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2024.04.13北京
【目录】
一、企业简介
二、项目背景
三、创新成果的内涵和创新点
（一）创新成果的内涵
（二）创新成果的创新点
四、创新成果的主要做法
（一）统一网络架构规范的构建
1.现场终端与平台数据互通的网络构建
2.三坐标测量终端网络架构的建立
（二）层层推进GQMS网络平台搭建
1.端：GQMS系统服务器搭建
2.管：网络通讯的贯通
3.云：GQMS系统软件平台搭建
4.用：GQMS应用模块设置
(三)GQMS在车身精度质量提升过程的实际应用
1.基于GQMS平台对车身质量问题进行数据追溯和测量分析
2.应用CAD数据实现全数字化解决车门的风噪问题
五、创新成果的实施效果
（一）打通数据壁垒推进北京现代沧州工厂物联网升级
（二）建立数字通道升级质量检测分析智能化发展
六、结论
01
【企业简介】
北京现代汽车有限公司成立于2002年10月18日，由北京汽车投资有限公司和韩国现代自动车株式会社共同出资设立，注册资本20.36亿美元，中韩双方各占50%.
北京现代沧州分公司是在国家京津冀协同发展战略指引下，首次在京外地区投资建设的集绿色、品质、智能于一体的现代化汽车制造公司，是京津冀协同发展战略提出以来，落户河北最高质量、最大体量的产业协同项目，也是北汽集团在京冀两地党委和政府的高度重视和具体指导下，积极践行京津冀协同发展战略、带动区域经济的重要成果。
沧州分公司及配套企业累计投资120亿元，占地2868亩，于2016年10月18日顺利实现量产，在京冀两地各级政府的大力支持下，先后量产的两款款车型：悦纳和新一代ix35均已成为北京现代的主销车型。量产以来整车累计产销量超过53万台，产值近400亿元，纳税近25亿元。2018年,沧州生产的发动机率先实现出口。2021年9月，沧州分公司量产了北京现代首款智能MPV库斯途，沧州分公司满产后，年整车生产将达到30万台，产值超过360亿元。
沧州工厂在智能化过程中实现了高度自动化、信息化和网络化，其中自动化主要体现在“5个100%自动化”：冲压车间实现了100%冲压自动化；车身车间实现了100%焊接和涂胶自动化；涂装车间实现了中、上涂内外板的100%喷涂自动化；总装车间实现了车型互换交叉生产的100%柔性化生产；发动机车间实现了发动机机加工的100%自动化。
信息化和网络化则具体表现在智能工厂建设的无缝集成信息系统，沧州工厂基础运营系统涵盖从销售订单生成到生产计划制作、生产式样及资材管理、生产序列及执行管理、质量管理、保全管理和设施管理的8大管理平台，构建了一整套网络。并因此在2020年评选为河北省智能制造标杆工厂。
02
【项目背景】
北京现代沧州工厂拥有先进的自动化生产设备，特别是车身车间拥有最全面的车身生产机器人，包括焊接机器人、涂胶机器人、组立机器人、检测机器人等共计300余台。
1.车身生产监控HIVIS系统和车身精度质量检测IQIS系统之间存在数据不互通的数据壁垒,时常因为数据提交不及时导致车身精度质量分析迟滞，对于大批量生产来说，会使改善出现严重滞后性；
2.车身的三坐标数据检测采用的是离散点阵数据对比的模式，由设计部门提供对应测量点的坐标数据，再由三坐标机采集实车数据，通过实际数据与理论数据的差值生成检测报告，不具备数据分析能力，依赖质量工程师的经验进行分析，耗时长。
3.由于车身很多位置具有复杂的曲面结构，对于一些影响总装安装精度的问题，无法通过三坐标测量点进行分析，需要借助工程师经验进行判断或者车身检具进行测量，但仍然存在误差，对提升车身精度不利。
为整合生产数据和三坐标检测数据以及提升三坐标检测及智能分析的能力，主要从以下两个方面入手：
1.打破数据壁垒，建立车身数据通用网络化平台。将HIVIS系统的日常检测数据以及质量复检的扫描单，通过统一的网络平台上传至质量工程师的电脑终端，工程师可以通过车号查到该车的详细信息包括生产信息、对应的生产设备、工艺参数等，从而消除因部门间的线下沟通导致的迟滞。将三坐标检测数据接入网络平台，并自动生成检测报告，通过车号信息可以查到该车的精度详细信息，减少因人员整理再提交导致的数据滞后性；
