与货车的流水线量产的生产方式不同，客车的产品制造过程基本上是定制化、小规模的离散型生产方式。因此，客车行业在过去的生产制造过程中存在着诸多瓶颈，包括生产线自动化程度有限、数据获取和管理流程困难、生产效率低下等。客车行业要打破原有的边界和传统的枷锁，揭开生产现场管理的“黑箱”，实行数字化转型是一条必经之路。数字化转型是指企业以客户为中心，以数据为驱动，打破传统的组织效率边界和行业边界，利用先进技术提升企业竞争力，优化或创造新的商业模式，为企业创造新的价值的过程。

事实上，诸多客车企业已经积极开展数字化转型，通过推出一系列数字化措施和创新的管理模式，如 5G专用网络、智能工装、数据透明化、实时决策等，建立数字化智能工厂。

一、数字化智能工厂的物理基础

1.5G 专用网络

5G 是指第五代移动通信技术，是一种具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术。如果说 4G 以“人对信息”处理为主，那么5G 实现了“人对万物”以及“万物对万物”的连接，也就是“万物互联”。5G具有三大显著特点：增强型移动宽带、海量大连接、高可靠低时延。这些与其他技术深度融合后的重要成果就是企业实现数字化转型，提高生产效率。

安凯客车通过深度神经网络（DNN）实现企业数字化业务在 5G 网络的专用隔离，通过在园区内部署边缘计算（MEC）设备，实现数据不出园区的安全保障，并且进一步降低数据转发时延；采用5G 网络切片技术，满足隔离性、按需定制和端到端网络保障，提供超低时延保障服务；支持同时无线接入工控一体机、无线平板、无线条码枪、移动平板、智能工装，为数字化业务提供稳定的 5G专网环境。

2.超宽带技术

超宽带（ultra wide band，UWB）技术是利用非正弦波的纳秒级窄脉冲进行数据传输的一种无线载波通信技术。因为其所占据的频谱范围很宽，这种技术具有系统复杂度低、定位精度高的优点，具有极强的穿透性、抗干扰性以及高带宽、快速脉冲特性，特别适合高速无线介入和定位需求的室内等密集多径场所。

企业 UWB 最终采用了到达时延差（TDOA）算法，这是一种基于时间差的高效定位技术。相关实验结果表明，其室内定位精度可以达到分米级，信号覆盖范围直径在可视环境下大于 100米，完全适用于企业车间内部定位需求。其工作频率为 3.9 吉赫兹，此频段抗干扰能力强且不影响其他信号。不仅如此，其还具备可用性高、破解难度大、能耗小的特点。

UWB 定位系统划分为三层：

现场设备层、网络服务层、管理应用层。

系统层次自下而上，层次划分明确，架构清晰。

现场设备层主要由定位基站、定位标签组成。其中，定位基站负责计算定位标签的距离，同时通过 5G 网络回传数据至定位服务器；定位标签是与被定位车辆进行绑定关联的，定位标签编号作为车辆的唯一身份标识，通过其对安装了定位标签的车辆实现实时定位监控。

网络服务层由服务器组、路由器、交换机、5G CPE 等设备组成：路由器、交换机是网络中的数据传输核心设备，可以根据实际情况设定多个分支节点，由于 UWB 时钟同步要求达到纳米级，5G 网络正好满足低时延的要求，且设备、服务网组都在统一网络段内，进一步减少了网络延迟的影响。

管理应用层由工厂车辆定位系统、制造执行系统（MES）及其他工厂子系统组成。企业智能工厂方案中融合了 5G 专网和UWB 定位技术，如图 1 所示。现场设备由 UWB定位基站、UWB 定位标签两部分组成。各 UWB定位基站通过路由器、交换机汇聚连接，再将各交换机通过 5G CPE 汇聚到中央定位服务器上，形成设备、数据的 5G 互联。

图 1 5G 与 UWB 结合后的系统架构

3.移动设备和终端

5G 专用网络的搭建使得移动设备和终端的使用，具有一切可能性和高效率。数字化智能工厂的“透明生产”、实时数据传递和决策，也需要有充分的移动设备和现场终端。为质量工程师、现场工程师配备 5GPAD，在生产现场配备工控一体机和个人电脑（PC），在管理决策区域配备智能显示屏。

对于 UWB 定位基站、工控一体机、智能显示器等，通过直连 CPE 的方式接入 5G，扫码枪需要通过 5GCPE 转发出来的 Wi-Fi 信号接入，5G PAD 则可直连 5G 专网。设备数据通过 5G 专网，上传到 MEC 设备，然后回到企业服务器内，实现车间设备与后台服务器中 MES 等系统的交互。当然，随着 5G 技术的快速发展，5G 模组集成应用成熟后，可以将各类设备集成到 5G 模组后，无须 CPE 等相关设备，就可直接通过配置DDN 连入企业专网。

