基于工業互聯網平臺的電動車全生命周期優化的解決方案
引言：江蘇新日電動車股份有限公司（簡稱：新日股份）是主要從事電動自行車的研發、生產與銷售的大型民營股份制上市公司，目前已擁有無錫、天津、湖北、廣東、浙江等多個生產基地，產品遠銷歐美和東南亞市場，出口全球70多個國家和地區。2017年4月27日，新日股份（股票代碼：603787）登陸上海主板A股上市，成為電動自行車行業首家登陸主板上市的公司，2020年全年電動車產量850萬臺，總產量及產值均位居全國前三。公司研發機構建設于國家火炬計劃輕型多功能電動車產業基地，位于無錫市錫山區錫山大道501號，總占地面積為215360平米（約323畝）。公司自成立以來，資產和效益狀況良好，每年都能上一個臺階，公司高層也十分重視產品研發投入，因此公司研發經費有充分的保障。公司企業技術中心（工程技術中心及工業設計中心）擁有專門的辦公及試驗場所，合計面積約8000平米，建有業內最大的電池試驗室，建設了環境試驗室、淋雨試驗室、整車性能試驗室等，具備先進的底盤測功機及道路測試系統。具有濃厚的技術基因，是電動車行業內規模最大、實力最強的研發機構，引領了行業發展。
一、項目概況
1.項目背景
無錫市在《關于大力發展工業互聯網深入推進智能制造的政策意見》（錫委辦發〔2019〕18號）提出：積極構建無錫市工業互聯網的網絡、平臺、安全三大功能體系，重點支持先進制造業集群領域“建平臺、用平臺”的意見。
以此項意見為契機，結合中國制造2025戰略導向，以新日電動車為代表的無錫市錫山區電動車產業集群先后開展工業互聯網平臺及應用試點建設，建燈塔、樹標桿、衍產業，帶動全國電動車產業全面向工業4.0升級轉型。
2.項目簡介
經過前期全方位的診斷，新日公司當前在生產過程主要存在以下8大問題，包括：（1）產能不清晰：所有產線產能均依賴手工上報，上報產量與實際產能不匹配，管理層的每日報表依賴人工統計；（2）效率不直觀：核心生產設備焊接機器人未聯網，無法運行效率、稼動率（OEE），設備保養、維護缺乏數據支撐；（3）能耗不透明：車間及產線能耗不透明，設備用能、產線用能缺乏統計手段，節能增效有空間；（4）倉儲不智能：條碼綁定易出錯，零部件裝配、揀配效率待提高，成品調度與倉儲管理依賴人工作業；（5）車間未安燈：信息傳遞不便捷，工序過程不透明，生產狀況、質量狀況相關報告無法主動、及時、看板化推送；（6）網絡未重構：部門間網絡部署不靈活，網絡架構不科學，存在黑客一點突破、全線受災的風險；（7）系統不暢通：企業目前已有SAP、SRM、MES、OA、數據中臺等多個信息化系統，各系統之間存在信息孤島，沒有及時建立數據戰情室，系統數據只堆積不清洗，不能充分發揮信息化系統的效用；（8）優化無依據：當前企業產品的優化更新及迭代，均深度依賴于市場的銷量反饋，對于產品在研發過程中通過大數據分析進行過程把控及反向優化的解決方案嚴重缺失，尤其在供應鏈側的和售后端，優化策略缺乏滯后性，產品質量的過程優化迫切需要數據支撐。
3. 項目目標
從上面描述的局限性可以看到，目前8個痛點問題已經影響到新日的良性發展，以解決上述問題為契機，中國電信股份有限公司無錫分公司聯合江蘇新日電動車股份有限公司共同建設新日X Cloud工業互聯全連接平臺，以“一中心（可視化數據監控管理中心）”+“六應用（5G+全參數產線、5G+焊接機器人、5G+能源管理、5G+視覺檢測、5G+AGV倉儲管理、5G+數字孿生）”為核心的新日X Cloud工業互聯全連接平臺，整合已有的信息化系統，打通信息壁壘，完成新日電動車智能制造戰略轉型，提升公司柔性化、自動化、智能化水平，打造“百年新日”新品牌。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
