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基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理及實(shí)踐

上海大眾汽車有限公司成立于1985年3月，是中國改革開放后第一家轎車合資企業(yè)，由中德雙方各出資50%組建而成。公司總部位于上海安亭國際汽車城，占地面積333萬平方米。上海大眾是國內(nèi)規(guī)模最大的現(xiàn)代化轎車生產(chǎn)基地之一。基于大眾、斯柯達(dá)兩大品牌，公司目前擁有帕薩特、波羅、途安、Lavida朗逸、Tiguan途觀和Octavia明銳、Fabia晶銳、Superb昊銳等十大系列產(chǎn)品，覆蓋A0級(jí)、A級(jí)、B級(jí)、SUV等不同細(xì)分市場(chǎng)。上海大眾的“四位一體”經(jīng)銷商和特約維修站總計(jì)達(dá)到1000多家，全國的地級(jí)市覆蓋率超過70%，配套的零部件企業(yè)有400多家。上海大眾曾連續(xù)八年榮獲中國十佳合資企業(yè)稱號(hào)，八度蟬聯(lián)全國最大500家外商投資企業(yè)榜首，并連續(xù)九年被評(píng)為全國質(zhì)量效益型企業(yè)。憑借質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益等方面的顯著績效，上海大眾成為了中國汽車行業(yè)中首家獲得全國質(zhì)量管理獎(jiǎng)的企業(yè)。

一、基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理的背景

（一）汽車行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品多樣化成為必然要求

中國的汽車制造業(yè)正處在一個(gè)機(jī)遇與危機(jī)并存的關(guān)鍵發(fā)展階段。一方面，資金的大量投入和消費(fèi)市場(chǎng)的持續(xù)繁榮帶動(dòng)了汽車制造業(yè)的迅猛發(fā)展，2010年中國生產(chǎn)汽車1826萬輛，銷售1806萬輛，創(chuàng)造了新的世界產(chǎn)銷記錄。另一方面，汽車制造能力“大而不強(qiáng)”的現(xiàn)象非常突出，表現(xiàn)為：(1) 整車制造資源分散。中國有上百家整車廠，但普遍規(guī)模很小；(2) 自主創(chuàng)新能力欠缺。國內(nèi)制造的一些較高檔次的汽車從車型設(shè)計(jì)到生產(chǎn)線布置(含設(shè)備和布局規(guī)劃)基本上都自國外引進(jìn)；(3) 汽車產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力弱，難以走出國門。隨著國內(nèi)市場(chǎng)日趨飽和，汽車?yán)麧櫬室矊⒅鸩浇档饺蛐袠I(yè)的平均水平，汽車廠家的生存受到嚴(yán)重威脅。在這種嚴(yán)峻形勢(shì)下，國內(nèi)汽車制造企業(yè)在管理和技術(shù)上尋求革新勢(shì)在必行。

為了滿足不同消費(fèi)階層的需求，各大汽車廠都構(gòu)建了不同品牌、不同系列的覆蓋高、中、低各個(gè)消費(fèi)階層的系列產(chǎn)品。同一個(gè)產(chǎn)品，也提供客戶化定制服務(wù)，每個(gè)用戶都可以在一定的范圍內(nèi)對(duì)自己的汽車產(chǎn)品進(jìn)行定制，以滿足個(gè)性化的要求。這將會(huì)導(dǎo)致汽車廠直接面對(duì)多樣化的產(chǎn)品生產(chǎn)模式，而且各個(gè)產(chǎn)品系列的制造需求都會(huì)隨著市場(chǎng)的變化而變化。

產(chǎn)品的多樣化導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)的多樣化。目前，各大汽車制造企業(yè)都普遍采用混線生產(chǎn)的模式。混線生產(chǎn)就是在一條生產(chǎn)線中通過不同設(shè)備的配置方法，來生產(chǎn)不同類型、不同品牌的汽車。混線生產(chǎn)必然會(huì)對(duì)新車型的投產(chǎn)提出新的要求，一方面，需要對(duì)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出和原來流水線相似的生產(chǎn)流程和設(shè)備；另一方面，需要合理調(diào)整生產(chǎn)線設(shè)備的參數(shù)和節(jié)拍，讓混線生產(chǎn)成為可能。而傳統(tǒng)的工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃方法由于沒有數(shù)字化的規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致新車型的工藝路線和加工裝備時(shí)不能很好地借用原來的設(shè)計(jì)方案。新的設(shè)計(jì)方案完成后又不能進(jìn)行模擬仿真而必須在現(xiàn)有的生產(chǎn)線上做停產(chǎn)后的樣機(jī)試生產(chǎn)，直接影響到了現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，迫切需要一種能對(duì)生產(chǎn)過程信息進(jìn)行有效管理并能提供模擬仿真的新的生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法。

（二）汽車產(chǎn)品的復(fù)雜性導(dǎo)致對(duì)制造工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃的高要求

汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)復(fù)雜度在不斷提高，使制造工藝也日趨復(fù)雜，技術(shù)含量越來越高。例如，輕量化的要求使得汽車需要使用更多種類的材料，這相應(yīng)增加了車身焊接和總裝工藝的復(fù)雜性。一些先進(jìn)的制造工藝技術(shù)比如激光焊接逐漸應(yīng)用到汽車的車身拼焊和零件焊接中來，它具有減少零件和模具數(shù)量、減少點(diǎn)焊數(shù)目、優(yōu)化材料用量、降低重量、降低成本和提高尺寸精度等好處。此外，噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人的廣泛采用也增強(qiáng)了技術(shù)含量。混線生產(chǎn)又對(duì)生產(chǎn)線的布局設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)都提出了很多約束。

車間自動(dòng)化程度的提高也需要對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)。以白車身生產(chǎn)線為例，目前主要采用自動(dòng)化手段來傳輸、抓取、夾持金屬薄板并將其焊接成復(fù)雜的白車身結(jié)構(gòu)，在夾具以及傳輸和夾持零件所需的自動(dòng)化設(shè)備、進(jìn)行焊接作業(yè)的機(jī)械手、驗(yàn)證質(zhì)量所需的測(cè)量/測(cè)試設(shè)備等方面投資巨大，因此必須對(duì)設(shè)備的布局和配置進(jìn)行分析優(yōu)化，提高設(shè)備的柔性、運(yùn)行可靠性和利用率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資本設(shè)備的價(jià)值最大化。

