作为国内四大汽车集团之一,东风汽车的前身可以追溯到1969年始建于湖北十堰的中国第二汽车制造厂,这是我国第一座完全依靠自身力量设计建造的现代化大型汽车厂,在中国汽车工业史上留下了浓墨重彩的一笔。

历经五十余年的发展,东风汽车已经取得了令业界瞩目的成就,而东风商用车有限公司(简称“东风商用车”)身为东风汽车旗下中国领先的商用车品牌,凭借对技术的持续深耕和产品的不断迭代,树起了中国卡车行业的一面领先旗帜,成为民族汽车自主品牌的中坚力量。

对于汽车而言,发动机就如同“心脏”,决定着汽车的动力性、经济性、稳定性和环保性,也是汽车制造业的核心技术和尖端工艺。东风商用车旗下的东风龙擎动力有限公司是国内唯一一家同时生产“龙擎”品牌的汽油、柴油、天然气发动机和中重型变速箱的制造厂,建厂已累计生产发动机280多万台。

为了满足生产线自动化、智能化控制及精益化管理需求,东风商用车期望建立发动机工厂的生产流程全数字化信息系统。基于面向汽车行业的EcoStruxureTM工厂解决方案,施耐德电气为东风商用车提供了由AVEVA系统平台搭建的智能制造平台及5G解决方案,助力其打造汽车行业先进的数字化智能工厂。

一场制造水平的“大考”

在东风商用车的发动机工厂,每年有10万台满载着尖端技术的发动机经过铸造、机加工、装配和测试等工序走下产线,而后随着一辆辆货运卡车走遍中国的大江南北。由于精度要求苛刻、组件系统复杂、材料和加工技术门槛高、设计和研发成本高昂,发动机的制造难度是汽车外围零部件难以企及的。与乘用车相比,商用车因自带“生产工具”的属性,其发动机的制造难度更高。

首先,为应对大型货物的运输和牵引重量,商用车通常需要更高的功率和扭矩,这就要求商用车发动机的设计具有更大的排量和更高的燃烧效率;第二,商用车需要在更恶劣的道路和环境条件下行驶,比如氧气稀薄的高海拔地区、雨雪/高温/低温等恶劣天气、粉尘严重的极端环境等,因此商用车发动机必须具有更高的可靠性;第三,商用车往往要进行长时间的运营,连续数天的长途旅行是屡见不鲜,发动机一般需要能支撑80万到100万公里的可靠性;最后,商用车发动机需要符合更严格的排放标准,以减少对环境的负面影响,同时还要追求更高的燃油经济性。

兼顾功率、可靠性、耐久性、环保性和经济性的过程,就如同在求解一道“不可能的方程”。面对重重挑战,东风商用车始终坚持自主创新的原则,在商用车发动机技术领域不断突破,变“不可能”为“可能”。这不仅要求东风商用车持续丰富技术储备、提高研发能力,更是对其制造水平的一场“大考”。

以东风龙擎DDi11发动机的生产制造为例,该型号发动机是东风商用车为了满足排放法规升级以及市场竞争需要,引进沃尔沃技术开发而成的新一代清洁高效柴油发动机。它能够满足重型柴油车2021年全面实施国六A,2023年全面实施国六B的法规升级要求,最大功率达到465马力,具有高可靠性、高动力性、低油耗、低排放和低成本的特点。

然而,在DDi11发动机的缸盖线上,却存在着生产系统和设备之间信息孤岛林立、生产过程数据无法精确追溯到单件、设备发生异常不能及时响应、现有系统难以支撑工艺柔性化调整等问题。以点及面,DDi11缸盖线面临的挑战也是东风商用车发动机工厂整体需要“补课”的关键。而在施耐德电气的助力下,东风商用车在面向数字化和智能化的制造大考中交出了一份令人惊艳的“答卷”。

全流程的可视、可控、可追溯

工厂车间里,自动化设备、机器人和工人们各司其职、相互协作,确保每台发动机的质量和性能都符合标准。伴随着零部件在产线上的流转,数据也在各个数字化系统和设备之间顺畅地流动,并最终汇总于统一的平台,以实现制造全流程的可视、可控和可追溯。

东风龙擎动力有限公司首席师李昌运表示:“基于施耐德电气EcoStruxure架构与平台的智能工厂数字化解决方案,我们能够从设备层采集相关数据并通过5G网络传输到平台层进行深度分析,实现设备预测性维护、点巡检修管理、质量数据采集管理、工艺指导及节拍寻优、故障监控管理及安东呼叫、信息提示和推送管理等功能,通过OEE及开动率等KPI指标提高生产效率、运维效率和柔性化制造水平,通过大屏显示、中控展现、移动设备为相关部门人员提供数据支撑及管理手段,提升工厂生产的自动化智能化水平。”

