中國汽車智能制造技術路線圖

預期目標

智能制造是《中國制造2025》的主攻方向，是落實制造強國戰(zhàn)略的重要舉措。智能制造是基于新一代信息技術，貫穿設計、生產(chǎn)、管理、服務等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。具有以智能工廠為載體，以關鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎、以網(wǎng)絡互聯(lián)為支撐等特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。

汽車工業(yè)是汽車發(fā)達國家智能制造重要的應用實施領域和突破口。主要表現(xiàn)在：

（ 1 ） 以無人駕駛汽車為代表的智能汽車產(chǎn)品研制。如美國Google的智能汽車聯(lián)盟計劃，技術上重點突破支撐汽車無人駕駛的新型傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、智能導航等。

（2）著力推進智能工廠和智能生產(chǎn)，支持以用戶為中心的個性化汽車產(chǎn)品生產(chǎn)模式。技術上重點突破企業(yè)內(nèi)部制造與信息系統(tǒng)之間的縱向集成、汽車產(chǎn)品生命周期上制造與信息系統(tǒng)端到端的集成、以價值鏈為導向的企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略層面的橫向集成。

（3）著力提升汽車生產(chǎn)過程和工藝環(huán)節(jié)的自動化和智能化水平。技術上以信息與物理系統(tǒng)融合為核心，推進機器人、3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能制造支撐技術的深化應用。
汽車智能制造需要立足我國汽車工業(yè)發(fā)展規(guī)劃和當前實際，以智能制造模式和技術體系為指導，通過十年的努力和持續(xù)改進，使我國汽車制造的自動化和信息化水平達到國際汽車制造發(fā)達國家的同等水平，通過汽車制造過程與先進信息控制技術的深度融合，形成若干個具有行業(yè)影響力的汽車智能制造示范工廠，行業(yè)的智能制造水平得到大幅度提升，如附圖所示。


目標如下：
（1）到2020年，全面夯實汽車制造工業(yè)自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化基礎，構(gòu)建示范性智能單元、智能生產(chǎn)線，突破智能車間、智能工廠關鍵技術；顯著提升設計、制造、管理一體化信息集成，制造過程自動化，實時管控水平；骨干汽車企業(yè)廠域感知設備和網(wǎng)絡空間覆蓋率達80%以上，單位工業(yè)增加值能耗下降20％，管理信息化普及率達到85%，數(shù)字化設計工具普及率達到90%。以工業(yè)機器人為代表的智能裝備完成從計算智能向感知智能發(fā)展，實現(xiàn)沖壓、焊裝、涂裝工位無人化生產(chǎn)。
（2）到2025年，智能決策軟件和智能裝備在骨干汽車企業(yè)大量使用，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與智能化技術的全面深化應用，構(gòu)建示范性智能車間，實現(xiàn)企業(yè)縱向、橫向以及端對端的全面集成。以機器人為代表的智能裝備完成從感知智能向認知智能發(fā)展，具有良好的語音識別等多模式人機交互功能，協(xié)作智能機器人實現(xiàn)廣泛應用，機器人集群作業(yè)具備機器人補位功能。
（3）到2030年，在全面數(shù)字化、網(wǎng)絡化的基礎上，汽車制造實現(xiàn)從設計、生產(chǎn)、物流到服務的全過程智能化，構(gòu)建一批智能制造企業(yè)，使汽車制造過程能動態(tài)適應環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)精準管控和環(huán)境友好制造及大規(guī)模定制生產(chǎn)。以機器人為代表的智能裝備實現(xiàn)認知智能，具備自我學習功能，機器人代替體力勞動向機器人局部代替腦力勞動轉(zhuǎn)變。


重點任務

智能制造通過制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化，是打造汽車企業(yè)未來核心競爭力的關鍵環(huán)節(jié)。在新的產(chǎn)業(yè)競爭環(huán)境下，決定競爭成敗的關鍵不再是設施規(guī)模、低勞動力成本等因素，技術、管理等軟實力和科技創(chuàng)新能力對競爭力的貢獻更為突出。競爭要素的變化直接導致我國汽車工業(yè)原有比較優(yōu)勢在削弱，對于總體處于 “工業(yè)2.0”補課、“工業(yè)3.0”局部應用的國內(nèi)骨干汽車企業(yè)提出了嚴峻挑戰(zhàn)，實施智能制造已是我國汽車工業(yè)建設世界強國、實現(xiàn)由大到強的重要途徑。