（三）傳統(tǒng)的人工規(guī)劃設(shè)計(jì)方法不能滿足新車型快速上市的要求

在如今這個(gè)產(chǎn)品繁多、競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，如何提高資金流轉(zhuǎn)的效益、如何縮短新產(chǎn)品從研發(fā)到上市的時(shí)間、如何在銷售領(lǐng)域延伸人性化的服務(wù)，是整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。因?yàn)閷?duì)于制造業(yè)來說，時(shí)間就是金錢，個(gè)性就是優(yōu)勢(shì)。一款產(chǎn)品如果晚上市一周，對(duì)于企業(yè)來說很可能就損失慘重。

隨著產(chǎn)品的越來越復(fù)雜和知識(shí)含量的越來越高，制造系統(tǒng)的復(fù)雜程度也越來越高，由于生產(chǎn)設(shè)備和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜，供應(yīng)商和客戶在規(guī)劃和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的前期、組裝和調(diào)試新設(shè)備并將其投入到生產(chǎn)的過程中經(jīng)常面臨著日益嚴(yán)峻的問題。傳統(tǒng)的手工處理方式，設(shè)計(jì)人員不能對(duì)新的制造技術(shù)和制造系統(tǒng)有正確的了解，可能導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤，就需要在以后的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中以更大的代價(jià)去更正。而生產(chǎn)制造過程的經(jīng)驗(yàn)也不能很好地反饋到設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)環(huán)節(jié)的脫節(jié)就需要迫切提高企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃能力和制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

另一方面，傳統(tǒng)的人工規(guī)劃方面基本上是“粗狂性”的設(shè)計(jì)方法。新生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，具體的設(shè)備進(jìn)廠、試生產(chǎn)和投產(chǎn)都是一個(gè)不確定的紙上方案，給建造供應(yīng)商提供了很大的發(fā)揮空間。這樣會(huì)導(dǎo)致新工廠的建設(shè)時(shí)間、建設(shè)成本都不能很好地進(jìn)行控制，最后往往會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用超支，工程的拖期。

（四）數(shù)字化工廠技術(shù)可為新工廠設(shè)計(jì)建造提供新的管理手段

數(shù)字化工廠技術(shù)通過建立工廠級(jí)的制造系統(tǒng)數(shù)字化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。利用數(shù)字化工廠系統(tǒng)建立制造系統(tǒng)的模型，以數(shù)字化形式在計(jì)算機(jī)上全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的設(shè)計(jì)、規(guī)劃和仿真，是制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行控制的有效輔助手段。

圖  1 虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和數(shù)字化工廠的關(guān)系

數(shù)字化工廠之所以近來逐漸引起關(guān)注，這和產(chǎn)品制造過程的重要性密不可分，任何創(chuàng)新的產(chǎn)品如果不能被高效率的制造出來都毫無意義，并且制造過程的成本通常占總成本的70%以上，因此通過應(yīng)用數(shù)字化制造技術(shù)來優(yōu)化制造工藝及提高制造效率的意義十分重大，且前景廣闊。到目前為止，數(shù)字化工廠已經(jīng)在國外領(lǐng)先汽車制造企業(yè)中得到了普遍應(yīng)用，調(diào)查顯示，全球前15 大汽車制造企業(yè)都在不同范圍內(nèi)采用了數(shù)字化制造解決方案，并獲得了降低規(guī)劃成本、提高規(guī)劃質(zhì)量、加快規(guī)劃時(shí)間等多方面的投資回報(bào)。

上海大眾作為國內(nèi)第一家應(yīng)用數(shù)字化工廠技術(shù)的汽車制造商，經(jīng)過幾年漫長的探索和實(shí)踐，成功的將數(shù)字化工廠技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的車型規(guī)劃項(xiàng)目中，從傳統(tǒng)的規(guī)劃方式逐漸過渡到數(shù)字化規(guī)劃方式，這表明上海大眾對(duì)新車型投產(chǎn)的設(shè)計(jì)規(guī)劃和建造的管理水平已經(jīng)得到了質(zhì)的飛躍，是國內(nèi)汽車制造技術(shù)發(fā)展的里程碑。目前國內(nèi)眾多一線汽車制造廠中，上海大眾是唯一具有整車項(xiàng)目的數(shù)字化自主規(guī)劃能力的廠家，上海大眾數(shù)字化工廠技術(shù)的成功應(yīng)用，為其他汽車制造廠的自主規(guī)劃提供了信心和方向，標(biāo)志著中國汽車制造行業(yè)將邁向數(shù)字制造時(shí)代，與世界領(lǐng)先的汽車制造技術(shù)接軌，體現(xiàn)了“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)型發(fā)展”。

二、基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理的內(nèi)涵

精益管理的核心是減少一切不產(chǎn)生效益的環(huán)節(jié)，降低成本，提高質(zhì)量。基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理的主要內(nèi)涵包括：

（一）數(shù)字化工廠通過把產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造密切地聯(lián)系在一起來促進(jìn)創(chuàng)新，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，降低從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性，提高制造工藝的可行性和可靠性，縮短整個(gè)規(guī)劃和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，加快產(chǎn)品上市。對(duì)產(chǎn)品制造過程進(jìn)行建模和分析，優(yōu)化制造過程和制造系統(tǒng)的配置，提高設(shè)計(jì)規(guī)劃的質(zhì)量；

（二）利用數(shù)字化的手段對(duì)新車的生產(chǎn)制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃和建造、試生產(chǎn)過程進(jìn)行精細(xì)管理，協(xié)調(diào)各個(gè)供應(yīng)商之間的關(guān)系，形成了數(shù)字化的工作流程和方法。其目的是降低生產(chǎn)系統(tǒng)建造施工過程的不確定性，從而提高新生產(chǎn)系統(tǒng)的建造速度，降低建造成本；

（三）數(shù)字化平臺(tái)建立了反映整個(gè)企業(yè)制造能力的數(shù)字模型，整合了整個(gè)企業(yè)的制造資源信息，和企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)進(jìn)行了集成，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享。為新車型的投產(chǎn)計(jì)劃、挖掘企業(yè)生產(chǎn)潛力等提供了直接的決策依據(jù)，促進(jìn)企業(yè)的不斷發(fā)展。

三、基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理的主要?jiǎng)?chuàng)新方法

（一）建立了聯(lián)接新車設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造的數(shù)字化工廠平臺(tái)