4.网络安全

网络安全和数据安全，是一切的基本保障。安凯客车公司在 2019 年就顺利通过了信息安全等级保护的三级测评，取得了等级保护备案证明。公司内部已经部署了一系列的安全产品，包括：

（1）网络安全方面：入侵检测系统（IDS）、漏洞扫描、网页应用防火墙（WAF）、态势感知等；

（2）安全接入方面：虚拟私人网络（SSL VPN）、边界防火墙等；

（3）互联网安全方面：上网行为管理等；

（4）终端安全方面：网络监管平台等。

智能工厂同时也需要是数据安全工厂，本次建设专门加强了 5G 网络安全：企业通过 5GSIM 卡签约独立的 DNN，确保了专网与公网之间的隔离。只有在终端设置正确的 APN 并启用的情况下，才能接入网络，同时上报 APN/DNN信息。如果 5G SIM 未签约对应的 DNN，5G 核心网在终端请求网络接入时将不予通过，即终端无法接入 DNN 网络，从而实现了接入隔离。同时，还采用了严格的鉴权认证机制，只有通过认证的终端才能接入网络。上述措施有效地保障了网络和数字化安全，构建了安全智慧工厂。

二、智能制造和数字化车间

近年来，制造业面临转型的压力进一步加剧。智能制造发展的初级阶段是数字化制造，安凯客车目前正处于这一阶段。企业资源计划（ERP）与 MES系统的应用初步解决了企业产销协同的问题，而智能制造的主核心应该是解决生产现场管理的“黑箱”问题，从而使人、机、料、法、环在数字化层面上运转起来。

在生产环节，通过建设 5G 网络＋UWB 定位，构建大连接、低延时、高速率的专网数据通信交互环境，实现车间、产线设备数据连接“剪辫子”，同时将 MES 与 ERP 及 PLM 等系统数据集成应用，解决了生产制造过程精细化、透明化、智能化不足等难题。

在试制实验环节，通过数字化方式搭建功能齐全的客车研发和检测、实验环境。通过 dSPACE、Maxwell、2DRMxprt 等研发软硬件及电机和电池实验台，建设驱动系统检测室、EMC 检测室、动力电池测试室和环境实验室，实现企业在数字化场景下的试制实验。

客车行业在历史上就是属于个性化、劳动力密集型产业，对“人”的依存度很高。但随着科技的进步，以及数字化浪潮的推进，客车行业中激光切割、机器手自动化、机器人等智能工装设备也越来越普遍，特别是在焊装、涂装、车身防腐电泳等工序和车间中，这种现象尤为突出。自动化工艺装备与工业物联网、工业大数据及人工智能技术的深度融合，以数据驱动的思维搭建数字化车间，实现智能制造、生产计划的自动排程、智慧供应链、质量数字化管控等一系列应用场景，不仅使产品合格率大幅提升，也明显缩短了生产时间、提高了生产效率、提升了产品质量。

三、数字化平台

1.数字化平台的构成

数字化平台像一座桥梁，将数字化智能工厂内部各子系统联结在一起，如图 2 所示。生产数据的透明化、材料供应的及时性、质量信息的快速传递和处理、快速有效的实时决策等一系列流程，都需要高度地互联互通，在数字化的平台上实现整合。因此，基于数字化平台，企业需要在生产上打造三种新型能力：一是互联互通的扁平生产能力，横向实现设备互联，纵向承接研发数据及销售订单，实现销售订单的自动化排成与下料；二是规范严格的智能检验能力，利用 AI、机器视觉检测等新技术严格执行检验标准，通过智能分析尽早提供决策建议；三是高效协调的透明供应能力，提升供应链流程的可视性，基于自动化排成、大数据分析等功能实现精准下料，跟踪物流进度，减少供应链中断。

图 2 数字化平台

2.数字化平台的子系统

基于三种新型能力的建设，我们对数字化平台中的子系统进行了梳理与重塑，具体如下。

（1）质量在线管控平台（QIS）：完善质检流程、项目、统计标准化，建立标准质量信息库。完成整车质量门记录电子化，实现质量在线管理。结合移动端 App，将缺陷信息与车辆监测信息绑定，形成“一车一单”，实现整车全制造过程环节的质量分析与追溯，提升质量管理效率。整车全生命周期质量数字档案与新车下线检测平台、售后服务及车联网平台集成，实现生产、运营、售后一体化的车辆健康卡查询。