智能制造最顯著的特點體現(xiàn)在生產(chǎn)縱向整合及網(wǎng)絡化、價值鏈橫向整合、全生命周期數(shù)字化、技術應用指數(shù)式增長等四個方面。我國發(fā)展汽車智能制造的重點研究任務：


1. 汽車智能制造標準與技術體系
面向智能汽車和智能制造過程，從頂層規(guī)劃角度出發(fā)，研究構(gòu)建汽車智能制造技術體系，為我國汽車工業(yè)推進智能制造提供框架體系支撐。
主要研究內(nèi)容包括：
（1）汽車智能制造標準體系研究。
（2）汽車智能制造工藝及裝備技術體系研究。
（3）汽車制造CPS技術體系研究。
（4）汽車制造智能管控體系研究。
（5）智能汽車標準與安全體系。

2. 汽車智能制造車間傳感物聯(lián)網(wǎng)絡與大數(shù)據(jù)平臺技術
以汽車制造車間為對象，研究網(wǎng)絡覆蓋制造過程全要素的實時感知與傳輸?shù)年P鍵共性技術，實現(xiàn)車間運行實際過程數(shù)字化，支撐車間實際運行過程的仿真、優(yōu)化、實時控制，為車間綜合智能管控提供支撐平臺。
主要研究內(nèi)容包括：
（1）汽車制造車間感知網(wǎng)構(gòu)建技術。
（2）汽車制造車間網(wǎng)絡信息安全控制技術。
（3）面向產(chǎn)品生命周期的數(shù)字量流轉(zhuǎn)與接口設計技術。
（4）三維模型的海量工藝數(shù)據(jù)傳輸技術。
（5）汽車制造過程的海量異構(gòu)大數(shù)據(jù)組織技術。

3. 面向個性化定制的柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃與集成技術
智能制造的一個重要目標是能夠根據(jù)用戶需求實現(xiàn)產(chǎn)品的個性化定制生產(chǎn)，這在未來的汽車生產(chǎn)中體現(xiàn)尤為突出。研究面向汽車個性化定制的柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃、設計與集成技術，為汽車生產(chǎn)模式的變革提供技術支撐。
主要研究內(nèi)容報括：
（1）柔性制造系統(tǒng)單元的模塊化設計技術。
（2）物料儲存與搬運技術與裝備。
（3）柔性制造系統(tǒng)重構(gòu)與任務切換技術。
（4）柔性生產(chǎn)線的構(gòu)型與設計技術。
（5）可重構(gòu)柔性制造系統(tǒng)的集成控制技術。

4. 虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實及其混合現(xiàn)實技術（VR/AR/MR）
重點研究虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實及其混合現(xiàn)實技術在汽車智能制造工廠過程與操作仿真、運行監(jiān)控中的應用。支撐汽車制造車間/工廠虛擬與物理系統(tǒng)的融合。
主要研究內(nèi)容包括：
（1）智能工廠的布局優(yōu)化仿真。
（2）智能工廠人體工程學仿真。
（3）智能工廠的排序與平衡問題仿真。
（4）智能工廠的自動物流仿真。
（5）增強現(xiàn)實技術在汽車裝配操作中的應用。
（6）混合現(xiàn)實技術在汽車制造中的應用。

5. 汽車制造過程與工藝大數(shù)據(jù)技術及其應用
大數(shù)據(jù)在未來汽車設計、制造、服務和回收等全生命周期過程中將發(fā)揮愈來愈重要的作用。數(shù)據(jù)和智能決策是智能制造透明化生產(chǎn)的核心，研究汽車產(chǎn)業(yè)鏈上大數(shù)據(jù)技術及其應用成為汽車企業(yè)核心競爭力的關鍵。
主要研究內(nèi)容包括：
（1）汽車制造過程和工藝大數(shù)據(jù)分析技術。
（2）大數(shù)據(jù)可視化技術。
（3）基于大數(shù)據(jù)的企業(yè)知識工程與創(chuàng)新技術。
（4）基于大數(shù)據(jù)的制造過程與工藝優(yōu)化技術。
（5）大數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量分析與控制技術。

