汽车整车大规模个性化定制生产线构建分析

　　摘 要：大规模个性化定制， 是继福特大规模生产、丰田精益生产模式后最具行业发展指导意义的新模式， 引领世界汽车工业的发展潮流；更是我国汽车工业在智能制造时代获取竞争优势的重要途径， 是我国汽车企业突破既有产销模式、实现用户需求驱动的跨越式发展的重要手段。以“智能化、电动化、低碳化和轻量化”的整车发展目标为指引， 以“模块化设计、智能化生产、协同化运作”为特征的汽车大规模个性化定制的智能制造新模式， 颠覆了“从工厂到用户”的传统生产思维， 转为“以用户需求为驱动”的个性化生产， 通过产品模块化设计和个性化组合， 满足用户的个性化需求。
　　
　　关键词： 汽车； 个性化定制； 智能制造新模式；
　　
　　一、引言
　　
　　大规模个性化定制， 是继福特大规模生产、丰田精益生产模式后最具行业发展指导意义的新模式， 引领着世界汽车工业的发展潮流；更是我国汽车工业在智能制造时代获取竞争优势的重要途径， 是我国汽车企业突破既有产销模式、实现用户需求驱动的跨越式发展的重要手段。以“模块化设计、智能化生产、协同化运作”为特征的汽车大规模个性化定制的智能制造新模式， 颠覆了“从工厂到用户”的传统生产思维， 转为“以用户需求为驱动”的个性化生产， 通过产品模块化设计和个性化组合， 满足用户的个性化需求。
　　
　　本文以汽车的大规模个性化定制与智能制造为目标， 重点讨论汽车模块化设计和个性化组合技术、基于产品工艺优化与柔性装配约束的计划排产技术、基于大数据的产品全生命周期协同优化等核心技术；开发汽车用户个性化需求管理与定制服务平台、支持个性化组合的产品模块化设计平台；集成产品研发、生产制造与整车运维等核心数据， 构建支持产品全生命周期协同优化的工业大数据平台；重点建设支持汽车整车大规模个性化定制的柔性高效生产线， 建成汽车智能工厂， 实现汽车的大规模个性化定制与智能生产。
　　
　　二、技术方案
　　
　　（一） 汽车大规模个性化定制的核心技术
　　
　　1. 汽车模块化设计和个性化组合技术
　　
　　针对汽车整车多层级个性化定制需求， 以现有机械产品功能分解及聚类分析等方法为基础， 采用知识工程技术、数据挖掘与知识发现等手段， 应用整车平台架构划分、系统级模块化分解、部件级模块化设计技术， 结合用户需求分析及整车/系统/部件的模块化资源库， 满足用户个性化需求。
　　
　　2. 基于产品工艺优化与柔性装配约束的计划排产技术
　　
　　针对产品的模块化设计与个性化定制对生产系统快速、灵活、柔性响应等需求， 应用不同模块化组合下的产品工艺优化方法， 以及集成产品工艺优化与柔性装配约束的计划排产技术， 实现在大规模个性化定制模式下整车装配线与各分系统/部件装配线、关键零件加工过程的协同优化。
　　
　　3. 基于大数据的产品全生命周期协同优化技术
　　
　　针对整车需求管理、研发设计、生产制造、运维服务的全生命周期业务环节， 构建以用户需求数据、产品设计数据、制造过程质量数据、制造过程设备数据、车联网数据等为核心的工业大数据库， 运用数据挖掘、知识发现、知识图谱等技术实现对整车全生命周期工业大数据的挖掘利用， 实现对整车大规模个性化定制过程的产品设计优化、生产运营优化以及设备运行优化等多目标、多环节的协同优化。
　　
　　（二） 支持汽车大规模个性化定制的智能制造支撑平台
　　
　　以产品数据管理系统 （PDM系统） 、经销商管理系统 （DMS系统） 、企业资源计划系统 （ERP系统） 和制造执行系统 （MES系统） 为基础， 集成汽车用户个性化需求管理与定制服务平台、支持个性化组合的产品模块化设计平台和支持汽车大规模个性化定制的工业云和工业大数据平台。
　　
　　1. 汽车用户个性化需求管理与定制服务平台
　　
　　以客户对汽车产品个性化需求提取和定制化服务体验为目标， 构建以客户为核心的客户入口管理、电商服务、个性化需求管理、车型配置和智能服务等系统。结合智能互联技术、虚拟现实 （VR） 和混合现实 （MR） 技术， 实现客户个性化定制的需求接入和智能服务。用户个性化需求管理与定制服务平台主要在个性化营销环节中为辅助用户进行前端的销售需求提取、产品配置及展示、在线服务管理。平台建设内容如图1所示。
　　
　　客户入口系统提供全面的客户接入服务， 帮助客户一站式连接汽车云展厅， 并集成在线服务管理为用户需求及时响应提供在线交互平台。
　　
　　车型配置系统为客户提供个性化车辆中定制化模块的选项及组合关系， 结合MR混合现实技术使在线定制化模块的配置过程中形象化体现。
　　
　　电商服务系统主要集成在线客服和智能呼叫服务管理， 在用户接入后提供在线一对一在线客服， 同时在用户通过电话呼叫过程中通过智能应答管理为用户进行呼叫服务。
　　
　　需求管理系统通过在线调查问卷、销售活动等形式将用户个性化定制购车需求意向进行在线收集和整理， 形成个性化需求数据库， 为客户定制化大数据分析提供数据基础。
　　
　　服务管理系统在售后环节通过智能售后服务， 针对个性化定制的车辆进行售后服务提醒及客户关怀。
　　
　　2. 支持个性化组合的产品模块化设计平台
　　
　　产品模块化设计平台核心信息系统包括PDM系统、BOM系统， 其系统构成如图2所示。
　　
　　3. 工业云和工业大数据平台
　　