數(shù)字化工廠技術(shù)是一系列涉及數(shù)字化規(guī)劃技術(shù)的總稱，數(shù)字化工廠方法是一種數(shù)字化規(guī)劃的方法，包括相關(guān)的技術(shù)路線和管理方法，它的目標(biāo)主要是生產(chǎn)計(jì)劃、工藝管理、生產(chǎn)過程組織、制造實(shí)施等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和優(yōu)化問題。它通過建立統(tǒng)一的工藝數(shù)據(jù)庫來支持計(jì)劃人員和工藝人員完成復(fù)雜的生產(chǎn)工程管理和優(yōu)化任務(wù)。圖2就表示了基于這一統(tǒng)一的工藝數(shù)據(jù)庫（eBOP）所建立的數(shù)字化工廠相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。這些應(yīng)用系統(tǒng)整體形成了一個(gè)數(shù)字化工廠平臺(tái)，它可以在數(shù)字化世界形成整個(gè)加工制造過程的“虛擬工廠”，它是真實(shí)工廠的反映，在真實(shí)工廠投產(chǎn)前就能對(duì)整個(gè)加工過程進(jìn)行模擬仿真，并且能進(jìn)行三維的瀏覽和分析。

數(shù)字化規(guī)劃的實(shí)質(zhì)是針對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品定義，制訂合適的制造工藝，選擇合適的制造資源。規(guī)劃過程就是為一個(gè)產(chǎn)品選擇合適的制造資源，建立合適的工藝路線的過程。反映在數(shù)字化世界，就是建立產(chǎn)品、資源和規(guī)劃（工藝）三者合適的關(guān)系。一個(gè)產(chǎn)品完成規(guī)劃后，針對(duì)這個(gè)產(chǎn)品的三者關(guān)系會(huì)被存放于數(shù)據(jù)庫中，形成了規(guī)劃方案庫，從而為下一個(gè)產(chǎn)品的規(guī)劃工作提供借鑒作用。因此，數(shù)字化產(chǎn)品定義(Product)、數(shù)字化工藝流程規(guī)劃(Process)和數(shù)字化制造資源(Resource)構(gòu)成了數(shù)字化規(guī)劃的eBOP核心數(shù)據(jù)模型（electric Bill of Process）。

圖 2 基于工藝數(shù)據(jù)庫的數(shù)字化工廠

針對(duì)汽車典型工藝過程和規(guī)劃任務(wù)，本成果建立了數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)，配合相關(guān)的規(guī)劃工具集，幫助規(guī)劃人員更快、更好地完成規(guī)劃任務(wù)。

圖  3 針對(duì)工藝規(guī)劃的數(shù)字化工廠方法

平臺(tái)上集成的主要數(shù)字化工廠方法有：

1、工藝規(guī)劃和資源定義

工藝規(guī)劃實(shí)現(xiàn)離散制造過程的建模、規(guī)劃和分析，也是編制工藝過程的主要模塊。工藝規(guī)劃模塊完成工藝過程設(shè)計(jì)，是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁，是整個(gè)制造系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本具有極為重要的影響。

數(shù)字化工廠通過將產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造資源、工序操作和制造特征關(guān)聯(lián)起來建立工藝過程模型，作為工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)。綜合利用各種工具，來提供工藝規(guī)劃的質(zhì)量。

制造工程師可以使用數(shù)字化工廠的各種工具定義產(chǎn)品的裝配順序，創(chuàng)建模擬并驗(yàn)證產(chǎn)品的可制造性和適用性。此外，還可以定義和管理一項(xiàng)工序或一組工序的工時(shí)，生產(chǎn)線平衡可以使用各種圖表進(jìn)行管理，這些圖表說明了指定給每項(xiàng)資源的工作量。使用圖表可以識(shí)別關(guān)鍵的生產(chǎn)路徑，同時(shí)考慮產(chǎn)品變型組合和流程限制條件，如裝配的方向和順序以及裝配的可用性。從而使整個(gè)eBOP工藝流程得到優(yōu)化，提升了工藝規(guī)劃的質(zhì)量和效率。

圖  4 數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)上的產(chǎn)品三維瀏覽

圖4展示了在數(shù)字化工廠平臺(tái)上的產(chǎn)品瀏覽界面。圖5表示了指定完生產(chǎn)工藝后，可以利用Pert圖進(jìn)行顯示和分析。圖6是用Gantt圖平衡生產(chǎn)線等來實(shí)現(xiàn)工藝過程優(yōu)化的目的

圖  5 用Pert圖分析工序

圖  6 用Gantt圖平衡生產(chǎn)線等來實(shí)現(xiàn)工藝過程優(yōu)化的目的

2、生產(chǎn)線三維布局及其工位仿真

工廠布局是制造企業(yè)的前期工作，涉及廠房、設(shè)備和工裝夾具等主要資源的空間規(guī)劃設(shè)計(jì)，是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的前期工作，也是基礎(chǔ)工作。在數(shù)字化工廠的三維仿真環(huán)境中，以廠房布局圖等相關(guān)數(shù)據(jù)作為輸入，以制造設(shè)備的數(shù)字模型作為支撐，以設(shè)備規(guī)劃綱領(lǐng)作為控制，對(duì)三方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成靜態(tài)的車間設(shè)備和生產(chǎn)線的虛擬空間分布，真實(shí)的再現(xiàn)生產(chǎn)線的制造設(shè)備布置情況。輸出車間設(shè)備的布局模型圖。

3D布局可以比2D更直觀地反應(yīng)產(chǎn)品或設(shè)備的信息，使規(guī)劃過程更加方便、準(zhǔn)確，提高了規(guī)劃質(zhì)量。數(shù)字化工廠的工廠布局可充分利用已有的世界著名生產(chǎn)線設(shè)備制造商的主要產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，如Siemens、ABB、Bosch等。用戶可以根據(jù)自身設(shè)備型號(hào)加以選用，該庫包含的設(shè)備滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)可以方便地進(jìn)行生產(chǎn)線、工位設(shè)備定位布局，支持“自頂向下”和“自底向上”的設(shè)計(jì)流程，包括自動(dòng)和人工工位。系統(tǒng)提供多種CAD系統(tǒng)的接口并支持多種中間格式的輸入，如：UG、Pro/E、I-deas、Iges、Stl、VDA、Cat等，方便數(shù)據(jù)交換。圖7是機(jī)器人工位的仿真界面。

圖  7 機(jī)器人工位仿真

圖  8 干涉檢查及人機(jī)工程

工位仿真模塊可以建立一個(gè)可視化的三維圖形環(huán)境，幫助用戶交互地設(shè)計(jì)生產(chǎn)線和加工單元。運(yùn)動(dòng)功能用于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制并分析其效果；運(yùn)動(dòng)學(xué)功能可用于定義、修改和操作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件以便檢驗(yàn)它們對(duì)運(yùn)動(dòng)指令執(zhí)行的效果。對(duì)制造單元的仿真功能可以檢驗(yàn)、修改和優(yōu)化機(jī)器人放置位置和運(yùn)行程序并完成干涉檢查。圖8是人機(jī)工程的檢查方法。