以上两点统一归入车身精度质量检测与分析智能化平台，形成全面质量管理平台，实现车身精度质量管理效率高效提升。
03
【创新成果的内涵和创新点】
北京现代沧州工厂引用“数据驱动质量”的概念即从检测和控制的角度出发，整合先进的车身尺寸检测技术和诊断控制技术，通过对数据建模分析来识别车身制造尺寸偏差源保证车身制造工艺的稳定性，提升车身制造精度质量。
利用现有的大数据网络，整合生产工艺参数管理系统和质量检测系统，以三坐标自动检测和智能分析为数据驱动，依托韩国现代自动化的强大实力建立GQMS（GlobalQualityManagementSystem）系统，即车身精度质量检测与智能化平台，通过这个平台可以快速收集工艺信息及精度数据，通过车号可以实时调取车身质量信息，且利用统一的网络平台甚至可以调取其他工厂车型的数据信息进行参考。通过该平台不但打通了各个工艺数据间的数据壁垒，建立了各个工厂间的数据交互通道，也实现了车身全生命周期的质量追踪及可追溯性。
北京现代沧州工厂汽车智能制造的创新应用是以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，打造端到端的3D数据流通道，以网络互联为支撑，通过将算力、数据和算法有机结合建立汽车智能制造创新应用的基础支撑平台。结合实际应用，以HIVIS系统作为对接大数据的底层数据信息系统以保障算法实时的真实场景，以三坐标智能检测设备平台作为硬件和软件为数据和算法提供计算能力，在算力和数据的双重保障下建立起针对汽车车身精度质量检测及分析的智能化平台。
北京现代沧州工厂所建立的智能化平台所包含的关键技术特征有：①体系流程自动化与系统管理；②完整的测量与传感器技术网络；③网络化通讯基础架构；④自动化和在线测量系统；⑤嵌入式大数据和数据实时逻辑软件；⑥统计监控。对接北京现代现有的应用制造执行系统（MES）、企业资源管理软件(ERP)及产品全生命周期管理软件(PLM)形成完整的PLM链条以及符合产品质量体系流程的PDCA数字化软件管理平台。
通过车身精度质量检测与分析智能化平台，现场/质量工程师可以实现：①进行实时/定时的数据监控，使用者提供电脑终端或者手持设备登陆网页即可获得丰富的质量信息对周期数据的汇总；②通过HIVIS系统提供的现场数据结合三坐标智能分析可视化数据可以进行全面的数据分析可以对车身精度质量问题的快速诊断并提出改善建议上传网络终端，实现车身质量及精度的动态改善；③建立完整的车身生产质量监控管理，通过车身识别码VIN(VehicleIdentificationNumber)实时/定时查询该车生产所用挂具、台车等设备信息，方便追溯该车的生产质量全周期，以及对应生产台车精度对车身精度的影响。
04
【创新成果的主要做法】
北京现代沧州工厂在搭建GQMS智能化平台的过程中，首先是统一现有各个数据端架构，从车身车间整体层面建立全域、互通和开放的互联工厂架构，具体而言，就是构建一个统一的架构规范；其次从实施深度上来讲，将平台结构划分为：数据→信息→知识→智慧，GQMS智能化管理平台的实施层级深度如图4-1所示。
图4-1GQMS智能化管理平台的实施层级
从推进平台建设的思路上来讲，遵循现有总体规划，不涉及费用的规范性工作优先进行推进，确保平台架构的统一性一步到位，选择数据采集和上传优先考虑不增加额外费用的现有数据，实现网络平台基本功能，后期采用迭代升级的方式进行开发。
图4-2GQMS平台分解逻辑示意图
目前北京现代沧州工厂车身车间所用网络分为生产网络（OT）和办公网络（IT）,通过各自的收集服务器将数据传送至各自终端，没有形成交互通路，以HIVIS系统中的车身焊接遗漏防范系统BWMS（BodyWeldingManagementSystem）为例，焊接机器人通过工位控制柜进行智能控制，且控制柜自带电脑终端，也就是说，若调取该工位所有机器人的焊接参数和状态，工程师需要来到该工位的控制柜处，利用控制柜的电脑进行数据导出，数据流如图4-3中蓝线所示。
随着统一网络架构的建立，利用控制柜网络端I/O接口，建立MES中转站，将各个机器人的焊接参数通过控制柜统一打包传送至中转站，再由MES系统分包到其他控制柜、电脑终端及现场电子现况板等，从而打通各个控制柜之间以及电脑操作端之间的数据通道，实现数据交互，红色线表示追加数据网络。
