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他山之石
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轻量化汽车底盘关键零部件智能工厂新模式
发布时间:2020-07-03 查看次数:45

【企业简介】

广西汽车集团有限公司是于20155月,以柳州五菱汽车有限责任公司为主体组建的广西区属大型混合所有制企业。总部设在广西柳州,历史追溯至1958年,集团经历了拖拉机时期、微车时期及集团化运作时期。公司业务涵盖汽车零部件及发动机制造、客车及改装车制造、汽车服务与贸易。拥有150万台套汽车零部件、80万台汽车发动机、2万台轻型客车和8万台微型改装车的综合产能。2018年营业收入210亿元,是中国汽车工业30强、中国制造业企业500强和全球零部件配套供应商百强企业。

案例内容

广西汽车集团有限公围绕轻量化汽车底盘关键零部件“一厂两线:智能工厂,后桥主减速器/独立悬架智能装配生产线”智能工厂建设展开,以工业互联网、云平台及智能软件、装备为基础,完成主减速器总成装配线、后悬架装配线、差壳机加工线、减壳机加工线、CVT带轮加工线等5条数字化产线建设及配套产线级MES系统开发,其中,联合体自行研发智能装配线2条(独立主减速器装配线、独立悬架装配线);完成智能物流系统、能源管理系统、设备管理系统、全生命周期管理系统、工艺规划系统、大数据服务平台、VR/AR装配工艺仿真平台,MBD标准制定等,实现后桥产品从设计、制造、质检及运营的全过程的数字化、信息化,通过工业互联网建设,实现了全生产过程信息的集成与互通,实现了实时现场数据驱动工业生产,如图1所示。

 

1:智能工厂信息集成图

 智能工厂详细建设内容如下:

一、后桥独立悬架三维数模产品与装配加工工艺规划

1PLM系统建设

为了实现研发数据在设计、工艺、制造环节中的协同作用,公司以产品研发、工艺设计为主线,以信息应用集成为手段,搭建了设计、工艺一体化协同管理平台,进行了PLM(产品生命周期管理)项目的建设。

1)项目建设内容

项目建设中的PLM系统采用的是德国西门子公司最新开发的PLM Teamcenter 11系统。根据自身的需要,对该系统进行了定制化开发,集成了NX 11.0 3D设计软件,从而实现了数模的轻量化,以及实现了虚拟评审和工艺仿真。

2、基于MDO技术的后桥产品开发及流程

为了实现轻量化、节能降耗的目标,在后桥产品开发过程引用MDO设计方法, 构建MDO产品开发流程。引入汽车底盘系统的动态耦合动力学模型,进行轻量化汽车底盘关键零部件(后桥/独立悬架)产品关键参数的优化;建立产品模型库,利用CAE分析/虚拟仿真平台,进行产品虚拟仿真分析与评估,以此减少产品的研发周期。

1)机理分析

从理论分析入手,建立传动轴-后桥系统耦合动力学模型,分析传动轴-后桥系统振动耦合机理,明确影响传动轴-后桥系统NVH性能的关键控制参数,从而优化产品参数。

2CAE设计

引入有限元分析模块、动力学仿真分析模块、装配干涉仿真模块,对设计产品进行轻量化设计及虚拟评估分析。最终得到的后桥壳垂直弯曲应变云图、第七阶模态振型图、耦合系统声压分布图。

3)产品性能

基于上述MDO技术,开发出技术指标先进的乘用车底盘产品。

3MBD技术

依据广西汽车集团有限公司的产品设计特点与相关企业标准,针对MBD标注标准的最终标注环境UG PMI(产品制造信息)模块,对其进行标注模板的制作和环境配置规范的拟定,所有产品研制的相关信息,包括设计模型、注释、属性等通过PMI来定义和管理,并发布相关文档。解决目前三维标注标准只有ASME标准和ISO标准等国际标准、国家/行业标准缺乏的技术局限,建立统一完善的MBD行业标准规范。

4、基于知识的工艺规划系统

该系统基于PLM进行二次开发实现,其主要内容的建设内容:

1)制定工艺资源的分类标准、工艺资源的入库标准。

2)工艺资源推荐:因工艺资源数据繁琐且庞大,造成工程师在搜索工艺资源时需要耗费较大的精力和时间,该系统的检索功能支持对关键字的模糊匹配,工程师检索时只需要输入部分关键字,即可匹配到多个相似结果,在结果中找到需要的工艺资源,极大的优化了检索功能,提高了工程师的工作效率。

3)工序bop方案推荐功能:因工序名称较为复杂,并且对于许多工艺资源需要进行相似的工序处理,以往系统中进行的手动匹配工序,使得工程师们进行了很多不必要的复杂工作。该功能根据工艺资源的属性进行相应的工序推荐,当推荐的工序为工程师所需要时,只需要对推荐工序进行选定即可加入PLM系统,极大地减轻了工程师的工作量,提高了工作效率。

该系统在工艺规划部分采用了优化的内容关联算法,其原理是将一个工艺资源的基本属性、内容等信息提取出来,抽成一个标签列表,并为每一个标签赋予一个权重,根据权重大小决定该信息对与工艺规划的重要性。当对于某一个工艺资源作相关推荐时,将这个工艺资源的标签列表拿出来拼凑成一个查询表达式,再将召回的结果做一个排序,最后输出推荐结果。