利用三維的數(shù)字化工廠平臺(tái)，可以建立數(shù)字化的工位布局流程，各個(gè)布局設(shè)計(jì)部門、供應(yīng)上可以協(xié)同工作，消除設(shè)計(jì)中的沖突和錯(cuò)誤。圖9是這個(gè)數(shù)字化的布局流程過程圖。

圖  9 工位布局流程

3、針對(duì)車身規(guī)劃的焊接可達(dá)性分析及焊槍優(yōu)選

利用已經(jīng)選定焊槍的數(shù)字模型在數(shù)字化工廠的三維仿真環(huán)境中驗(yàn)證是否可以滿足每個(gè)焊點(diǎn)的焊接要求，若不能，則需要對(duì)焊接工藝進(jìn)行調(diào)整或者重新更換焊槍。數(shù)字化工廠可以自動(dòng)剖切焊點(diǎn)夾具和工件建立截面，用這個(gè)橫截面完成零件分析，實(shí)現(xiàn)焊槍的搜索和對(duì)特定局部的考察。使用這一截面，幫助用戶選擇一個(gè)適于特定點(diǎn)焊作業(yè)的最佳焊槍，系統(tǒng)自動(dòng)從用戶的焊槍庫里選擇并按優(yōu)先級(jí)的順序建議最適合的解決方案。

根據(jù)各部分焊點(diǎn)的工藝要求，可以設(shè)定焊槍參數(shù)，并在已有的標(biāo)準(zhǔn)資源庫中搜索，查看是否有符合指定工藝要求的焊槍，若能滿足工藝要求，則無需重新設(shè)計(jì)制造，這樣可以大大提高焊槍資源的重復(fù)利用率。若不能滿足工藝要求，也可以根據(jù)分析情況來指導(dǎo)新焊槍的設(shè)計(jì)。圖10是焊槍選擇過程的界面。

圖  10 焊槍優(yōu)選

4、針對(duì)總裝的自動(dòng)生產(chǎn)線平衡分析

在數(shù)字化工廠軟件中預(yù)先定義好相對(duì)完善通用性強(qiáng)的工藝規(guī)劃模板，將產(chǎn)品EBOM（電子物料清單）到入到數(shù)字化工廠軟件后，利用工藝規(guī)劃模板進(jìn)行實(shí)際的工藝規(guī)劃，規(guī)劃過程中要同時(shí)將各種設(shè)備如廠房結(jié)構(gòu)、工藝節(jié)拍、工裝夾具布局、工藝物流、裝配設(shè)備等因素統(tǒng)一考慮，形成真實(shí)的總裝工藝流程，并通過軟件的分析功能對(duì)總裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力進(jìn)行平衡分析，并對(duì)產(chǎn)品的工藝分配、工位數(shù)量、人員分配、工裝自動(dòng)化程度等內(nèi)容進(jìn)行不斷的優(yōu)化。最后將規(guī)劃結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)可作為今后相近車型工藝規(guī)劃的參考資料，方便了日后的新車型的混線生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

圖  11 自動(dòng)線平衡

5、生產(chǎn)線性能仿真

生產(chǎn)線仿真（如Plant Simulation）模塊主要進(jìn)行生產(chǎn)線物流仿真、工時(shí)分配仿真和線平衡仿真，它可以對(duì)各種規(guī)模的工廠和生產(chǎn)線，包括大規(guī)模的跨國企業(yè)，建模、仿真和優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，分析和優(yōu)化生產(chǎn)布局、資源利用率、產(chǎn)能和效率、物流和供需鏈，以便于承接不同大小的訂單與混和產(chǎn)品的生產(chǎn)。它使用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和可以自定義的目標(biāo)庫來創(chuàng)建具有良好結(jié)構(gòu)的層次化仿真模型，這種模型包括供應(yīng)鏈、生產(chǎn)資源、控制策略、生產(chǎn)過程、商務(wù)過程。用戶通過擴(kuò)展的分析工具、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖表來評(píng)估不同的解決方案并在生產(chǎn)計(jì)劃的早期階段做出迅速而可靠的決策。

圖  12 生產(chǎn)線仿真方法

6、針對(duì)工廠規(guī)劃的工廠DMU方法

利用工廠數(shù)字模型（工廠DMU）方法，建立整個(gè)廠區(qū)、各個(gè)車間、內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施及其工藝線三維數(shù)模的工廠DMU集成模型，用來解決各規(guī)劃專業(yè)在布局規(guī)劃方面的干涉問題及其空間優(yōu)化問題，提高了工廠規(guī)劃的質(zhì)量。

各個(gè)規(guī)劃專業(yè)在自己布局分析的基礎(chǔ)上，建立三維數(shù)字模型。這些不同專業(yè)的三維數(shù)字模型集成形成總的工廠DMU模型。利用模型分析工具對(duì)工廠DMU模型進(jìn)行分析，找出模型中干涉的部分，然后進(jìn)行討論改進(jìn)。整個(gè)流程可見圖13。圖14是一個(gè)集成了各個(gè)設(shè)計(jì)部門的布局方案后進(jìn)行的布局干涉檢查界面，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，由于不同部門獨(dú)立進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，因此這些干涉不可避免。通過數(shù)字化工廠的檢查，可以減少日后在設(shè)備進(jìn)場(chǎng)后的更改工作，提高了設(shè)計(jì)規(guī)劃方案的質(zhì)量。

圖  13 基于數(shù)字化工廠的工廠布局的實(shí)施步驟

圖  14    不同專業(yè)的布局模型在檢驗(yàn)中發(fā)生碰撞干涉

（二）針對(duì)新車投產(chǎn)管理的精益化

1、針對(duì)新產(chǎn)品規(guī)劃任務(wù)，快速形成規(guī)劃方案

在數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)上，針對(duì)新車生產(chǎn)制造系統(tǒng)的規(guī)劃方案可以快速建立并且進(jìn)行優(yōu)化。由于數(shù)字化規(guī)劃數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有相關(guān)的方法庫、資源庫，因此新產(chǎn)品的規(guī)劃方法、配套制造資源可以直接從庫中調(diào)用獲取，進(jìn)行必要的修改、調(diào)整后，就能形成新的規(guī)劃方案，進(jìn)入招標(biāo)、外包生產(chǎn)階段。