1.1 項目總體架構
1.2 主要內容
（1）邊緣層
邊緣層主要物理設施設備，用于參數感知、監控數據采集，安裝在監測現場，包括焊接機器人、電表、智能網關、AGV、攝像頭、PDA等，利用現代化智能感知技術，全天候不間斷采集并監測焊接機器人工作信息、產線打標機等數據，通過通訊層將數據上傳至平臺層，經過平臺層進行分類、清洗、匯總等處理，以應用方式在展示層的大屏或者PC端進行展示。
（2）通訊層
通訊層用于邊緣層硬件設施的數據傳輸及上云，包括有線以太網、無線WIFI、無線4G/5G等多種常用通訊方式，以通訊可靠、傳輸穩定、經濟環保為原則，根據現場實際傳輸條件為硬件設施選擇最合適的通訊方式，本方案采用電信5G網絡和工業PON（光網絡）相結合的方式。
（3）平臺層
本項目中的平臺層即新日X Cloud工業互聯全連接平臺（又稱新日Cloud工業互聯網云平臺），用于對數據進行存儲、分析、清洗、交互等。
（4）應用層
應用層為基于平臺數據開發功能模塊，包括可視化數據監控中心、焊接機器人、全參數產線、能耗管理、倉儲管理、視覺檢測、數字孿生等新增功能，以及原有的MES、SAP、OA、MDM等模塊的數據接口等。
（5）展示層
用于平臺的呈現與使用，包括監控中心大屏、電腦PC端、手機端等多種方式。
2. 具體應用場景和應用模式
2.1 應用場景1： 5G+全參數產線
應用場景介紹：對電動車總裝車間的產線進行全參數監測，監測參數包括產能、能耗、合格率、計劃完成率、生產節拍等關鍵參數；通過對產線控制系統采用5G網關接入，實現產線的裝配節拍等參數采集；在下線處安裝激光對射裝置，實時采集下線成品數量，并與車架打標機的實時打標數量進行對比；通過安裝電表，實現產線、設備的能耗實時監測，實現整條產線的產能、能耗、合格率、計劃完成率、生產節拍等關鍵參數的實時監測。
應用場景的普適性：該應用適用于汽車、白色家電、電動車等多個行業，就新日而言，單個應用幫助企業節約產線電費10%、產線設備故障率下降90%，數據實時性提升85%，管理成本降低20%，每年節省費用35萬元。
應用場景的主要問題：解決行業內外裝配線上產能不清晰、參數不透明等痛點，為企業管理優化、產線節拍調整提供數據支撐。
2.2 應用場景2： 5G+焊接機器人
應用場景介紹：對焊接車間的60臺焊接機器人進行聯網采集，包括38臺埃斯頓的焊接機器人和22臺松下的焊接機器人，通過5G網關進行數據采集，根據設備通訊接口類型選擇采集的參數，采集參數包括設備狀態、報警、稼動率（OEE）、焊接數量、能耗等，實現整個焊接車間的設備效率、用電器、用氣量、焊接完成數、計劃完成率等關鍵參數的實時監測。
應用場景的普適性：該應用適用于汽車、機加、電動車、汽車零部件等多個行業，就新日而言，單個應用幫助企業節約焊接車間電費15%、設備故障率下降90%，數據實時性提升85%，管理成本降低25%、生產效率提升20%，每年節省費用80萬元。
應用場景的主要問題：解決行業內外上焊接機器人不聯網導致的生產效率不清晰、報警滯后、設備故障處理不及時等痛點。
2.3 應用場景3： 5G+能源管理
應用場景介紹：對全廠用能進行管理，用能參數包括水、電、氣等參數，監測范圍包括配電房、焊接車間設備、裝配車間車間設備等，實現設備級的能源管理監測。