6. 汽車制造智能綜合管控技術
以汽車零部件制造和總裝為對象，研究突破車間計劃、質(zhì)量、物流、安全等業(yè)務領域智能化管控的關鍵共性技術，支撐制造過程數(shù)據(jù)實時采集、分析、決策及反饋執(zhí)行的閉環(huán)管理機制，實現(xiàn)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的制造過程智能化管控，解決車間管控精細化程度低、數(shù)字化智能化水平弱、效率低等行業(yè)共性難題。
主要研究內(nèi)容包括：
（1）車間自適應調(diào)度與排產(chǎn)技術。
（2）大數(shù)據(jù)驅(qū)動的質(zhì)量管控技術。
（3）時空感知的車間物流實時管控技術。
（ 4 ） 安全生產(chǎn)智能監(jiān)控技術。
（5）生產(chǎn)資源的平衡與再平衡技術。
（6）PLM/ERP/CRM/SCM/MES無縫集成技術。
（7）車間智能綜合管控平臺iMES系統(tǒng)開發(fā)。

7. 工業(yè)機器人技術及其在汽車智能制造中的應用
智能裝備技術的發(fā)展將由部件發(fā)展模式向系統(tǒng)發(fā)展模式轉(zhuǎn)變， 機器人的設計和開發(fā)必須考慮和其他設備互聯(lián)和協(xié)調(diào)工作的能力。汽車行業(yè)中機器人的設計和應用集中在方法、工具和步驟上，機器人技術的不斷發(fā)展與應用讓工廠降低成本，同時加強了質(zhì)量管控以及提高了生產(chǎn)效率。未來工業(yè)機器人將發(fā)展以下關鍵技術：
（1）輕量化、低能耗技術：隨著炭纖維等新材料的出現(xiàn)以及關于彈性臂的研究，機器人臂輕量化將不斷突破，有可能實現(xiàn)長期以來人們所追求的負載/自重比為1∶2的輕型機器人。
（2）精密驅(qū)動技術：開發(fā)耐高溫及具有高效矯頑力的磁性材料,把力及力矩傳感器、加速度傳感器等和電機及驅(qū)動單元組合成新傳感驅(qū)動單元，使機器人更加靈活、精確地完成各種復雜的工作。
（3）移動性能技術：目前的汽車行業(yè)機器人多為固定式六軸機械手，對機器人的應用局限于它本身的位置定位和工作半徑，開發(fā)基于AGV與機器人結(jié)合等機器人移動技術，未來移動式機器人將使機器人具有“補位”意識，真正實現(xiàn)高效多能。
（4）嵌入式立體感知與安全技術：機器人在很長一段時間內(nèi)存在著人機交互操作的危險性，所以在一定范圍內(nèi)布局和路徑都受到一定約束。隨著立體視覺傳感感知技術的逐步成熟，將視覺傳感系統(tǒng)嵌入機器人手臂中，通過對光源、相機、微處理器的整合，對圖像進行濾波降噪處理、特征提取并將處理結(jié)果實反饋至機器人抓手，可以實現(xiàn)機器人的3D自動抓取作業(yè)。
（5）通用標準研究：未來機器人發(fā)展做到同等負載水平機器人在不同應用硬件配置和軟件應用具備很強通用性。軟件上實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入后即可實現(xiàn)機器人的更換應用，完成設備快速對接。編程語言和通信接口在內(nèi)的各項技術都將在行業(yè)中得到統(tǒng)一標準。
（6）基于深度學習的雙臂協(xié)作機器人技術：機器人通過頭部攝像頭、手部攝像頭、力傳感器等傳感器獲取工況信息，對數(shù)據(jù)進行預處理并進行融合后輸入神經(jīng)網(wǎng)絡，通過不斷嘗試最終獲取模型參數(shù)，完成復雜作業(yè)。在汽車制造裝配工位具有很好的應用前景。
（7）基于人工智能的智能管理機器人：隨著虛擬現(xiàn)實技術、室內(nèi)地圖自動重構(gòu)技術、導航技術以及移動機器人技術的發(fā)展，智能服務機器人將走進工廠，替代人類從事部分腦力活動，包括生產(chǎn)車間巡檢、機器人工作班組管理、產(chǎn)品品質(zhì)管理等。
（8）機器人仿生控制技術：在機器人技術和仿生學技術發(fā)展到一定程度后，人工肌肉驅(qū)動技術，新仿生材料、智能驅(qū)動材料，復雜物體抓持的仿生靈巧手的構(gòu)型設計與操作技術將在機器人的汽車生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)。