數(shù)字化工廠之所以能縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，進(jìn)行“精益生產(chǎn)”，是因?yàn)樗軌蚋鶕?jù)市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿真、虛擬試生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)字化，在無需投資制作樣品的情況下，也可以模擬未來產(chǎn)品，并預(yù)見生產(chǎn)這件產(chǎn)品時(shí)可能遇到的問題，這可以最大限度上節(jié)約研發(fā)的時(shí)間和費(fèi)用。將各開發(fā)流程聯(lián)合起來，對(duì)產(chǎn)品全生命周期進(jìn)行管理，才能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)過程，提高新產(chǎn)品的質(zhì)量，降低新產(chǎn)品的成本。數(shù)字化生產(chǎn)除了提供柔性化服務(wù)、縮短產(chǎn)品制造周期、節(jié)約生產(chǎn)成本之外，還能提供傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)所無法提供的高端品質(zhì)。

這種靈活性也體現(xiàn)在工廠的設(shè)計(jì)之初。整個(gè)工廠的設(shè)計(jì)中不再是研發(fā)、流程、機(jī)械、電氣、自動(dòng)化、行政各自為戰(zhàn)，而是連成了一個(gè)可以無縫集成的模塊化整體，各個(gè)模塊處在相同的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，不再有部門間的鴻溝。基于整個(gè)工廠的整體設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊的實(shí)施不需要按照時(shí)間順序進(jìn)行，而是可以同時(shí)建造，極大縮短了建廠周期。

2、形成上海大眾特有的數(shù)字化工廠標(biāo)準(zhǔn)庫和規(guī)劃方法

工藝規(guī)劃應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)包括兩部分——上海大眾工藝規(guī)劃流程標(biāo)準(zhǔn)和上海大眾規(guī)劃供應(yīng)商的規(guī)劃和數(shù)據(jù)要求標(biāo)準(zhǔn)。上海大眾工藝規(guī)劃流程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了規(guī)劃部門內(nèi)部使用數(shù)字化工廠進(jìn)行工藝規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)流程和規(guī)范要求，一方面使規(guī)劃人員更容易、更迅速得完成從手工規(guī)劃到數(shù)字化規(guī)劃的過渡過程，另一方面使規(guī)劃數(shù)據(jù)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，便于進(jìn)行管理和供應(yīng)商詢價(jià)、發(fā)包等。上海大眾規(guī)劃供應(yīng)商的規(guī)劃和數(shù)據(jù)要求標(biāo)準(zhǔn)的制訂，可以規(guī)范供應(yīng)商的數(shù)字化工廠規(guī)劃數(shù)據(jù)格式及資源三維格式，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)收和整合。

本成果建立了上海大眾自身的模型庫、資源庫、方法庫和標(biāo)準(zhǔn)工藝知識(shí)庫。例如，針對(duì)車身的焊槍庫、機(jī)器人庫，針對(duì)布局規(guī)劃的設(shè)備三維模型庫等。通過數(shù)字化工廠平臺(tái)，將已有的典型工藝數(shù)據(jù)保存在工藝知識(shí)庫中，方便在后續(xù)的規(guī)劃項(xiàng)目中重復(fù)利用，可大大縮短整個(gè)工藝規(guī)劃周期，加快產(chǎn)品的上市過程；還可以避免工藝規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)的個(gè)人壟斷，快速提高新規(guī)劃員的工藝規(guī)劃能力。

同時(shí)，在數(shù)字模型、數(shù)字化規(guī)劃方法等庫建立的基礎(chǔ)上，本成果也包括了利用數(shù)字化工廠工具來完成規(guī)劃的上海大眾數(shù)字化工廠工作流程標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)字化工廠軟件工具是通用的，數(shù)字化規(guī)劃的方法也是全新的，為了更好地指導(dǎo)規(guī)劃員完成規(guī)劃工作，協(xié)調(diào)好各個(gè)規(guī)劃部門的工作流程，組織好相關(guān)供應(yīng)商加入到數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)中，都需要根據(jù)上海大眾自身的特點(diǎn)來構(gòu)建數(shù)字化工廠工作流程標(biāo)準(zhǔn)。本成果構(gòu)建了針對(duì)專業(yè)工藝生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工廠運(yùn)行仿真、工廠布局規(guī)劃（工廠DMU檢查）等相關(guān)規(guī)劃專業(yè)領(lǐng)域的一些程序文件，形成了自主的數(shù)字化規(guī)劃方法流程，有效地指導(dǎo)了數(shù)字化工廠方法的應(yīng)用和實(shí)施。圖17是針對(duì)車身工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)數(shù)字化的工作流程。

ES表更新？

導(dǎo)入ExternID，創(chuàng)建新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

否

是

KATE中下載產(chǎn)品數(shù)據(jù) （數(shù)模/焊點(diǎn)文件）

在ExternID中進(jìn)行 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹更新

KATE中 更新產(chǎn)品數(shù)據(jù)

創(chuàng)建eM-Planner 車身項(xiàng)目

ES表

eM-Planner中 產(chǎn)品信息更新

eM-Planner 產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

是否有新增零件

焊裝順序(Fuegelfolge)

是

根據(jù)焊裝順序定義生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)并關(guān)聯(lián)零件

制定工位操作工藝

定義工位資源

Layout布局/仿真驗(yàn)證

輸出V-Plan

否

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段

工藝規(guī)劃 階段

工藝方案優(yōu)化

否

是

管理員工作內(nèi)容

項(xiàng)目組關(guān)鍵用戶工作內(nèi)容

一般用戶工作內(nèi)容

圖  17 車身數(shù)字化規(guī)劃流程

3、逐步和其它系統(tǒng)進(jìn)行集成，形成完整的數(shù)字化工作流

數(shù)字化工廠規(guī)劃的有效進(jìn)行，必需要產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)資源數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)等相關(guān)的輔助信息的支持。在構(gòu)建數(shù)字化平臺(tái)的過程中，本成果也建立了和上海大眾已經(jīng)有的其它相關(guān)系統(tǒng)的集成。例如，產(chǎn)品數(shù)據(jù)從KVS系統(tǒng)獲取，數(shù)字化規(guī)劃的一些結(jié)果也要和上海大眾已經(jīng)有的工藝卡系統(tǒng)進(jìn)行交互。本成果建立了KVS系統(tǒng)與數(shù)字化規(guī)劃軟件Tecnomatix系統(tǒng)的接口KATE，并根據(jù)上海大眾的實(shí)際情況開發(fā)了相應(yīng)的軟件接口，將KVS、Robcad（機(jī)器人編程系統(tǒng)）、工藝卡系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)都有機(jī)的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)系統(tǒng)之間的多種數(shù)據(jù)的交換，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與德國大眾的同步。