图4-3BWMS焊接遗漏防范系统升级示意图
2.1建立直接的CAD接口功能（DCI）
通过数据模型可以快速测量设置点数据，并生成分析报告，回传至系统终端，通过系统分析可以更快速的以可视化结果对检测点进行确认。如图4-4所示某车型顶盖测量可视化智能分析结果。
图4-4车身精度数据智能分析可视化结果
2.2建立三坐标数据通讯网络
图4-5三坐标测量终端网络架构
在进行各个子系统的网络搭建的过程中，北京现代沧州工厂也在搭建可以接入上述网络的大数据网络平台，按照“端-管-云-用”层层递进开展工作。
GQMS系统服务器由数据库服务器、网页服务器、应用服务器、备份服务器四部分构成。其中数据库服务器和应用服务器采用双机模式，一台出现问题能迅速切换到另外一台备用服务器上；网页服务器两台采用负载均衡模式，方便数据大量查询和下载；备份服务器存储每天备份新增加的数据，确保所有质量信息保存完整，以待后续使用人员查询分析。GQMS系统服务器架构如图4-6所示。
图4-6GQMS系统服务器架构图
北京现代沧州工厂车身车间作为最先进的智能化车间，其中在车身精度质量监控和测控的最主要的两套系统为质量整合检查系统HIVIS和车身精度质量检测IQIS系统，通过在HIVIS系统内部建立IQIS服务器，将两套系统在网络层面进行整合，以HIVIS系统作为主要网络接入系统，加入到GQMS平台。整合后的HIVIS系统结构如图4-7所示。
图4-7HIVIS系统通信连接图
车身精度质量检测与分析智能化平台基于北京现代沧州工厂对于车身质量数据管理和精度提升的迫切需求以及信息网络化对数据的交互实现高效提升，因此在模块设置上采用各个单位所需要的功能进行设置，包括有：数据采集、生产监控、数据管理、数据浏览、数据报表模块，如图4-9所示。
图4-9车身精度质量管理平台模块图
对于日常车身生产质量的监控有助于质量工程师分析车身质量变化的趋势，也可更高效的提升车身质量改善和把控质量目标的达成。
图4-10IGIS监控数据界面
不但可以通过表格对详细数据进行查阅，也可以通过检查趋势现况对合格率进行分析，对当月合格率进行评估，是否达到改善预期，且在质量追溯方面可以对总装发生涉及车身的质量问题进行调查，确认是否为批量发生问题。
案例说明：2021年12月，总装反馈某车型后尾灯与侧围安装出现干涉，导致灯罩与车身发生磕漆，现场排查确认两种原因：1.车身侧围单品来件不良，2.车身总成组立不良，两种情况都会导致车身精度不良，因此需要排查追溯确认根本原因。
首先通过VIN码调取该车的生产日期，确认对应前后日期内是否出现批量不良，通过调取数据确认仅发生日出现合格率有明显下降趋势，其余无明显波动，可以判定为单个发生非批量问题，如图4-11所示。
图4-11当月检查趋势现况图
其次针对上述两个方面调取该车的详细质量检查报告，通过GQMS平台可以调取车身的生产信息和检查报告单，对于是否是车身组立精度的问题，需要确认两方面的内容一个是车身生产的组立设备精度是否有问题也就是组立台车的精度，一个是确认在完成车状态下，是否出现组立不良的情况出现。通过平台的G-MES模块，可以查询该车的生产设备信息如图4-12所示，然后调取该设备的精度检查报告，确认台车精度数据如图4-13所示。
图4-12问题车对应生产台车编号
图4-13台车精度检测报表
通过对数据进行分析，台车组立主定位销共计8个点，定位偏差在0.2以内符合精度标准，因此可以排除是组立不良带来的干涉。
在完成车组立方面，利用平台的车辆别检查模块对上传的检查单进行确认，如图4-14所示，可以确认侧围在与其他车身部品匹配上没有发生明显位移，因此可以确认侧围在整车上的定位没有发生变化。
图4-14现场质量检查单记录
对车身单品进行分析，由于与后尾灯匹配位置的侧围形象是曲面，对于传统三坐标离散点测量无法对该位置进行确认，因此利用GQMS车身精度质量检测与分析智能化平台中的CAD模块对该位置进行数据测量分析，确认变化点，进而识别变形位置，测量结果如图4-15所示。
图4-15干涉点部位三坐标可视化分析结果