该系统解决了原有PLM系统在工程师添加工艺资源、工序时,需要人工自行选择和添加的繁琐工作,工程师无需在复杂、大量的数据中选择需要的工艺资源,只需要输入部分相关的关键字,系统即可将匹配的资源显示出来。在点击搜索结果之后,可以显示相关属性,让工程师方便确认是否检索正确。

该系统可以根据工艺资源的相关属性自动推荐相应的工序名称,点击后可以直接加入工艺流程中,减少了工程师自行输入工序名称的繁琐工作。

5、基于VR/AR工艺仿真平台

硬件平台: 利用现有AR硬件设备,如 HoloLens,基础上结合系统需要进行二次开发,研发出适合需求的硬件平台。

软件系统: 基于现有三维CAD软件系统,如UGSolidWorksInventor等,进行MBD建模模块的合作开发;基于现有系统开发平台如ARToolkitARTag等,进行增强现实软件系统的合作开发;基于MBD技术创建的零部件,采用Deep Exploration3dsMAX等工具和简化算法等转换为面片模型,再用Creator等软件进行纹理贴图,最后生成虚拟模型,以满足实时性和零部件模型细节展示的需要。

针对某种车型后桥及主减速器,基于AR技术,完成了主减速器虚拟装配系统的开发,后桥运动仿真分析和拆卸系统的设计,并对AR系统中的虚实遮挡技术进行了研究。选择微软HoloLens头戴式显示器作为本系统所使用的AR设备。

二、信息物理生产系统

项目以工业互联网、云平台及智能软件、装备为基础,以构建三级CPS系统为目标,打造智能工厂信息物理生产系统:

1、系统集成方案

基于Mule-ESB搭建的中间件软件平台,提供数据传输服务。数据传输的流程为ESB接收源系统的数据后将会保存到ESB数据库中, ESB异步方式将接收到的数据包原样发送给目的系统,目的系统实时返回数据处理状态。ESB将目的系统返回的数据处理状态通过另一接口“处理结果返回接口”发送给源系统。

2、工业网络

智能工厂部署有2台核心交换机、2台服务器交换机、10台接入交换机、2台防火墙、2台无线控制器、25台无线AP;部署Dell EMC Vxrail 4节点超融合系统,单节点提供220CPU128G内存及12TB裸容量存储空间,通过VMware vSphere提供一体化云计算解决方案;4IDFIDF采用带空调和UPS的一体式机柜)及物流立体库机柜接入到MDF,共10条万兆多模光纤线路;装配线、机加工线、物流办公点网络接入、办公楼及车间无线AP布线。CTF带轮办公及生产现场网络布线安装3个网络机柜,2条车间内部光纤,2条主干光纤到一联合机房,构建工厂工业网络。

3、独立主减速器总成装配线

公司联合高校及设备供应商投资5300多万元研发了一条自动化程度柔性化数字化独立主减速器总成装配线。

产线以数控装备及机器人为基础,引进国外先进总成NVH及动平衡在线检测技术,集电气化装配、防错、实时在线质量检测设备于一体(整线共计各种位移、扭矩、视频测量传感器115个,防错点108个)。装配线部署产线级MES系统,集成生产管理、质量数据闭环管理、RFID/二维码/条码集成质量精确追溯系统、SCADA数据管理系统等,监控全线56个工序,实现了产线内关键设备间参数互通,100%追溯和检测,同时与上层排产系统及物流管理系统对接,实现了线边库物料信息自动传输。

4、基于RFID技术的制造信息精确追溯应用系统

研发基于RFID (Radio Frequency Identification)的物联网技术在汽车零部件制造信息精确追溯应用系统,形成RFID技术在汽车零部件制造行业的典型应用解决方案。该系统直接与产线MES系统集成,通过设置镜像数据库实现与ERP系统的互连,提供访问通道与接口。

5、差/减壳加工线

差壳加工线以柔性化和高精度高可靠性为目标,投资7501万元引进德国倒立车工艺及加工中心和正倒立车、倒立车、正立车(40JPH)等设备,设备与设备间采用动力辊道连接、外形尺寸在线检测,扫码记录;形位公差人工定时定量CMM抽查。信息化技术采用总线控制加生产排查及监测质量信息自动生成报表。

6、能源监控管理系统

能源管理系统部署于云平台之上,主体架构采用普奥ProundThink5.0版本。在功能组成,能源监控管理子系统不需要依赖与ProundThink其他模块或者第三方系统即可以完成运转(数据存储与ProundThink系统内)。能源监控系统数据来源于班组能耗及能耗产值部分,数据由第三方系统提供(差壳线、减壳线CPS、装配线MES)。在开发过程中,能源监控系统通过数据集成方式读取第三方系统中的对应数据。

7、设备全生命周期运维管理

系统自动采集数据(兼容少部分手工输入),存储至设备监控管理系统;跟踪资产细节-包括位置、工作成本和其他属性及历史记录。建立位置与资产层次结构;监控支持和位置情况支持前瞻性维护减少计划外的维护时间;支持传统资产和线性资产,提供设备编码标准。

8、物流信息系统

智能物流系统是公司智能工厂重要组成,主要服务于工厂区域一期建成的独立主减装配线、差壳机加工线、减壳机加工线、带轮及带轮轴机加工线,差速器机加工线等,以及二三期产线,其主要建设内容为智能立体仓库、自然导航AGV、物流控制信息系统,并与MES/ERP系统集成,最终实现采购件收货/存储、物料分拣/备料/配送上线、成品入库/存储/发货 3个模块的数字化、智能化作业。


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