經(jīng)過多年的實(shí)施，數(shù)字化工廠的工作逐步與上海大眾已有的KVS、工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)HLS、工藝卡等系統(tǒng)進(jìn)行了集成，在整個(gè)工廠之間形成了完整的數(shù)據(jù)流，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、規(guī)劃和制造過程結(jié)合更加緊密，使各部門之間可以更好的進(jìn)行協(xié)同工作，提高工作效率。

同時(shí)，基于數(shù)字化工廠平臺(tái)，可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與供應(yīng)商之間的數(shù)據(jù)交流。這種數(shù)據(jù)交流方式的數(shù)據(jù)量較小，應(yīng)用非常便利，可以使上海大眾更好地掌握供應(yīng)商的規(guī)劃設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施情況。

4、提高整個(gè)供應(yīng)鏈的數(shù)字化工廠規(guī)劃的應(yīng)用

汽車生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)劃、建設(shè)、投產(chǎn)過程是一個(gè)完整的供應(yīng)鏈，期間包括了工廠和工藝規(guī)劃、設(shè)備制造、設(shè)備裝配和調(diào)試、試生產(chǎn)、量產(chǎn)等典型環(huán)節(jié)，涉及眾多供應(yīng)商。這些企業(yè)的數(shù)字化工廠能力的好壞，也直接影響到了整個(gè)企業(yè)的數(shù)字化工廠的實(shí)施效果。

為了提高整個(gè)供應(yīng)鏈數(shù)字化規(guī)劃設(shè)計(jì)能力，實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字化手段來對(duì)新車投產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃建造過程的有效管理，上海大眾在提高自身數(shù)字化工廠應(yīng)用范圍和水平的同時(shí)，也注重供應(yīng)商的數(shù)字化工廠應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提升。在數(shù)字化工廠技術(shù)引入階段，幫助供應(yīng)商建立自身的數(shù)字化工廠應(yīng)用能力；而當(dāng)進(jìn)入數(shù)字化工廠技術(shù)全面推廣應(yīng)用階段，又通過建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等來提出對(duì)供應(yīng)商能力的要求，從而促進(jìn)供應(yīng)商不斷提高自身能力來因?qū)ι虾４蟊姷母黜?xiàng)技術(shù)要求，提高了整個(gè)供應(yīng)鏈的數(shù)字化規(guī)劃能力。

供應(yīng)商通過數(shù)字化工廠平臺(tái)定期反饋其規(guī)劃數(shù)據(jù)，上海大眾可以對(duì)其規(guī)劃進(jìn)度及規(guī)劃狀態(tài)進(jìn)行檢查和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商規(guī)劃中存在的問題，并要求供應(yīng)商進(jìn)行更改，這樣可以大大減少現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的工作量和工作周期，提高供應(yīng)商的規(guī)劃質(zhì)量。

（三）開拓創(chuàng)新，不斷發(fā)展

數(shù)字化工廠的推廣實(shí)施不是一蹴而就的。在上海大眾的實(shí)施過程中，數(shù)字化工廠方法的應(yīng)用是從重點(diǎn)切入，開拓創(chuàng)新，然后逐步推廣，不斷發(fā)展。

1、從車身工藝規(guī)劃入手，推廣數(shù)字化工廠

數(shù)字化工廠的引入需要選擇最能體現(xiàn)效益的領(lǐng)域進(jìn)行。根據(jù)汽車行業(yè)工藝規(guī)劃的特點(diǎn)，本成果選擇了白車身規(guī)劃過程中焊點(diǎn)管理、焊槍選擇等這一繁瑣的規(guī)劃過程作為切入口。工廠運(yùn)行仿真是針對(duì)工廠規(guī)劃過程中的物流過程等進(jìn)行計(jì)算分析的一種方法，能計(jì)算生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍，計(jì)算物流負(fù)荷和緩沖區(qū)大小，也是一個(gè)能體現(xiàn)數(shù)字化工廠特點(diǎn)的切入點(diǎn)。

在一個(gè)車型項(xiàng)目部分采用數(shù)字化工廠方法取得效果后，數(shù)字化工廠方法逐漸推廣到后續(xù)車型項(xiàng)目，數(shù)字化規(guī)劃的內(nèi)容也從車身規(guī)劃逐漸擴(kuò)展到了總裝規(guī)劃、工廠規(guī)劃等多個(gè)規(guī)劃領(lǐng)域。目前，上海大眾已經(jīng)計(jì)劃在后續(xù)所有的新車投產(chǎn)過程中采用數(shù)字化的方法。與此相對(duì)應(yīng)的是，上海大眾規(guī)劃部門規(guī)劃員對(duì)數(shù)字化工廠方法的熟悉程度也越來越深入。

2、借力引智，快速推進(jìn)

數(shù)字化工廠技術(shù)的實(shí)施涉及大量的先進(jìn)技術(shù)，需要很多專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行支持。上海大眾一方面培養(yǎng)自己的規(guī)劃人員熟悉數(shù)字化工廠技術(shù)，同時(shí)，借用軟件供應(yīng)商的力量逐步培養(yǎng)起上海大眾的數(shù)字化工廠能力。

另外，通過參與德國大眾集團(tuán)相關(guān)企業(yè)的數(shù)字化工廠技術(shù)的交流，使上海大眾的數(shù)字化工廠的技術(shù)選型和規(guī)劃流程都緊跟世界先進(jìn)發(fā)展趨勢(shì)。

3、工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃、建造、生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的管理逐步深入

新車型的開發(fā)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造涉及多個(gè)環(huán)節(jié)。產(chǎn)品開發(fā)完成后，需要由規(guī)劃部門進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，然后和供應(yīng)商一起完成車間和工廠建造，設(shè)備的安裝、調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的投產(chǎn)。利用數(shù)字化工廠方法，初期只是在新車制造系統(tǒng)的規(guī)劃階段使用。規(guī)劃員利用方便的計(jì)算機(jī)工具及其統(tǒng)一的規(guī)劃數(shù)據(jù)庫來提高規(guī)劃的速度和規(guī)劃的質(zhì)量。使用數(shù)字化工廠系統(tǒng)提供的多種輔助工具可以快速輸出符合上海大眾要求的工藝文件和圖表，極大的降低了工藝規(guī)劃過程中文檔編制和輸出的工作量。上海大眾車身數(shù)字化規(guī)劃系統(tǒng)可以自動(dòng)批量輸出V-Plan工藝文件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表，在產(chǎn)品版本更新時(shí)，還可以進(jìn)行產(chǎn)品對(duì)比，分析出新老產(chǎn)品版本之間的變化，并自動(dòng)完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)的更新。

