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奥迪智慧生产:定义未来生产模式

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奥迪智慧生产:定义未来生产模式

 不设固定生产速度的模块化组装满足多样化产品需求,降低流程复杂性
 虚拟检测成为连接设计、技术开发与生产之间的数字化桥梁
 Spot机器狗高效支持生产车间的3D扫描
 VR技术通过虚拟形式实现全球联网的生产规划

奥迪正积极创建互联、高效、可持续的生产模式。面对日益多元的产品阵容、电动化转型、供应链发展及政治环境的不确定性,公司将通过打造富有韧性、敏捷、灵活的价值链从容应对未来挑战。“我们正充分发挥协同效应,将生产视为一个整体,从员工到自动化全流程,”奥迪汽车股份公司管理董事会生产和物流董事葛惟柯(Gerd Walker)表示:“在开放、创新的氛围下,我们鼓励灵活高效地利用资源,确保数字化转型带来更好的价值。”

与传统生产模式相比,模块化生产有何优势?

一个多世纪以来,流水线生产是汽车产业制造的主要生产模式。但如今随着多样化、个性化的用户需求日益增加,汽车组装的流程和部件越来越复杂,严格遵循生产步骤的流水线方式面临窘境。“模块化组装是我们应对未来挑战的方法之一,”葛惟柯表示:“我们正利用数字技术提高员工工作效率,实现更灵活、更高效的组装流程。”在奥迪生产实验室,项目经理Wolfgang Kern的团队正在测试用于量产的模块化组装。

在奥迪英戈尔施塔特工厂,奥迪正将这种模块化组装理念应用于内饰门板预装环节。在试点项目中,工作任务不再遵循统一的顺序,而是被灵活安排,以满足特定需求。门板将被自动导引车直接运送到所需部件的各个站点。“以价值创造和灵活调节为导向,我们的生产时间大幅减少,生产效率提高了约20%。”Wolfgang Kern表示。此外,奥迪可将模块化组装与具体的生产步骤有机结合,进一步提升效率。例如,如今一个工作人员就可完成遮阳板安装,而此前,由于流水线预先设定了节奏,这项任务必须由两到三个人分担。这种灵活系统的另一个重要优势是,奥迪可以雇用因身体条件限制不能在生产线上工作的残障人士。该试点项目提供了十分有价值的成果,将有助于奥迪工程师进一步开发模块化组装的进一步应用。Wolfgang Kern团队的下一步工作是将模块化组装系统更大规模地应用到预装环节中,实现更大范围的灵活高效生产。

在生产方面,奥迪如何在设计与开发流程当中应用虚拟技术?

利用虚拟技术,奥迪可以在不同环境与不同照明条件下,快速有效地检查车型的各种设计和配置。当下的一项紧迫任务,是尽可能地缩短由设计到量产的时间和步骤,尽快将车型推向市场。为此,专家们会从车型早期研发开始到相关生产工具的应用,反复确认方案,以确保在批量生产中能够实现这些设计细节。在这套被称作“数据管理里程碑”的流程中,车辆外观方案的确认代表着其最终步骤的完成。

在这一过程中,最重要的工具是叫做“powerwall”的大屏幕。利用该屏幕,奥迪可以1:1还原真车。同时,结合一个拥有26,000个中央处理器的大型计算机集群对物理条件下光、影、反射的可视化计算,汽车可以逼真地呈现出真实场景下的面貌。这是虚拟决策过程的重要基础。同时,专家们正越来越多地通过使用头戴式显示器,从客户角度体验车型。由于这套特别的虚拟现实系统可以在标准化软硬件设备上运行,因此安装快速灵活,可供多人使用,亦可在奥迪全球其他生产及设计基地轻松重建。

这项技术也适用于车辆生产的容错管理。利用该技术,奥迪可从建设性和定性两个角度制定车型生产的规范。通过车身3D模拟,奥迪可在车辆图像中提前判断零部件和组装公差的影响,然后利用虚拟现实技术将模拟结果可视化。这样一来,奥迪生产专家可以不受时间和地点限制,参与到设计与开发过程中,而“亲身”参与这一过程几乎不会增加成本。这也是他们第一次在生产基地参与车辆开发。

虚拟装配规划在智慧生产中的核心优势是什么?

虚拟装配规划不仅可以节省材料资源,还可实现不同地点之间创新、灵活的协作。规划过程不再需要生产原型车。通过扫描生成的3D点云可用于机器和基础设施的在线重现和虚拟“逆向开发”。这套软件系统基于人工智能和机器学习,让奥迪员工可以远程体验整个装配线。同时利用大众汽车工业云,员工们可以比较不同工厂的情况,并在规划中借鉴其他生产线的解决方案。

目前,奥迪正与NavVis合作测试Spot机器狗,以便更高效地完成3D扫描。自2017年生产基地数字化以来,该扫描项目已覆盖约400万平方米和13家工厂。在生产奥迪A6时,奥迪内卡苏姆工厂在单班制的情况下用了三周时间完成了对10万平方米的扫描。扫描工作只能在晚上或周末进行,台阶和门等结构性障碍也加大了难度。