通过测量结果可以看出，干涉点位置在X方向有最大2mm以上偏差、Y方向有1.0左右的偏差，Z向偏差值较小，因此可以判定侧围外板单品存在精度不良，针对该批次入库品进行调查确认，由于该单品在搬运入库时，出现了磕碰导致变形，后期针对该问题，督促供应商加强人员教育以及入库检查，确认后续无再发生。
通过此案例以此类推，延申到车门外板、顶盖、等涉及车身外观的部品磕碰问题，定期对来件部品进行检测，历时1个月确认，合格率稳步提升至97%。
在某车型量产前的试制阶段，通过路试发现，当车速超过80Km/h时，左前车门后视镜部位出现明显风噪，经过目视检查可以确认后视镜与车门外板安装不匹配，如图4-16所示，
图4-16后视镜与车门外板匹配间隙
由于试制阶段车辆数有限，针对该问题需要等待实车验证改善的周期较长，因此在设计部门获得CAD数据模型信息，通过网络调用需要测量的车门总成CAD数据模型，有三坐标测量机DCI接口调入模型，建立部品坐标系，让部品坐标系和CAD模型坐标系进行匹配，选择CAD上需要测量的后视镜安装孔位置，然后测量机将数学模型作为理论基础值进行自动测量。
根据质量工程师经验分析，影响后视镜装配精度的因素有两个，一个是门内板后视镜安装面匹配不良，一个是门外板形象与后视镜搭接面匹配不良，两种因素对应两种改善策略，因此需要尽快判定。
首先确认后视镜在门内板安装面的匹配状态，通过自动测量并智能分析偏差得到的可视化结果如图4-17所示。测量因素包括后视镜安装定位孔和安装孔形位公差以及与后视镜安装面的面差，通过对这10点测量可以确认最大偏差在0.5mm以内，符合精度要求，因此排除内板问题。
图4-17门内板后视镜安装面精度测量智能分析可视化结果
对外板精度进行确认，主要确认安装孔周边与后视镜型面匹配精度，测量结果如图4-18所示，通过分析结果可以看出，车门外板测量的10个点中，在Y方向均出现了明显的超差，偏差在1.0mm，因此可以判定，本次路试车发生的风噪问题是由车门外板与后视镜匹配不良出现间隙导致的。
图4-18车门外板精度检测智能化分析结果
针对外观件，需要冲压针对此位置对冲压模具型面修正进行研讨，利用三坐标数据结果，修正外板形象。通过该报告经与冲压生技开会研讨后，对该位置进行模具修正，后在量产之前再次确认该问题无再复发，确认改善。
05
【创新成果的实施效果】
1．优化生产资源使用。构建企业级的物联平台，实现“端-管-云-用”的全面打通，信息基础设施高度互联，生产现场OT网络与办公IT网络高频次高复杂的数据交互，设备、软件、人员等各类生产要素不再被孤立地被管理和控制，自动化和信息化深度融合，实现信息实时/定时的传输和下载，从而提高效率，减少浪费。
2．优化产品制造质量。广泛利用和整合智能装备、智能终端和智能模块，实现制造过程中的可感知、可融入、可分析和可控制。在自动检测、自动测量、远程监控等先进技术的基础上，建立基于“一车一单”的全生命周期质量在线管控平台，实现对生产合格率、不合格缺陷、维修、反馈、反馈确认等关键质量目标的百分百实时监测，保证每一个车身、对应生产设备全程可追溯，有效提升产品质量。
1．发展大数据驱动的质量分析与控制技术。通过GQMS系统平台建立新的数字流通道，接入生产过程质量大数据流，进而实现质量分析的立体化，从单品入库质量、生产过程质量到生产完成后检测质量全方位数据流交织成一张立体质量网络，从生产的各个环节对车身生产质量进行分析，并利用大数据进行质量预测，实现工艺控制网络化，从而高效提升车身生产质量。
2．发展三坐标智能检测分析结果可视化技术。基于新一代PC-DMIS系统，以CAD环境为中心，代替传统脱机数据编程，通过DCI端口实现CAD模型无缝传输，避免因转换格式导致传输效率降低，并且基于系统的检测智能化分析，实现检测即分析无延时，并通过可视化的方式实现检测位置及智能分析结果，为质量工程师分析提升车身精度质量提供有力保障。
06
【结论】
北京现代沧州工厂车身精度质量检测与分析智能化平台的搭建是对智能制造升级的一次探索，实现智能制造的关键是对车身制造过程中的质量数据进行收集和分析，并将其结果及时反馈到生产运营中，以及将分析结果与其他功能模块进行融合，实现立体化质量分析，以推动企业全面网络化智能化发展。