（2）物流执行系统（LES）：消除物流各环节的浪费，包括原材料库存、厂内线边库存、成品库存，以提高物料拉动和配送效率。以物料拉动为核心，从工厂收货、存货、拣选、出货、出库等一系列智能物流调度与控制过程，将内外物流的复杂环节无缝衔接，从而达到提高整个工厂物流效率的目的。

（3）产品全生命周期管理（PLM）：PLM 是一套研发应用解决方案，旨在支持创建、管理、分发和应用产品全生命周期的信息，适用于在产品研发领域具体协同，它能够将人力资源、流程、应用系统以及与产品相关的信息进行整合。系统内部署有工程单流程、图纸文档、零部件、产品型谱、项目管理、设计 BOM 等模块。

（4）高级计划和排程系统（APS）：利用计算机运算速度快，以及数据存储、传递、演绎、纠错和交换方便等优点，把人的很多工作实现“自动化”，解决企业计划不能实时反映材料需求和资源能力动态平衡的问题，是基于资源能力、材料和时间约束条件的一种企业管理方法。

（5）企业资源计划（ERP）：为企业决策层和员工提供决策操作手段的管理平台，以管理会计为核心，以信息化为基础，以系统化的管理思想为基础，使企业管理系统具有整合性、先进性、统一性、整体性、开放性等特点，能够实现信息的跨地区、跨部门甚至是跨公司的实时融合。

（7）供应链管理（SCM）：是对企业供应链的管理，包括从生产到配送、从供应商到客户的各个环节，对供应、需求、原材料采购、市场、生产、库存、订单、配送等各个环节进行管理。做好 SCM，我们就可以在产品从原材料采购到销售的过程中，做到流转顺畅、运作高效，以及保证商品的生产和销售数量准确、质量正确、地点恰当、时机恰当、成本最优。

（8）制造执行系统（MES）：制造执行系统是提供给制造企业车间的重要工具，能够实现一系列车间管理方案，包括看板管理、生产过程控制、底层数据整合分析、上层数据整合分解等多个管理模块，是一个牢固、可靠、全面、有效的制造协同管理专业平台。企业以车间“透明生产”为重点，在生产执行、异常管理、业务系统集成等方面实现数字化改造，实现生产过程透明化，异常流程标准化，质量信息可追溯。结合 5G及UWB 定位技术，解决车辆生产制造过程工位流转数据溯源，实现车辆的工位流转情况，全程实时记录工位进入时间、停留时间、离开时间等，提供产线追溯数据支撑。

3.数字化平台的特点

上述数字化平台的建设，具有如下特点：

（1）以 MES 为生产信息核心，集成设备运行信息，承接企业资源信息，形成生产中枢。

（2）采用数字化工具和改进方式，以 PLM 为基础，提高人机协作效率；实现工位看板工作，如查图纸、查作业指导书等。

（3）通过客户关系管理（CRM）、ERP、订单配置管理（OC），实现销售层到生产层的扁平递进，减少人工干预的环节。

（4）建立核心生产系统的数字化基础，提供实时警报，为实时决策提供详细、准确的支持和建议。实现来料、过程、成品的质量检验或全生命周期质量管理与追溯，克服人工操作中易疲劳、个体差异大、效率低等缺点。

（5）实现设备互联、数据集成。通过基于数据采集与监视控制系统（SCADA）的采集方式，建立设备层跨系统的协同，结合 APS、MES 等信息系统实现全企业范围内的产能均衡。

（6）数字化供应链管理系统的存在，可以在降低供应链风险发生的同时，提高供应链流程的可视性。可结合大数据分析、信息整合等功能，进而实现物料预警、危机预测，并避免供应链中断。

（7）结合移动端 App，实现数据的在线采集、判定与及时归集。以互联互通为基础，依托数据平台，构建“数据—信息—价值”的数据赋能与增值，将生产运营指标和风险的总体态势进行展现，实现动态感知、辅助决策和智能预警。

四、结语

智能网联汽车产业目前正处于高速发展阶段，相信在信息化和智能化的引领下，以“对象数字化、过程数字化、规则数字化”为原则的数字化智能工厂一定会成为潮流。客车制造企业的数字化智能工厂建设过程中，5G＋UWB 的应用，为数字化智能工厂在物理层面提供了基本的保障；智能装备的应用，有助于快速突破现有的生产效率瓶颈；数字化平台的建设则结构化地提升了企业运营效率。这一方案在现场实施的效果是显而易见的，对行业、地区也起到了示范和引领作用。

作者：安徽安凯汽车股份有限公司 王冬梅

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