　　工业云平台与工业大数据平台结合， 能够达到物理设备与虚拟网络融合的数据采集、传输、协同处理和应用集成， 运用数据分析方法， 结合专业领域知识， 形成包括个性化推荐、设备运行管理、车辆物流跟踪、产品质量管理等工业大数据应用， 从“数据即服务”、“产品即服务”、“制造即服务”三个视觉角度出发， 帮助企业用户拓展产品价值空间， 实现以产品为核心的经营模式向以客户为核心的个性化定制“制造+服务”的模式转变。
　　
　　（1） 工业云平台
　　
　　工业云平台围绕信息流及数据流， 聚焦于研发、制造、终端的客户以及企业内部的高效协作， 通过云计算、物联网、工业软件等技术， 构建统一的分布式云计算技术平台， 重点打造研发云、制造云、协作云和客户云， 通过工业云平台可以将内外部现有的信息资源整合， 将人、机、物、知识等有机结合， 向用户提供资源和能力共享服务， 如云研发服务、云制造服务、云应用服务、云营销服务等， 主要包括云接入、云平台以及云服务三个层面的建设。
　　
　　（2） 支持产品全生命周期协同优化的工业大数据平台
　　
　　针对大规模个性化定制模式下产品研发设计的决策优化， 以产品全生命周期数据的挖掘分析并反馈到研发设计环节为目标， 重点构建以用户需求数据、产品设计数据、制造过程质量数据、制造过程设备数据、产品运维服务的车联网数据等为核心的工业大数据库；并综合运用数据挖掘、知识发现、知识图谱等技术， 实现对整车大规模个性化定制过程的产品设计优化、生产运营优化以及设备运行优化等多目标、多环节的协同优化。
　　
　　支持产品全生命周期协同优化的工业大数据平台的建设内容如图3所示， 其中工业大数据管理能力包含了数据整合层 （主要包括数据采集与交换等） 、平台架构层 （主要包括数据预处理与存储、数据工程与数据建模等） 、交互应用层 （决策控制与应用等） 三主要功能层次， 工业大数据分析能力涵盖了支持离线批量计算和在线实时计算的分布式分析框架， 以及工业领域分析会使用到的各类分析算法库。
　　
　　支持产品全生命周期协同优化的工业大数据平台从企业当前的实际业务场景和业务部门对客户信息的洞察需求为出发点， 集成构建包含产品、物料、产线、工艺、质量、供应链及运维服务等全生命周期环节数据， 构建分析模型并在实际业务应用中得到验证和不断优化， 最终定义和明确客户特征， 发现客户和产品的关联关系， 帮助车企研、产、供、销、财等全价值链各业务部门可以开展基于工业大数据分析和洞察的设计研发、生产制造、营销售后、控本增效等业务， 有效促进各环节业务协同优化。整个过程在业务部门和信息技术部门高效协同下不断的迭代更新， 围绕产品全生命周期的工业大数据， 形成有效的产品研发-生产制造-营销服务的闭环优化体系。
　　
　　 　　 　　
　　（三） 智能化柔性高效生产线与智能工厂
　　
　　支持汽车大规模个性化定制的智能化柔性高效生产线， 集成ERP系统、MES系统等， 形成支持汽车大规模个性化定制的智能工厂， 最终实现汽车的大规模个性化定制生产的智能制造新模式的创新发展。
　　
　　1.通过建立完整的数字化工厂， 实现三维车间、立体生产线、产品仿真、工艺仿真、离线编程、虚拟调试、虚拟装配等技术的应用， 缩短产品开发及规划周期， 减少设计变更， 降低投资成本。
　　2.通过建立智能MES系统， 使其和工业以太网和PLC （可编程逻辑控制器， Programmable Logic Controller） 等系统的整合及优化与互通， 实现自动化和信息化的深度融合， 达到订单、计划、物料、设备、能源、物流、质量系统的柔性自动化透明化执行。从而提高效率， 减少浪费。
　　3.通过建立智能化柔性生产线， 应用工业机器人、自动化输送线、自动测量、自动检测、自动识别、远程监控、自动维护、AGV （自动导引运输车， Automated Guided Vehicle） 、RFID （无线射频识别， Radio Frequency Identification） 等先进技术， 突破工艺制造难点、提高生产的效率， 提升产品质量， 降低综合制造成本。
　　
　　三、结语
　　
　　当前， 我国正处在加快节能与汽车等战略性新兴产业发展的关键时期， 面临着促进汽车产业转型升级、抢占国际竞争制高点的紧迫任务。同时， 随着新科技革命浪潮的推动， 高科技手段不断融入到汽车工业领域， 用户的个性化需求愈发强烈， 需求愈发多样化。汽车已不再是传统产品的单一化市场， 而向多元化方向发展， 智慧、生态、绿色、脱碳、共享化的发展趋势， 引领汽车产品研发、生产制造、运维服务等全生命周期各环节的业务变革， 支持大规模个性化定制的智能制造正在成为汽车产业发展的必然选择。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]中国电子技术标准化研究院， 全国信息技术标准化技术委员会大数据标准工作组。工业大数据白皮书 （2017） [EB/OL].http://www.199it.com/archives/566058.html., 2017-02-17.
　　[2]姚建辉， 高英敏， 高运芳， 马铁利。数字化制造工程系统在工艺评审中的应用[EB/OL].http://articles.e-works.net.cn/pdm/article138665.htm., 2017-11-08.
　　[3]潘子林， 崔森。互联网时代汽车个性化定制模式探索[J].包装工程， 2015 （01） .