从“制造”到“智造”柔性化样车试制系统的研究及应用

刁琳

摘 要：随着目前汽车市场的发展，市场的定制化配置需求愈加趋于复杂化、个性化、多元化，原始的线下和手工开展业务的模式和试制生产方式已远远不能满足需求。同时，客户定制化需求亦层出不穷，车型多元化趋势亦愈演愈烈。原有的传统试制模式，包括线下传递产品需求、人工核对和校验配置、手工排产、纸质版工艺制作、线下进度跟踪和问题记录等，不仅效率低下，资源配置不均衡，也越来越不能满足时代和市场的需要。根据中国2025的国家战略，未来柔性化样车试制模式和系统势在必行。本文从柔性化样车试制系统的设计原则和特点优势、结构、应用价值三个方面进行了介绍、阐述和研究。

关键词：柔性化 信息互通互联 样车试制系统

Abstract：With the development of the current automobile market， the customized configuration requirements of the market tend to be more complex， personalized and diversified， and the original offline and manual business mode and trial production mode are far from meeting the demand. At the same time， the demand for customer customization is also emerging， and the trend of model diversification is also intensifying. The original traditional trial production mode， including offline transmission of product demand， manual verification and verification of configuration， manual scheduling， paper version process production， offline progress tracking and problem recording， etc.， is not only inefficient， unbalanced resource allocation， but also increasingly unable to meet the needs of the times and the market. According to China's 2025 national strategy， the trial production mode and system of flexible prototype vehicles in the future is imperative. This paper is introduced， elaborated and studied from three aspects： design principles， characteristics， advantages， structure and application value of flexible prototype vehicle trial production system.

Key words：flexibility， information interconnection， prototype vehicle trial production system

1 引言

近年來，随着试制业务的不断开拓，国内样车试制中心的发展越来越迅速，变化越来越快，目前已不单单满足于本地车型的试制开发需求，逐步开始承担全球开发项目中各类车型的的试制开发需求。和以往本地项目车型配置需求较为单一和简便不同，全球开发项目中包含了全球众多不同区域的客户，每个客户都基于国家法规和自身需求提出了不一样的要求和配置，部分全球开发项目中的试制车型配置需求多达四五十种。

为达到并满足此类客户类似定制化的要求，国内样车试制中心往往需要花费大量人力、物力、财力资源等以满足客户需求。

根据现有趋势发展，后续国内样车试制中心将发展越来越快，变化也越来越多，并大量承担越来越多的全球开发项目，各区域的定制化配置需求也将趋于复杂化、个性化、多元化，原始的线下和手工开展业务的模式和试制生产方式已远远不能满足需求。因此，开发柔性化的样车试制系统，实现高效率、低成本、个性化的试制生产模式和系统，就更显得具有研究价值和重要意义。

2 柔性化样车试制系统的设计原则和优势特点

2.1 柔性化样车试制系统的设计原则

柔性化样车试制系统的设计应遵循“一次规划、分步实施”的原则，逐步实现产品信息、物料信息、采购信息、仓储物流信息、工艺信息、变更信息、现场造车信息、车辆交付信息等的全过程交互和联动。通过基于全业务链的系统化及信息互联互通（充分的信息流自动化）为前提，充分利用数字化终端硬件与无线通信技术结合，提升管理效率，降低管理成本，提高数据/信息的传输质量。最终实现业务系统化和柔性化，信息的互连互通，以及对应数据驱动的业务改善。

第一阶段为架构规划。主要是基于现有业务流程进行标准化梳理，并在此基础上确认需要系统化覆盖的主要业务范围。同时考虑到未来试制业务的发展趋势，需要预留后续系统架构的柔性和可拓展性。

第二阶段为单个系统和模块的开发。

客户定制系统主要包括：（1）定制管理模块：主要负责客户需求的多样化需求管理。（2）配置校验模块：主要负责核对和确保客户需求的整车物料的完整性和准确性。

生产准备系统主要包括：（1）BOM管理模块：主要用于现场造车的物料管理。考虑到BOM中记录着物料来源、供应商信息、单车用量等生产相关信息，能够清晰展示与汽车制造相关的重要内容，因此是非常重要的图表。（2）物料订购模块：主要负责接收BOM信息，自动生成采购订单并进行跟踪和管理。（3）仓储管理模块：主要负责物料出库和入库业务，仓库调拨等功能，完成物料配送的自动化，实现立体仓库、平面哭的统一仓储信息管理。（4）变更管理模块：主要接收客户的需求变更信息，并及时传递到上下游，并体现在涉及车辆的装配信息中。（5）智能排产模块：负责车间中生产过程的数字化管理，实现信息与设备的深度融合，为试制执行模块提供完整、技师、准确的生产执行数据。