相比之下,Spot机器狗可在48小时内完成扫描并自动确定路线。自2021年12月以来,奥迪一直在密集测试Spot机器狗。“测试结果非常有潜力,而且支持定期更新,”奥迪项目经理André Bongartz表示:“随着输入数据持续涌入,我们可将这些数据用于新车型的规划。”任何范围的3D扫描都将集成至由奥迪虚拟装配规划负责人Andrés Kohler管理的虚拟图像中。“将所有规划数据合并至数字孪生模型中,我们就可提前数年全面了解未来的生产规划。”Andrés Kohler表示。就像真正的工厂一样,数字孪生模型包括了车间、输送机技术、工具、货架、集装箱及新的奥迪车型。

组装顺序和物流,主要是由跨部门团队在“3D流程研讨会”中进行设计和优化。借助数字孪生模型和内部VR解决方案,奥迪充分利用数字化和可视化的优势,及时获取每日更新的零部件数据和各车型图等信息。“最重要的是,我们以未来整体汽车生产的前瞻视角,看待当下的生产。”Andrés Kohler表示。他认为团队协作也是关键:“每次戴上VR眼镜,在虚拟世界中与同事见面时,我总是激动不已。我们通过查看虚拟模型或计算机生成图像,共同分析实时模拟中的生产流程。必要时,我们也会一起在系统内讨论如何优化组装顺序与工作环境,如怎样设置所需工具的制造材料等。”

奥迪如何在生产中节约能源?

奥迪英戈尔施塔特工厂一年消耗的能源与整个城市的市政能源使用量相当。数据与分析是推动节能的重要手段。奥迪内部开发的能源分析工具能通过明确生产和非生产时间的高能耗项目,有效节约资源,提高生产可持续性。首先,专家以统一格式收集不同来源的数据,如整车和零部件、喷漆房或焊枪的能源数据、建筑内照明和通风的能耗信息等。之后,他们将相关信息与能源专员共享,以分析能源使用情况。如能源需求超过了预设限值,能源专员将评估原因,并采取相应措施减少生产过程中的能耗,甚至减少生产区域的基本负荷。2021年,奥迪通过能源分析和流程改进,在英戈尔施塔特工厂节省了约3.7万兆瓦时的能源。

奥迪如何在生产中应用人工智能?

人工智能和机器学习是奥迪数字化转型和现代生产的核心技术。奥迪英戈尔施塔特工厂的冲压车间通过应用基于人工神经网络软件支持的人工智能算法,高效识别组件的细微缺陷并进行标记。该解决方案还可以通过深度学习技术——一种特殊的机器学习技术,处理非结构化和高维数据量。奥迪团队花费几个月时间,运用了数百万个测试模式来训练人工神经网络,其数据库包含所有奥迪自有工厂和几家大众工厂的冲压车间图像,容量高达数TB。

在另一个试点项目中,奥迪应用人工智能检查内卡苏姆工厂量产车型的点焊质量。例如,将奥迪A6车身中的各个组件连接起来大约需要5,300个焊点。迄今为止,奥迪员工一直使用随机超声分析来监测电阻点焊(WPS)的质量。作为WPS分析试点项目的一部分,人工智能能实时自动检测质量异常情况。目前,算法、智能仪表板、深度质量分析应用均已用于奥迪A6和奥迪A7车身焊接环节,这也为未来数字互联生产中其他技术的应用提供了良好范例。

边缘云智能制造(Edge Cloud 4 Production)背后的理念是什么?

基于本地服务器解决方案——边缘云智能制造,奥迪正重新定义自动化技术在汽车产业制造应用的范式。该解决方案在奥迪生产实验室(P-Lab)测试成功后,将在奥迪Böllinger Höfe工厂——奥迪运动产品的生产基地,进行量产试点。三台本地服务器将替代人工负责工厂调度。在奥迪Böllinger Höfe工厂,奥迪e-tron GT与奥迪R8共用一条组装线,这种小规模电动车生产线尤其适合进行测试,为日后应用在更大规模生产中试水。奥迪希望成为全球首个在流水线生产中使用集中式服务器解决方案的汽车制造商。若服务器基础设施持续稳定运行,奥迪将在大众汽车集团推广这项自动化技术,用于未来大规模生产。

借助边缘云智能制造,集中式本地服务器可替代昂贵的工业电脑。这一解决方案还可根据各个虚拟客户端的生产总需求,平衡需求波动,保持生产力稳定,从而更有效地利用资源。这也会节约生产时间,比如在加速软件发布、操作系统变更方面,并节约IT相关费用。奥迪汽车股份公司管理董事会生产和物流董事葛惟柯表示:“奥迪正在进行革命性创新。过去,要引入新功能就必须购买硬件设备。现在有了边缘云智能制造,我们仅需要购买相应的软件应用程序。这是奥迪迈向信息化生产的关键一步。”

未来数字化生产的新思路从何而来?

奥迪在海尔布隆教育园区与慕尼黑工业大学、弗劳恩霍夫工业工程研究所(IAO),在数字化领域开展密切合作。作为奥迪数字化转型的灵感来源与重要驱动力之一,奥迪“2025汽车倡议(AI25,Automotive Initiative 2025)”旨在建立世界领先的专业知识网络,推动工厂数字化转型与创新。奥迪内卡苏姆工厂将作为大众汽车集团数字化转型的试点工厂, Böllinger Höfe的生产实验室也将发挥至关重要的作用。此外,奥迪还将利用盖默斯海姆的生产实验室进行新技术的研发与创新,并将新技术应用于生产流程中。奥迪的专家们将通过与用户的密切交流,测试创新解决方案在量产中的应用潜力。

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Zhu Miao
企业传播
邮箱: Miao.Zhu@audi.com.cn

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