隨著數(shù)字化規(guī)劃方法的不斷深入實(shí)施，整個(gè)新生產(chǎn)系統(tǒng)的建造過程乃至以后的生產(chǎn)過程都能得到有效的管理。在廠房、車間的建造過程，利用數(shù)字化手段建造的模型可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，并且對(duì)材料的分類統(tǒng)計(jì)報(bào)表能有效地控制施工成本。設(shè)計(jì)規(guī)劃方案的準(zhǔn)確性也能讓現(xiàn)場(chǎng)施工的不確定性得到最大程度的降低，也能使整個(gè)工期計(jì)劃得到很好的執(zhí)行。

使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)對(duì)所有的工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，大大方便了生產(chǎn)階段用戶查找和瀏覽工藝規(guī)劃數(shù)據(jù)，使參數(shù)查詢和數(shù)據(jù)檢索在數(shù)秒鐘內(nèi)即可完成。通過對(duì)制造資源數(shù)據(jù)和操作工藝的積累，形成上海大眾自己的資源庫和工藝庫，可以在以后的工藝規(guī)劃中重復(fù)利用，提高了資源和數(shù)據(jù)的利用率。

隨著數(shù)字化工廠平臺(tái)的日趨成熟和擴(kuò)大，上海大眾的新車投產(chǎn)逐漸已經(jīng)發(fā)展到了全數(shù)字化的模式。供應(yīng)商的方案提交、信息交流、項(xiàng)目管理等相關(guān)工作都在數(shù)字化平臺(tái)上開展，精益管理的效益日趨明顯。

四、基于數(shù)字化工廠的新車投產(chǎn)精益化管理的實(shí)踐和效果

早在2000年，上海大眾就開始意識(shí)在數(shù)字化技術(shù)在將來的生產(chǎn)制造領(lǐng)域的重要性，3年間先后成功的引進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)劃生產(chǎn)線仿真軟件Simple＋＋、車身機(jī)器人仿真軟件Robcad和發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)數(shù)控設(shè)備仿真軟件eM-Power Machining。經(jīng)過幾年的研究和調(diào)查，于2003年8月正式開始啟動(dòng)數(shù)字化工廠建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)施白車身工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)eM-Planner(即Tecnomatix的Process Designer)，這做到了與德國大眾的同步，在國內(nèi)也是非常領(lǐng)先的。

通過本成果的成功應(yīng)用，大大提高了上海大眾的工藝規(guī)劃水平，縮短汽車投產(chǎn)前的規(guī)劃時(shí)間，提高各部門規(guī)劃方案的協(xié)同，降低設(shè)備進(jìn)廠安裝調(diào)試后的返工和協(xié)調(diào)工作。數(shù)字化工廠能模擬整個(gè)生產(chǎn)過程，因此方案可以細(xì)化到具體實(shí)施的相應(yīng)環(huán)節(jié)，減少了供應(yīng)商報(bào)價(jià)的不確定性，提高的工期計(jì)劃的準(zhǔn)確性，能實(shí)現(xiàn)從規(guī)劃設(shè)計(jì)到設(shè)備進(jìn)廠調(diào)試、試生產(chǎn)和量產(chǎn)的整個(gè)過程的精益化管理。

本成果自2006年起在朗逸、昊銳、途觀、新帕薩特等車型項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，已經(jīng)取得累計(jì)經(jīng)濟(jì)效益為6789萬人民幣。2009年在德國大眾集團(tuán)數(shù)字化工廠成果交流年會(huì)上，上海大眾在新帕薩特車型項(xiàng)目上數(shù)字化工廠應(yīng)用成果被評(píng)選為集團(tuán)內(nèi)部的應(yīng)用領(lǐng)先獎(jiǎng)第二名。此外，新帕薩特車型項(xiàng)目數(shù)字化應(yīng)用成果在2010年被評(píng)為上海大眾專業(yè)技術(shù)與管理成果特等獎(jiǎng)。

本成果對(duì)國內(nèi)制造企業(yè)，特別是汽車制造企業(yè)的規(guī)劃、建立起工藝規(guī)劃協(xié)同平臺(tái)起到示范和指導(dǎo)作用。具體而言，通過本成果的實(shí)施取得的效果有以下幾個(gè)方面。

（一）增強(qiáng)部門之間和工廠之間的聯(lián)系，降低了規(guī)劃過程的管理成本

新車型的投產(chǎn)過程是一個(gè)多部門、多廠家協(xié)同工作的過程，這個(gè)過程中一方面需要和企業(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)部門、制造部門相聯(lián)系，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成制造過程和制造系統(tǒng)（工廠）的設(shè)計(jì)；另一方面，新生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃部門需要和設(shè)備的供應(yīng)商進(jìn)行緊密聯(lián)系，保證工廠設(shè)備的安裝和改造過程順利進(jìn)行，早日投入生產(chǎn)。

全球化的生產(chǎn)帶來了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工廠規(guī)劃和產(chǎn)品制造各個(gè)環(huán)節(jié)分布在全球、全國各地，生產(chǎn)系統(tǒng)的建造過程的協(xié)同也涉及了跨國和跨地域的合作。基于數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)，采用數(shù)字化工廠方法來協(xié)同各方面的管理人員和技術(shù)人員，能提高相互交流的便捷程度和信息量，減少交互過程中的模糊與不確定因素，減少對(duì)于異地出差的需求。

通過數(shù)字化工廠方法的采用，車身工藝規(guī)劃部門在朗逸車型的規(guī)劃過程中供應(yīng)商工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)間由原來的60個(gè)工作日減少為40工作日，減少了前期工藝規(guī)劃階段的國外規(guī)劃援助人數(shù)一人。在朗逸車型沖壓線的規(guī)劃過程中，由于采用了數(shù)字化工廠方法，生產(chǎn)線調(diào)試占用時(shí)間從原來120個(gè)班次減少為40個(gè)班次。

在新帕薩特車型的生產(chǎn)系統(tǒng)建造過程中，總裝工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)間可縮短20%，也減少了國外規(guī)劃人員在國內(nèi)的服務(wù)時(shí)間，供應(yīng)商的項(xiàng)目管理費(fèi)用縮減為總費(fèi)用的1/10左右。工廠廠房規(guī)劃部門通過三維模型的應(yīng)用，可減少多部門的南京異地工作費(fèi)用，也降低了項(xiàng)目管理費(fèi)用，節(jié)約費(fèi)用為總費(fèi)用的10％。

