產發動機280多萬臺。
為了滿足生產線自動化、智能化控制及精益化管理需求，東風商用車期望建立發動機工廠的生產流程全數字化信息系統。基于面向汽車行業的EcoStruxureTM工廠解決方案，施耐德電氣為東風商用車提供了由AVEVA系統平臺搭建的智能制造平臺及5G解決方案，助力其打造汽車行業先進的數字化智能工廠。
一場制造水平的“大考”
在東風商用車的發動機工廠，每年有10萬臺滿載著尖端技術的發動機經過鑄造、機加工、裝配和測試等工序走下產線，而后隨著一輛輛貨運卡車走遍中國的大江南北。由于精度要求苛刻、組件系統復雜、材料和加工技術門檻高、設計和研發成本高昂，發動機的制造難度是其它汽車外圍零部件難以企及的。與乘用車相比，商用車因自帶“生產工具”的屬性，其發動機的制造難度更高。
首先，為應對大型貨物的運輸和牽引重量，商用車通常需要更高的功率和扭矩，這就要求商用車發動機的設計具有更大的排量和更高的燃燒效率；第二，商用車需要在更惡劣的道路和環境條件下行駛，比如氧氣稀薄的高海拔地區、雨雪/高溫/低溫等惡劣天氣、粉塵嚴重的極端環境等，因此商用車發動機必須具有更高的可靠性；第三，商用車往往要進行長時間的運營，連續數天的長途旅行是屢見不鮮，發動機一般需要能支撐80萬到100萬公里的可靠性；最后，商用車發動機需要符合更嚴格的排放標準，以減少對環境的負面影響，同時還要追求更高的燃油經濟性。
兼顧功率、可靠性、耐久性、環保性和經濟性的過程，就如同在求解一道“不可能的方程”。面對重重挑戰，東風商用車始終堅持自主創新的原則，在商用車發動機技術領域不斷突破，變“不可能”為“可能”。這不僅要求東風商用車持續豐富技術儲備、提高研發能力，更是對其制造水平的一場“大考”。
以東風龍擎DDi11發動機的生產制造為例，該型號發動機是東風商用車為了滿足排放法規升級以及市場競爭需要，引進沃爾沃技術開發而成的新一代清潔高效柴油發動機。它能夠滿足重型柴油車2021年全面實施國六A，2023年全面實施國六B的法規升級要求，最大功率達到465馬力，具有高可靠性、高動力性、低油耗、低排放和低成本的特點。
然而，在DDi11發動機的缸蓋線上，卻存在著生產系統和設備之間信息孤島林立、生產過程數據無法精確追溯到單件、設備發生異常不能及時響應、現有系統難以支撐工藝柔性化調整等問題。以點及面，DDi11缸蓋線面臨的挑戰也是東風商用車發動機工廠整體需要“補課”的關鍵。而在施耐德電氣的助力下，東風商用車在面向數字化和智能化的制造大考中交出了一份令人驚艷的“答卷”。
全流程的可視、可控、可追溯
工廠車間里，自動化設備、機器人和工人們各司其職、相互協作，確保每臺發動機的質量和性能都符合標準。伴隨著零部件在產線上的流轉，數據也在各個數字化系統和設備之間順暢地流動，并最終匯總于統一的平臺，以實現制造全流程的可視、可控和可追溯。
東風龍擎動力有限公司首席師李昌運表示：“基于施耐德電氣EcoStruxure架構與平臺的智能工廠數字化解決方案，我們能夠從設備層采集相關數據并通過5G網絡傳輸到平臺層進行深度分析，實現設備預測性維護、點巡檢修管理、質量數據采集管理、工藝指導及節拍尋優、故障監控管理及安東呼叫、信息提示和推送管理等功能，通過OEE及開動率等KPI指標提高生產效率、運維效率和柔性化制造水平，通過大屏顯示、中控展現、移動設備為相關部門人員提供數據支撐及管理手段，提升工廠生產的自動化智能化水平。”
具體而言，在設備運維方面，得益于MES系統中設備管理模塊和安東系統的集成，一旦設備發生任何異常或故障，系統都能第一時間將相關信息推送給相應的維修人員，過去依靠手工紙質記錄以及人工去班組叫人的情況將不復存在。這顯然能加快設備維修響應速度，減少故障停機引起的停工停產，使設備利用率提高約10%。與此同時，由于這套系統實現了設備管理和維護的實時透明，因此也能為設備維護團隊的人員效率和技能考核提供依據。系統部署后，東風商用車的人員效率提升約15%。