柔性制造系统主要包括：（1）工艺工装模块：主要用于制造工艺的编制和维护、制造工装的设计、制造和评审。（2）试制执行模块：主要用于生产计划的接收和执行。（3）问题看板模块：主要用于生产过程中问题出现时的记录和追溯。（4）无线暗灯模块：主要用于生产过程中若出现停线问题，可第一时间报警并拉动相关资源解决。（5）车辆交付模块：主要用于生产完毕后车辆状态的确认和客户签收。

第三阶段为不同系统和模块之间的接口建立和互联互通。主要涉及上下游数据和信息的同步发布、传递、流通、更新、联动，最终通过结构化和系统化的手段实现全业务链的互联互通以及后续通过大数据分析和挖掘驱动的业务优化。

2.2 柔性化样车试制系统的特点与优势

基于信息平台和数据化环境搭建的樣车试制系统具备以下特点和优势：

第一，驱动高效生产和精密制造。能够将客户需求、BOM校验、物料采购、物流仓储与运输、工艺制作、现场试制、进度跟踪、问题解决、车辆交付等环节都实现自动化和智能化对接。同时借助终端硬件和无线通信技术制定出精准的规划并由各个模块执行完成，拥有完整的信息数据流，不断驱动高效生产和精密制造。

第二，让试制过程更加清晰化、透明化。通过对物料、设备、人员、工艺、工位等的合理配置和过程管控实现全方位透明化的管理特点，让操作人员、管理人员无论在何时、何地都可以直接快速地了解到每一辆车的实时状态。同时也对每个环节中出现的问题可进行快速的响应和追溯性管理，提升运营效率。

第三，基于系统开发需求、数据储存要求、约束条件等标准化管理，让系统能够按照规划执行命令，为各环节的项目管理提供便利性。

3 样车柔性化试制系统的结构

一般而言，共包含客户定制、生产准备、柔性制造三大系统组成，见下图1。

3.1 客户定制系统

客户定制系统包含定制管理模块和配置校验模块。

以往客户在选择试制车辆配置时碰到的痛点很明显：只能从一系列预设的车型配置中进行选择，和自己真正想要的车型配置还是存在不同。比如，某个客户想要一个全景天窗，就不得不选择最高配的车型，但是这其中很多豪华的配置比如电加热方向盘却又是他不需要的。基于这种情况，定制管理模块可以接受客户个性化、多元化的需求，利用智能的定制方式，通过操作简便的的菜单选择的目视化模式，让客户根据自己的需求来选择天窗、颜色、座椅排布方式、发动机、变速箱等不同选装和配置方案，实现真正意义上的“定制化”。

除此之外，配置校验模块还可以支持和实现过程代码转换和互斥关联校验，确保整车零件的完整性和准确性。如客户挑选信息有误或产生互斥，系统将发出报警提醒，从而在前期完成问题数据修正，以达到最终精准化需求的目的。

3.2 生产准备系统

生产准备系统包含BOM管理模块、物料采购模块、变更管理模块、仓储管理模块以及智能排产模块。

客户的定制化需求由定制管理模块输入到BOM管理模块，所有零部件需求将根据零件号、来源、供应商信息等各类属性进行分类和归整，与某种具体的可选择特征相关的零部件将被划分成一组模块，分配一个物料代码，同时结合车型配置精准预测各类零部件需求数量，最终传递到下游物料订购模块。

变更管理模块与车型配置、零件信息、供应商信息等联动，在界面中可对数千万级别的数据进行提取与读写，同时兼顾效率和用户体验。若后续客户有变更需求，如想将14寸轮胎更换为16寸轮胎，可以同步在变更管理模块中提交整车BOM清单更改申请。通过系统信息流转，实现从申请创建、到业务审批、到变更传递、到执行确认、最终完成数据更新和积累，实现上下游信息互联和闭环管理，同时也达到了透明化，精准化和可追溯性的目的。