由此可見，通過數(shù)字化工廠方法的使用，方便了規(guī)劃項(xiàng)目交流，減少了實(shí)施過程的管理成本和時(shí)間，節(jié)約了費(fèi)用。

（二）提高新廠設(shè)計(jì)方案的可行性，降低實(shí)施過程中方案的修改成本

數(shù)字化工廠方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠在實(shí)際工廠（車間）正式安裝、生產(chǎn)前，對(duì)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬分析，從而提高了新生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性，減少了安裝過程因?yàn)榉桨稿e(cuò)誤而導(dǎo)致的返工、誤工等的問題。同時(shí)，數(shù)字化驗(yàn)證后的方案更加精確明細(xì)，能夠提高供應(yīng)商報(bào)價(jià)的準(zhǔn)確性，降低了部分不可見成本。

在朗逸車型投產(chǎn)項(xiàng)目中，通過數(shù)字化方法的采用，對(duì)工位進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，工時(shí)分析，人機(jī)工程分析等，使設(shè)計(jì)方案質(zhì)量更高，改造后期出現(xiàn)的修改大大減少，設(shè)備投資預(yù)計(jì)可下降5%左右。

在新帕薩特車型的投產(chǎn)規(guī)劃中，由于全面采用的數(shù)字化規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，因此這方面的效果更加明顯，主要有：

l  通過對(duì)油漆設(shè)備模型的計(jì)算機(jī)分析，優(yōu)化了方案，提高了供應(yīng)商報(bào)價(jià)的準(zhǔn)確性，節(jié)約方案修改和不確定性帶來的費(fèi)用；

l  通過三維模型的建立，及時(shí)發(fā)現(xiàn)南京四廠圖紙軸網(wǎng)的錯(cuò)誤，減少了后續(xù)設(shè)計(jì)方案錯(cuò)誤的發(fā)生，縮短了可能導(dǎo)致的方案更改和誤工等費(fèi)用；

l  通過對(duì)輸送吊具的建模分析，優(yōu)化了方案，避免制作實(shí)際樣機(jī)的費(fèi)用，節(jié)約了時(shí)間和費(fèi)用；

l  通過輸送線的通過性仿真，發(fā)現(xiàn)了車身車間上層輸送線和管道的距離過近，導(dǎo)致車體輸送過程中和管道的干涉情況。在安裝前發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)調(diào)整方案，節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整費(fèi)用；

l  通過生產(chǎn)線仿真對(duì)新帕薩特車型生產(chǎn)線的緩存區(qū)進(jìn)行了計(jì)算和優(yōu)化，避免了不必要的設(shè)計(jì)浪費(fèi)。

（三）積累的規(guī)劃知識(shí)，優(yōu)化規(guī)劃結(jié)果

數(shù)字化規(guī)劃平臺(tái)的建立過程，也是一個(gè)規(guī)劃知識(shí)積累的過程。所建立的模型庫、方法庫等都能被下次規(guī)劃所參考和借用。上海大眾具有自己的設(shè)備、工具和方法規(guī)范，這些規(guī)范都可以用數(shù)字化的方法存放到數(shù)字化軟件平臺(tái)中，這樣工藝人員在新車型的制造規(guī)劃過程中能直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和工具，減少重復(fù)設(shè)計(jì)或選型所帶來的成本，而且還可以對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化。在新帕薩特的車型制造規(guī)劃項(xiàng)目中，車身規(guī)劃人員通過焊槍可達(dá)性驗(yàn)證及焊槍優(yōu)選，有效的對(duì)已有焊槍進(jìn)行了重復(fù)利用，并根據(jù)仿真結(jié)果大大減少了設(shè)計(jì)焊槍的數(shù)量，節(jié)約了大量的焊槍設(shè)計(jì)費(fèi)和備槍費(fèi)用。

數(shù)字化工廠平臺(tái)的知識(shí)也能方便新的制造規(guī)劃人員快速上手，完成新車型的制造規(guī)劃任務(wù)。在EA888發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線規(guī)劃階段，需要在工藝方案中確定模擬缸蓋及數(shù)據(jù)采集芯片兩種設(shè)備的數(shù)量，但由于以往缺少此方面的規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)，無法進(jìn)行有效的評(píng)估，而發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線性能仿真系統(tǒng)則給規(guī)劃員提供了一個(gè)解決此問題的工具和手段。通過對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行建模和仿真分析，規(guī)劃員很精確的掌握上述兩種設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中的用量，既能夠滿足生產(chǎn)需求，又不會(huì)造成設(shè)備閑置和浪費(fèi)，有效得提高了設(shè)備有效利用率，降低了生產(chǎn)線成本，創(chuàng)造了實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益。

（四）提前了投產(chǎn)（SOP）的時(shí)間，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

采用數(shù)字化工廠方法的一個(gè)重要結(jié)果就是縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到上市的時(shí)間，為企業(yè)產(chǎn)品搶占市場(chǎng)提供的有力的保證。實(shí)施數(shù)字化工廠的車型，如朗逸車型和新帕薩特車型，其試生產(chǎn)到批量生產(chǎn)階段的生產(chǎn)周期由原來計(jì)劃的6個(gè)月減少到5個(gè)半月；車身、總裝方面整合產(chǎn)品、工藝、工裝設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，預(yù)規(guī)劃工作效率更高，方案評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確直觀，投資估算更準(zhǔn)確，方案規(guī)劃周期比以往類似項(xiàng)目節(jié)省時(shí)間約2個(gè)月；通過工廠DMU的實(shí)施使各部門的方案規(guī)劃一致性更高，可以提前1個(gè)月完成工廠輸送規(guī)劃方案設(shè)計(jì)并減少設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)場(chǎng)更改，帶來安裝時(shí)間的節(jié)約。這些都使投產(chǎn)（SOP）時(shí)間能有所提前，所帶來的效益不可估量。

數(shù)字化工廠所建立的三維模型也能直接為企業(yè)的社會(huì)宣傳提供服務(wù)，通過數(shù)字化規(guī)劃展示模型的建立和宣傳，提高了企業(yè)高科技的形象和影響力，為品牌的宣傳提供更加有力的支持。如新帕薩特車型項(xiàng)目所建立的數(shù)字化模型在工廠宣傳中直接為宣傳制作提供工廠三維模擬動(dòng)畫，減少了宣傳片制作合同的費(fèi)用。