虚实交互的数字工厂

在虚拟的数字世界中进行产品开发和工艺开发，通过虚拟的数字化工厂监控现实生产情况，“虚实映射”“以虚控实”，听起来就像科幻小说，联合电子上海工厂将它变成了现实。

联合电子上海工厂于1997年正式投产，通过多年的数字化建设，生产线自动化率达到了95%、数控化率达到了98%、MES（制造执行系统）覆盖率达到了100%。“在这基础上，我们正进一步融合数字化、工业大数据、工业智能、数字孪生等技术开展创新实践。”联合电子相关负责人表示。

数字化如何赋能企业？从联合电子上海智能工厂发布的一组数据中可见一斑：直接人员劳动生产率提高21%，生产运营间接人员效率提高28%，设备综合效率提高15%，设备停机时间下降了18%，设计与工程成本下降21%，报废率减少4%，库存占用成本下降19%，能耗减少5%，质量成本优化9%。

深挖数据

用AI突破制造瓶颈

每一个“点”的突破，都是构成“面”的飞跃的必要条件。“要深挖数据，让数据变得有价值。我们寻找不同的场景，让一个个制造瓶颈得到了突破。”联合电子相关负责人表示。

比如，针对200多种电子元器件及多种失效模式，面向汽车核心部件电子元器件及其选择焊点的视觉缺陷检测，传统的光学检测设备能力已达到瓶颈，在保证检出率的前提下，仍有较高的误报率，导致后续大量的人工复检工作量。

于是，联合电子上海工厂联合公司人工智能实验室自主开发了基于人工智能技术的缺陷检测方案，用AI替代人工复检，并可以不断地自学习和自优化，持续提高缺陷检测准确度。通过多项人工智能的应用，工厂实现了缺陷检测算法替代人工目检，有效提升了目检人员的劳动生产率约90%。

得到突破的不仅是设备，还有瓶颈工位。在制造过程中，对生产总量和效率影响最大的工位，被称为瓶颈工位。“比如，氦气泄漏检测是我们新产品爬坡阶段的瓶颈工位，我们自主开发了数字氦检应用，通过对氦气泄漏检测设备的泄漏量等参数进行实时采集、监控、告警与动态分析，支持工程师进行快速工艺参数开发和优化、质量分析。”联合电子工程师介绍说。

颠覆流水线

多产品无缝切换

近年来，汽车产品已从原先的单一产品大批量生产模式逐步转向多品种、小批量、交付时间短的定制化生产方式。这种变化将对整个制造业提出了新的挑战。

在联合电子上海智能工厂内，每天都有不同型号的发动机控制器、变速箱控制器及电子模块、电力电子控制器等产品下线，那么多产品是如何实现混线生产、无缝换型？“动态智能制造系统iDMS”是联合电子的秘诀所在。

“这是业内首条实现产品批产，并具备自主知识产权的智能动态制造系统。”相关负责人介绍说，“它颠覆了传统流水线式生产模式，由工艺顺序流向工艺岛过渡，提高核心设备利用率26%，尤其适合于多品种、小批量产品的混线生产。”

据介绍，传统生产线各加工设备通常按照产品加工工序以传送带刚性连接，而由联合电子研发的iDMS将生产线按设备功能划分成了人工装配区、自动加工区及工装夹具更换区三大功能区。这三大功能区根据产品加工要求按需分布和配置，各功能区之间通过自动导引运输车（AGV）柔性连接。

这套系统背后有着一个强大的“大脑”——智能协同控制系统ICS。它可以统筹管理和调度整个生产系统，完成产品最优排程计划，并在生产过程中根据所有生产元素最新状态和产品加工流程，实时优化并调整AGV运行路线，最终完成产品的整个加工流程。

“有了这套系统，不仅可以满足品种产品混流生产，还能快速地引入新产品、新工艺，并且可以不停线进行产能扩充。”联合电子相关负责人介绍说。

虚实交互

管理者有了“上帝视角”

工业界有一个著名的海因里希法则：在一起重大安全事故背后，必有29起轻度事故，还有300个潜在隐患。如果在事故发生之前，及时消除不安全因素，就能避免许多事故。那么，谁能在事故发生前解决隐患呢？答案是数字孪生。

“我们利用数字孪生技术，对公司的上海园区、车间、产线、设备四层数字化建模，通过IoT（物联网）接口将模型与设备数据互联，实现了产线状态及生产指标的实时监控。”联合电子相关负责人介绍说。

在工厂内的数字化运营中心，记者看到，屏幕上的3D动画所勾勒出的工厂实时映照着现实工厂的运行情况，管理者就像拥有了“上帝视角”，不用亲自来到产线旁，设备运营、能效管理、生产管理、仓储管理等信息一目了然。“通过虚拟世界中的数字工厂，我们可以快速发现物理世界实际发生的问题，系统会主动预警并进行问题分析和敏捷反应。不仅如此，它还能帮助相关人员制订决策、采取优化措施，并进行问题解决的跟踪，最后录入经验系统，形成闭环。”

虚实交互不仅仅体现在制造环节，更是融入了产品的全生命周期。早在产品开发阶段，联合电子就利用数字化仿真工具，对产品制造过程进行模拟和验证，优化产品设计。在生产规划阶段，联合电子通过工艺仿真和人机工程仿真，在“虚拟世界”中优化设备结构和工艺加工路径。同时，通过工厂仿真，联合电子还可合理配置加工资源，优化物流路线，最大限度地提高劳动生产率，减少设备数量和降低生产线成本。

换句话来说，不管是新品开发、质量控制，还是生产管理、设备维护，都可以在项目执行前，先在数字世界中模拟一次，寻找问题，提高效率，降低成本。

“通过上海智能工厂的实践，我们总结出快速迭代可复制的模板，为下一代智能工厂以及在公司其他工厂的推广奠定了坚实的基础。”联合电子相关负责人表示。