BOM管理模块与物料采购模块相对接，可根据各类零件的零件号、需求时间、供应商归类、零件有效期等不同维度实现采购清单的自动计算、分类、合并、拆分和智能分批采购。供应商在接收到零件采购订单后，在系统中同步反馈分批交样信息，实现采购订单的自动跟踪和管理。

仓储管理模块包含零件交样预约、入库管理、库位推荐、库存管理、扫码防错、AGV上料、仓库调拨等功能。通过智能化策略指导库内作业，提升作业效率和仓库周转时间。同时实现库内无纸化作业和精细化管理，支持多仓库、多客户的个性化需求，提升仓库管理能力，实现透明化、智能化、可视化的仓储管理。

最后，智能排产模块通过对各区域以及瓶颈工位负荷的实时动态分析有效挖掘影响产能的工序，采取相应措施如调整装配顺序等进行处理，最终合理排布所有车辆的生产节奏，满足不同的客户需求。除此之外，还要兼顾新技术新设备在各个环节上的实施，不断优化质量、设备等资源信息流之间的贯通交互和功能迭代，制定出既满足客户时间需求、又优化资源配置的制造指令。

3.3 柔性制造系统

柔性制造系统包含工艺工装模块、试制执行模块、问题看板模块、无线暗灯模块等。

工艺工装模块参考单车BOM创建无纸化电子工艺，同时结合车型配置需求搭配不同焊接设备、装配工具、举升机、生产线等实现不同配置样车的生产，也可以调用不同的自动化程序和柔性化工装等等实现多个项目的柔性共线。

当接到智能排产模块指令后，试制执行模块将启动工作，将生产计划直接传递到车间，同时通过条码技术跟踪样车从物料接收到样车试制结束的整个生产过程，实时采集生产过程中所有工位的进度，让整个车间生产管理变得清晰透明化以及生产过程可追根溯源。

如在试制过程中遇到物料短缺、零件质量、装配问题、设计问题时，操作人员会评估该问题对现场试制进度的影响程度，并根据评估结果判断是否影响试制进度，如影响则拉动无线暗灯模块。此时，项目工程师会同步接收到信息，并在第一时间拉动资源，分析问题原因并推动相关人员提供解决措施，直至跟踪问题到解決为止，所有停线原因和停线时间等信息都将记录在无线暗灯模块中。

如果涉及到产品与工艺验证问题时，质量工程师将启动问题看板模块，创建问题清单，完成问题定义、同时拉动相工程人员进行根本原因分析、并确认短期措施和长期措施的实施落地，进行全过程的跟踪和管理，直至问题关闭和解决。

车辆交付模块在接收到车辆完成装配的指令后，将自动发送邮件给客户，客户可以在模块中获取车辆装配信息和并进行状态确认、提交签收预约申请、确认提车信息、完成交车确认等服务。

从客户挑选BOM开始，一直到车辆交付完毕，变更管理模块将贯穿整个业务链的始终，实现客户需求、BOM清单、采购需求、物流需求、生产计划、质量管控等全过程的变更管理。

4 应用价值

柔性化样车试制系统在基于全业务链的系统化及信息互联互通的前提下，充分利用数字化终端硬件与无线通信技术结合，实现产品、采购、工艺、制造、变更信息的互联互通，积累和分析、以及追溯，最终由数据驱动业务优化，从而提升管理效率，降低运营成本。同时，实现的不只是产品多样化、多元化，柔性化意味着更高的自动化和智能化水平，需要整个系统可以达到一定程度的弹性。因此，柔性生产的背后，是数字化转型的成果，也是一个需要不断完善、不断发展的持续过程。

参考文献：

[1]刘俊艳，辛圣瑶.《资源约束下的生产计划智能排产系统研究》机械设计，2022年.

[2]吴雁，王彦瑞，张杰人.《基于MES的离散型制造业的高级计划排产的应用研究》制造技术与机床，2018年.

[3]石为人，余兵，张星.《高级计划排产系统与ERP的集成设计及实现》[J].重庆大学学报（自然科学版），2003年.