應用場景的普適性：該應用適用于冶金、化工、機械、電子等大部分行業，就新日而言，單個應用幫助企業節約電費10%、水費15%、用氣量下降18%，年均用能成本降低128萬/年。
應用場景的主要問題：解決行業內外企業用能不清晰、能耗高等痛點，為企業的節能減排、綠色用能提供數據支撐。
2.4 應用場景4： 5G+視覺檢測
應用場景介紹：將入庫前的整車人工檢、焊接車的成品AOI檢測替換為5G+云端視覺檢測，提供攝像頭+5G網絡實時將數據傳輸至云端，并根據檢測結果、配合機械臂實現檢測結果的優劣精選、自動分揀。
應用場景的普適性：該應用適用于汽車、白色家電、電動車、電子制造等行業，就新日而言，單個應用幫助質檢人員由14人下降至4人，年均人工成本降低120萬；質檢節拍從人工檢的2臺（車）/分鐘提升到4臺（車）/分鐘，提高100%。
應用場景的主要問題：解決行業內外人工檢測效率低、AOI檢測設備算法更新復雜等問題，提供自動分揀設備的改造，大幅下降用工成本，幫助企業降本增效。
2.5 應用場景5： 5G+AGV倉儲管理
應用場景介紹：將企業現有的AGV小車進行5G改造并加裝攝像頭，每臺AGV車安裝5G網關，實現網絡隨車走、激光+視覺雙導航。
應用場景的普適性：該應用適用于電子制造、家電、3C等行業，就新日而言，單個應用大幅提高了AGV小車的網絡可靠性和導航準確性，帶動倉儲物流效率提升32%。
應用場景的主要問題：解決目前市場采用二維碼導航的AGV導航不準確，長時間使用之后二維碼磨損、導致物流效率下降等問題；同時5G網絡隨車走，保障在5G網絡覆蓋范圍內，數據傳輸的可靠性，解決傳統WIFI通訊的AGV在網絡切換時導致的丟包等問題，相對于傳統的單激光精確導航，在硬件成本方面有顯著下降。
2.6 應用場景6： 5G+數字孿生
應用場景介紹：建設全廠數據駕駛艙，通過3D+數字孿生，實現MES、ERP、SCADA等信息化系統全景化展示，并實現全廠設備、機械臂、焊接機器人、廠區動作節拍同步。
應用場景的普適性：該應用適用于汽車、機械等行業，就新日而言，單個應用將過去的報表統計時間有3小時降低至3分鐘，大幅降低統計人員工作量，綜合管理成本下降20萬/年。
應用場景的主要問題：解決企業缺乏數據駕駛艙的問題，將過去需要人工統計日報表、月報表等問題該由系統直接生成，實現全國戰情一張圖；通過3D+數字孿生實現樣品車輛的虛擬化生產，提前優化，不斷迭代，產品的試制研發周期由過去的6個月縮短至2個月，大幅提高新品競爭力。
3.其他亮點
無錫錫山電動車產業園每年的電動車產量占全國年產量40%，是無錫市錫山區政府的重點打造產業，以新日項目為燈塔，該項目應用目前已輻射至無錫地區其他企業，帶動上下游相關企業產生訂單2462萬,帶來全市相關應用項目簽約1350萬,包括無錫小天鵝（320萬）、飛翎電子（255萬）、松下新能源（128萬）等多個項目，具體示范作用可見下文：
（1）營造燈塔效應 賦能百企千線
中國電信與新日集團強強聯合，以新日項目為燈塔，帶動錫山區190家車企、1500條產線5G智能制造升級，以新日X Cloud工業互聯全連接平臺為載體，聯動錫山區450家配套企業、3000條產線實現E2E全生命周期管理，沉淀全產業鏈數據，感知行業態勢、提供決策依據。
（2）賦能千億級產業 助力高質量發展
無錫電信聯合錫山區政府、福卡智庫，把脈電動車產業集群，全產業鏈規模1084億元，5G引領的數字經濟對錫山區GDP貢獻率達68.6%，未來新日電動車將依托5G碳中和能耗管理平臺，將單位產品能耗降低13%，力爭實現生產流程碳中和。
（3）5G驅動數字轉型 構建行業標準