面向汽車零部件制造、裝配、質(zhì)量控制等環(huán)節(jié)，還需研發(fā)基于工業(yè)機器人的智能制造應用系統(tǒng)：
（1）機器人搬運與上下料系統(tǒng)：圍繞汽車車身沖壓、總裝、以及汽車發(fā)動機加工的制造過程，研制機器人末端柔性抓取、位置及操作列感知單元，組建機器人搬運與上下料系統(tǒng)。
（ 2 ） 機器人焊接與連接系統(tǒng)：重點突破機器人焊接力-位-電等參數(shù)綜合檢測、機器人涂膠路徑和質(zhì)量跟蹤檢測等關鍵技術，集成開發(fā)機器人焊接與連接應用系統(tǒng)。
（3）多機器人協(xié)同的在線檢測系統(tǒng)：集成視覺傳感檢測、協(xié)同控制技術，開發(fā)多機器人協(xié)同的汽車零部件制造和總裝質(zhì)量的在線檢測系統(tǒng)。
（4）編程技術：離線編程和拖拽編程。目前的編程語言仍然是供應商獨立開發(fā),各式各樣。在今后的發(fā)展中,隨著機器人控制器采用通用計算機已成為一個主流,機器人語言完全可以像計算機語言一樣規(guī)范化,這將大大有利于系統(tǒng)集成,便于系統(tǒng)的編程、仿真及監(jiān)控。

8. 傳感器技術

要實現(xiàn)汽車生產(chǎn)過程的自動化、定制化作業(yè)，需要各種高精度數(shù)據(jù)傳感器智能感知傳感技術。在未來的發(fā)展方向中，需賦予傳感器“智慧”職能，傳感器不僅能完成識別、檢測功能，還能對品質(zhì)、安全、自動化等信息進行采集分析，這樣需要開發(fā)具有數(shù)據(jù)存儲和處理、自動補償、通信功能的低功耗、高精度、高可靠性的智能型光電傳感器、智能型接近傳感器、高分辨率視覺傳感器、高精度流量傳感器等。

主要研究以下技術：
（1）視覺檢測技術：智能相機、三維激光等技術已經(jīng)開始在汽車生產(chǎn)制造過程中逐步應用，將通過3D激光技術對車身三坐標檢測、自動焊裝孔位檢測等實現(xiàn)在線檢測。
（2）物聯(lián)網(wǎng)RFID識別及可追溯技術：將汽車產(chǎn)品賦予“身份”，可實現(xiàn)全柔性生產(chǎn)及全生命周期的可追溯。
（3）安全傳感技術：人機協(xié)作存在人機安全問題。光電傳感器等在工作區(qū)域內(nèi)劃定安全范圍，檢測人機干涉的問題，確保人和設備的安全。
（4） 傳感器柔性自動化技術：汽車生產(chǎn)逐步走向多品種、小批量、定制化制造，傳感器的識別功能能夠很好的實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，對工件進行識別，對生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行感知，從而控制整個生產(chǎn)過程。
（5）自動導航傳感技術：能對移動機器人的工作提供路徑規(guī)劃和引導作用。
（6）下一代仿生傳感技術：傳感器的進一步技術突破，將模擬人類視覺、聽覺、觸覺、味覺等傳感技術，包括人工皮膚傳感技術，肌電/腦電人體意圖傳感技術等。