在生產優化方面，基于大數據平臺，施耐德電氣助力東風商用車試點了設備預防性維護和刀具智能管理，對于刀具使用壽命的提高提供依據，使得設備壽命延長約25%。數據同樣也可以為節拍優化提供支撐，通過分析生產線上每個工作站的工作內容和工作時間，消除冗余工作流程，最終實現生產節拍的穩步提高。
在質量管控方面，相較于此前管理顆粒度只能具體到批次，現今，質量管控模塊的引入就如同為每一個工件配備了一張“身份證”，通過查閱身份證，一方面能保證每一個工件在進入下一道工序的時候能按要求加工，另一方面也能在出現問題時及時追溯所有生產信息，包括原材料、生產工藝、設備工況等。同時，通過人工和自動記錄檢測數據的運用，實現過程CPK（Complex Process Capability Index）監控及質量趨勢監控，確保現場質量“三不”（不制造不良，不接受不良，不傳遞不良的質量管理理念）的徹底執行。
商用車領域的5G全連接工廠
根據市場研究公司Markets and Markets發布的報告，全球商用車市場規模從2019年的2200億美元增長到2025年的3300億美元，年復合增長率為6.27%。其中，中國商用車市場規模占據了全球商用車市場的1/3以上，預計未來幾年仍將保持高速增長。隨著商用車市場競爭格局日益激烈，東風商用車必須進一步洞察客戶對成本、效率、服務、節能、全生命周期TCO等方面的實際需求，針對長途運輸、農副散雜、快遞快運、城建渣土等細分場景提供更加定制化的產品，這對工廠的柔性化生產能力也提出了更高的要求。
“在施耐德電氣的助力下，我們在商用車領域率先打造了5G全連接工廠，這在全國乃至世界范圍內都屬于比較領先的技術。基于MEC服務器的5G移動通訊技術，工廠數據的安全性和實時性得到了更好的保障，這也為集團今后的上云部署提供了基礎建設。”李昌運介紹道。
傳統的工廠互聯大多依賴“有線+WiFi”的組合，其局限性顯而易見——一方面是工廠環境復雜，有線網絡難規劃、部署成本高，易造成線纜過多、混亂的情況；另一方面是WiFi網絡抗干擾性與移動性差，同時基于WiFi的網絡環境也不具備邊緣能力。而5G具有易部署、低時延、高可靠、大帶寬、廣連接特性，宛如一把鋒利的剪刀，成功為工業制造完成了“剪辮子”的轉變。
通過5G解決方案，東風商用車的發動機工廠能根據不同的產品工藝進行產線的柔性化部署，加工中心布局更改后，不再需要額外的布線費用和調試時間，產線實施時間減少一周以上。更重要的是，在設備布局和生產工藝變化后，操作人員也無需重新編程，在電腦里拖拽對應的模塊即可完成設置，整個過程如同“搭積木”一般簡單。
當然，5G工廠的建設也并非易事，在建設過程中，工廠現場曾遇到過不能查明的電氣信號干擾問題。為了解決這一問題，施耐德電氣和東風商用車的工程師們通力合作，犧牲假期和休息時間，反復嘗試各種品牌的數據讀取裝置進行現場測試和分析，最終花費兩三個月的時間讓干擾問題迎刃而解，最終保證項目順利交付。對此，李昌運感慨地表示：“施耐德電氣急客戶所急的服務精神，給我們留下了非常深刻的印象。”
因為嘗到了數字化帶來的“甜頭”，東風商用車計劃將這套系統從缸蓋線向公司的各條產線推廣，以期讓公司所有制造現場的數據都能匯總于一個統一的平臺，實現進一步的提質增效，而這個過程當然也少不了合作伙伴的助力。好風憑借力，未來，東風商用車也將繼續與施耐德電氣一起，在綠色智能制造及數字化轉型之路上攜手前行，共贏可持續未來。
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