具体而言,在设备运维方面,得益于MES系统中设备管理模块和安东系统的集成,一旦设备发生任何异常或故障,系统都能第一时间将相关信息推送给相应的维修人员,过去依靠手工纸质记录以及人工去班组叫人的情况将不复存在。这显然能加快设备维修响应速度,减少故障停机引起的停工停产,使设备利用率提高约10%。与此同时,由于这套系统实现了设备管理和维护的实时透明,因此也能为设备维护团队的人员效率和技能考核提供依据。系统部署后,东风商用车的人员效率提升约15%。

在生产优化方面,基于大数据平台,施耐德电气助力东风商用车试点了设备预防性维护和刀具智能管理,对于刀具使用寿命的提高提供依据,使得设备寿命延长约25%。数据同样也可以为节拍优化提供支撑,通过分析生产线上每个工作站的工作内容和工作时间,消除冗余工作流程,最终实现生产节拍的稳步提高。

在质量管控方面,相较于此前管理颗粒度只能具体到批次,现今,质量管控模块的引入就如同为每一个工件配备了一张“身份证”,通过查阅身份证,一方面能保证每一个工件在进入下一道工序的时候能按要求加工,另一方面也能在出现问题时及时追溯所有生产信息,包括原材料、生产工艺、设备工况等。同时,通过人工和自动记录检测数据的运用,实现过程CPK(Complex Process Capability Index)监控及质量趋势监控,确保现场质量“三不”(不制造不良,不接受不良,不传递不良的质量管理理念)的彻底执行。

商用车领域的5G全连接工厂

根据市场研究公司Markets and Markets发布的报告,全球商用车市场规模从2019年的2200亿美元增长到2025年的3300亿美元,年复合增长率为6.27%。其中,中国商用车市场规模占据了全球商用车市场的1/3以上,预计未来几年仍将保持高速增长。随着商用车市场竞争格局日益激烈,东风商用车必须进一步洞察客户对成本、效率、服务、节能、全生命周期TCO等方面的实际需求,针对长途运输、农副散杂、快递快运、城建渣土等细分场景提供更加定制化的产品,这对工厂的柔性化生产能力也提出了更高的要求。

“在施耐德电气的助力下,我们在商用车领域率先打造了5G全连接工厂,这在全国乃至世界范围内都属于比较领先的技术。基于MEC服务器的5G移动通讯技术,工厂数据的安全性和实时性得到了更好的保障,这也为集团今后的上云部署提供了基础建设。”李昌运介绍道。

传统的工厂互联大多依赖“有线+WiFi”的组合,其局限性显而易见——一方面是工厂环境复杂,有线网络难规划、部署成本高,易造成线缆过多、混乱的情况;另一方面是WiFi网络抗干扰性与移动性差,同时基于WiFi的网络环境也不具备边缘能力。而5G具有易部署、低时延、高可靠、大带宽、广连接特性,宛如一把锋利的剪刀,成功为工业制造完成了“剪辫子”的转变。

通过5G解决方案,东风商用车的发动机工厂能根据不同的产品工艺进行产线的柔性化部署,加工中心布局更改后,不再需要额外的布线费用和调试时间,产线实施时间减少一周以上。更重要的是,在设备布局和生产工艺变化后,操作人员也无需重新编程,在电脑里拖拽对应的模块即可完成设置,整个过程如同“搭积木”一般简单。

当然,5G工厂的建设也并非易事,在建设过程中,工厂现场曾遇到过不能查明的电气信号干扰问题。为了解决这一问题,施耐德电气和东风商用车的工程师们通力合作,牺牲假期和休息时间,反复尝试各种品牌的数据读取装置进行现场测试和分析,最终花费两三个月的时间让干扰问题迎刃而解,最终保证项目顺利交付。对此,李昌运感慨地表示:“施耐德电气急客户所急的服务精神,给我们留下了非常深刻的印象。”

因为尝到了数字化带来的“甜头”,东风商用车计划将这套系统从缸盖线向公司的各条产线推广,以期让公司所有制造现场的数据都能汇总于一个统一的平台,实现进一步的提质增效,而这个过程当然也少不了合作伙伴的助力。好风凭借力,未来,东风商用车也将继续与施耐德电气一起,在绿色智能制造及数字化转型之路上携手前行,共赢可持续未来。

关于施耐德电气

施耐德电气的宗旨,是赋能所有人对能源和资源的最大化利用,推动人类进步与可持续的共同发展。我们称之为 Life Is On。

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