如何规划汽车电子设备制造工厂CPS系统

数字化转型专题7：如何规划汽车电子设备制造工厂CPS系统

在规划汽车电子设备制造工厂CPS系统时，我们需要综合行业特性、市场环境、运营模式，将技术方案融合在企业战略和组织管理的框架之下进行设计与评价。汽车电子产业链具有三大特点：一是单个汽车厂商对芯片的需求量偏低。二是对产品可靠性和寿命要求极高。

三是产品认证周期长、标准严格。产品制造特性包括：高度自动化、精密制造、多样化生产。作为Tier1的汽车零部件供应商，企业面临的商业环境充满了市场需求波动大、产品品种定制化强、产品质量要求高。组织自身处于从外包代工转向自建工厂制造的过程中，在管理上和技术上都还存在诸多不确定性。

信息物理系统（CPS）是智能工厂的核心内容，它是通过集成感知、计算、通信、控制等技术构建物理空间与信息空间的交互，最终实现系统内部智能化资源配置，优化响应，它可以作用于需求、生产、制造、应用、服务全生命周期，围绕产品、装备、工具、客户、供应链等要素，提供数字化、网络化、智能化的跨设备、跨产线、跨工厂、跨行业的智能综合解决方案。主要包括三个要素，分别是通信、控制、网络。

CPS系统建设不是一蹴而就，通常需要基于企业战略进行3-5年的长远规划，具体规划的步骤如下：

步骤一：确定目标和需求

规划汽车电子设备制造工厂的CPS系统之前，需要明确目标和需求。确定目标和需求是规划的基础，需要考虑以下几个方面：

1. 生产目标：确定工厂生产的目标和产量，以及生产周期和生产流程。

2. 生产能力：考虑工厂的生产能力，包括设备、技术和人员，以及生产效率和产品质量。

3. 安全要求：考虑工厂的安全要求，包括设备和数据的安全，以及人员的安全。

4. 变化因素：考虑市场需求、技术变革和政策变化等因素对工厂的影响，以便实现CPS系统的自适应性。

5. 数据需求：考虑需要监控和优化的生产数据和设备数据，以实现CPS系统的数据管理能力。

步骤二：选型和设计

CPS系统是一个集成了各种软、硬件设备的系统，需要根据工厂的具体需求选择合适的设备和设计方案。在选型和设计阶段，需要考虑以下几个方面：

1. 系统架构：包括硬件和软件架构，关键是同时兼顾工厂的当前需求和未来规划，具备灵活的扩展性和稳定性。

2. 设备选型：根据工厂的生产需求选择合适的自动化设备，包括生产设备和测试设备。考虑系统控制和SCADA数据采集，注意设备运维程序集成性、相关接口授权购买、日志参数可配置。

3. 感知层设计：设计感知层，收集生产设备和产品的生产数据和设备数据。因为感知设备价格差异巨大，选型时注意设备的损耗和适用的场景。

4. 智能控制层设计：设计智能控制层，处理生产数据和设备数据，实现自适应控制和调节生产流程。初期可以MES系统自带安灯模块，实现对生产异常和质量问题的现场监控、跟踪、持续改进。

5. 通信与网络安全设计：设计通信网络架构，实现设备之间的数据交换和协同控制，保障通信稳定性和安全性。特别注意产线工位布局调整、生产网络隔离、外部攻击和数据泄露防止。

6. 数据管理系统：设计数据管理系统，对生产数据和设备数据进行管理和分析，实现实时监控和优化生产流程。通常应用包括线头控制屏、生产动态看板、管理监控和调度大屏，通常在后期考虑。

7. 人机交互设计：设计人机交互界面，实现人机协同工作，提高生产效率和质量。可以针对自动检测测量设备、搬运机械臂、电子货架、AGV自动补料车等设备进行适当考虑。

步骤三：实施和调试

在实施和调试阶段，需要对CPS系统进行安装和配置，并进行实际生产测试。具体步骤和注意事项包括：

1. 设备与软件安装调试：硬件设备的调试和测试关键在于设备之间或软硬件之间的联动性，需要协调不同品牌设备与软件供应商，针对卡控与预警功能点上做出场景化的模拟仿真。

2. 生产测试：此处难点在于测试环境无法完全模拟真实产线场景，需要在实际生产环境下进行测试，测试CPS系统的生产效率和产品质量，为此要对初期产品质量稳定性要进行严格监控。

3 故障排除和优化：在测试或试运行过程中，对系统出现的故障进行排查和修复，并对CPS系统进行优化和调整。问题诊断时特别留意一线人员无意识或习惯性操作，问题修复时需要对定制化功能或升级版本做好还原点备份。

步骤四：维护和升级

CPS系统的维护和升级是保障系统稳定运行和不断优化的关键。主要包括：

1. 设备维护：定期对设备进行维护和保养，确保设备的稳定性和可靠性，同时加强设备利用率的提升。

2. 数据管理：定期对生产数据和设备数据进行管理和分析，不断调整生产流程并优化CPS系统，使其能赋能精益生产和管理决策。

3. 系统升级：根据市场需求和技术变革，不断提升自身研发能力和健全系统开发管理流程，定期对CPS系统进行优化和升级，提高生产效率和产品质量。

4. 安全管理：定期对安全系统进行检查和更新，保障设备和数据的安全。特别注意新设备入网检测、网络设备冗余、外部攻击及时监控。

5. 培训和管理：结合岗位资格和技能要求，建立人才矩阵。对工厂人员进行数字化技术培训和管理，选拔关键用户，使其能够独立熟练掌握CPS系统的使用和运维。

总之，规划汽车电子设备制造工厂的CPS系统需要从目标和需求出发，选型和设计CPS系统，实施和调试系统，并进行维护和升级。在具体实施过程中，需要考虑工厂的生产特点和市场变化，为CPS系统的自适应性和灵活性提供基础，同时需要注重数据管理和安全性，精心设计和调试各个层次的系统，并定期进行维护和升级。只有如此，才能为工厂生产的高效率、高质量和高可靠性奠定基础。