新日項目的落地，在同行業中造成了很大的影響，越來越多的電動車生產企業顯著認識到5G是驅動企業數字化轉型的重要力量，逐步走向數字轉型深水區；同時新日集團聯合中自協，籌備《電動車5G全生命周期管理白皮書》，號召車企提升核心零部件自主研發意識和能力，探索行業惡性競爭破局之道。
三、下一步實施計劃
無錫錫山電動車產業園匯集190家車企、450家配套企業、5000條左右產線、占全國年產量40%，是無錫市錫山區政府的重點打造產業，其中雅迪、愛瑪、小牛等行業龍頭企業發展階段與新日類似、需求也相近，以新日為燈塔，帶動450家配套企業、3000條產線E2E全生命周期管理，沉淀全產業鏈數據，感知行業態勢、提供決策依據。
具體可以場景化應用為切入點，落實“千企千策”打法，以企業（新日）在產業中的影響力（TOP2），輻射產業鏈上下游企業，以新日X Cloud工業互聯全連接平臺為核心，接入上下游企業的相關訂單信息、庫存信息，做到信息互通、訂單互聯、資源互用、合作共贏的“三互一贏”；在此基礎上，參考“京東模式”，提供開放式的API應用接口，可由接入單位自行開發APP應用，也可直接復用新日現有的6大應用進行復制推廣，實現大協調、小定制，重點推廣“5G+AGV倉儲管理”和“5G+云端視覺檢測”應用，以真實建設的場景強化項目說服力。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）5G+視覺檢測：本項目中視覺檢測設備采用5G+云端處理模式，相比于傳統的本地AOI視覺檢測設備，云端處理在服務器性能、數據處理量、自學習方面都有較大的優勢，同時利用5G大帶寬、低時延、廣連接的優越特性，實時將數據傳輸至云端，并根據檢測結果、配合機械臂實現檢測結果的優劣精選、自動分揀，釋放人工，減少人力資源投入，提高檢測效率，帶動企業降本增效，使企業的質檢人員由14人下降至4人，年節省人工成本120萬元/年；質檢節拍從人工檢的2臺（車）/分鐘提升到4臺（車）/分鐘，提高100%。
（2）5G+AGV雙導航倉儲管理：將企業現有的AGV小車進行5G改造并加裝攝像頭，每臺AGV車安裝5G網關，實現網絡隨車走、激光+視覺雙導航，該技術創新解決目前市場采用二維碼導航的AGV導航不準確，長時間使用之后二維碼磨損、導致物流效率下降等問題；同時5G網絡隨車走，保障在5G網絡覆蓋范圍內，數據傳輸的可靠性，解決傳統WIFI通訊的AGV在網絡切換時導致的丟包等問題，相對于傳統的單激光精確導航，在硬件成本方面有顯著下降。
（3）5G+數字孿生：建設全廠數據駕駛艙，通過3D+數字孿生，實現MES、ERP、SCADA等信息化系統全景化展示，并實現全廠設備、機械臂、焊接機器人、廠區動作節拍同步；有數字孿生代替過去的PLM產品全壽命管理模式，實現樣品車輛的虛擬化生產，提前優化，不斷迭代，降低研發成本，提高研發效率，產品的試制研發周期由過去的6個月縮短至2個月，大幅提高新品競爭力。
2. 實施效果
系統建設完成后，企業用電量降低10%、用水量降低15%、用氣量下降18%，年均用能成本降低128萬/年；產線設備故障率下降90%，數據實時性提升85%，生產效率提升22%，倉儲物流效率提升32%，成品檢質檢人員由14人下降至4人，年均人工成本降低120萬；質檢節拍從人工檢的2臺（車）/分鐘提升到4臺（車）/分鐘，提高100%，管理成本降低15%，綜合管理成本節省190萬/年。
聲明
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