新能源汽车及动力电池行业智能制造探索与实践——罗克韦尔自动化新能源汽车及动力电池行业白皮书www.rockwellautomation.com.cn白皮书50www.rockwellautomation.com.cn行业洞察INDUSTRYINSIGHT关于我们罗克韦尔自动化(NYSE:ROK)是全球最大的工业自动化和数字化转型领域的企业之一。我们致力于充分发挥人类的想像力与科技的潜力，为人类创造更多的可能性，让世界更具生产力和可持续性。罗克韦尔自动化公司总部位于美国威斯康星州密尔沃基，拥有员工约24,000名，客户遍布全球100多个国家和地区。罗克韦尔自动化于1988年进入中国，迄今已超过三十载。我们在国内拥有超过2,000名雇员，并设有24个销售机构（包括香港和台湾地区）。目前已成立4个培训中心，1个研发中心，大连软件开发中心，深圳、上海和北京OEM应用开发中心，两个生产基地。作为智能制造引领者，罗克韦尔自动化将SEEE（安全、节能、环保、高效）可持续发展观全面贯彻于智能制造，旨在通过领先的自动化、数字化和智能化技术为各行业深度赋能，依托IT/OT融合创新的互联企业解决方案，推动中国社会的可持续发展，引领未来无限可能。新能源汽车及动力电池行业白皮书·行业洞察1编辑委员会感谢参与撰写罗克韦尔自动化《新能源汽车及动力电池行业白皮书》的各位编者，感谢他们基于对行业发展和相关技术应用的洞察，提出的独到见解和前瞻看法。韩碰军罗克韦尔自动化（中国）有限公司智能制造顾问经理戴鹏飞罗克韦尔自动化（中国）有限公司智能制造研究院院长新能源汽车及动力电池行业白皮书1张鹏罗克韦尔自动化（中国）有限公司行业经理史占星罗克韦尔自动化（中国）有限公司方案顾问经理行业洞察1.1新能源汽车产业快速发展的核心驱动力....................................................41.2新能源汽车、动力电池市场的竞争格局及未来展望..................................51.3当下新能源汽车及动力电池企业的痛点与挑战..........................................8产业升级2.1头部企业愿景和目标................................................................................102.2智能制造顶层规划蓝图及实施路径...........................................................122.3如何打造面向未来的数字化工厂...............................................................142.4以需求为导向的敏捷供应链......................................................................15解决方案3.1罗克韦尔自动化智能制造整体解决方案....................................................183.2磁悬浮输送技术颠覆传统输送系统...........................................................203.3从精益生产到智能制造.............................................................................223.4采用MES系统打造智慧车间....................................................................233.5工业物联网赋能新能源车企业务升级........................................................243.6面向未来智能工厂的工业以太网...............................................................253.7电控系统标准化助力造车新势力快速发展.................................................263.8数字孪生技术超越现实.............................................................................273.9智能运维体系全面提升竞争力..................................................................293.10基于SaaS平台的信息化布局...................................................................313.11智慧厂务系统全方位支持数字化工厂........................................................32实践案例4.1新能源汽车四大工艺系列案例..................................................................354.2支持电池包生产线的快速投产..................................................................404.3助力新能源企业打造世界级灯塔工厂........................................................424.4构建工业物联网平台................................................................................454.5可视化的智能制造云平台.........................................................................472新能源汽车及动力电池行业白皮书目录CATALOGUE在新一轮科技变革之下，新能源汽车行业呈现快速发展的态势。作为国家战略性新兴产业，来自政府和地方的政策支持，加速新能源汽车产业朝着“低碳化、信息化、智能化”方向发展。各大车企高度重视新能源汽车产品，供应链资源优先向新能源汽车集中，随着市场渗透率的持续提升，新能源汽车已然成为汽车行业的确定性趋势。特别是随着气候变化对环境的影响，全球汽车排放标准日益严苛。面对“碳达峰”“碳中和”的目标，新能源汽车行业的发展将会对节能、环保、减排、减碳起到强劲的推动作用。行业洞察Report新能源汽车及动力电池行业智能制造探索与实践4www.rockwellautomation.com.cn行业洞察INDUSTRYINSIGHT1.1新能源汽车产业快速发展的核心驱动力科技驱动在新一轮科技变革之下，电动化、网联化、智能化、共享化已成为全球汽车产业的发展趋势，大力发展新能源汽车，是世界各国的前瞻共识。围绕新能源汽车的关键部件，诸如电池、电机、电控等，无论是设计与开发，还是生产和制造，乃至应用与服务，都在持续创新迭代，这使得新能源汽车的整车性能不断提高，终端消费者的用户满意度也在逐步提升。2021年，全球新能源汽车继续呈现爆发式增长的良好态势，这也在某种程度上反映了科技创新的强大力量。政策引领针对气候变化对环境的影响，全球汽车排放标准日益严苛。2020年9月，中国政府明确提出了2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”的目标。汽车行业作为碳排放大户，在节能、环保、减排、减碳方面任重道远。“双碳”目标势必对新能源汽车的发展起到强有力的推动作用。中国政府高度重视新能源汽车的发展，将其作为国家战略性新兴产业的重点发展对象，国家和地方先后推出了包括购车补贴在内的600多项支持政策，涵盖技术创新、推广应用、安全监督等各个方面，加上“双积分”政策，都将加速新能源汽车产业朝着“低碳化、信息化、智能化”方向发展。市场飙升我国新能源汽车销量2011年仅为0.8万辆，科技创新是新能源汽车产业快速发展的核心驱动力。2016年开始爆发式增长，2018年快速突破了100万辆，2021年继续跃升到了352.1万辆，并从2015年起，连续7年保持着全球第一的地位。截至2022年6月底，中国新能源汽车保有量已突破1000万辆，占全球新能源汽车保有量的一半以上。中国汽车工业协会2022年7月发布的数据显示：2022年1～6月，我国新能源汽车产销分别完成了266.1万辆和260万辆，同比均增长1.2倍，市场占有率达到21.6%。其中，新能源乘用车销量占乘用车总销量的比重达到24.0%，中国品牌乘用车中新能源汽车占比更是达到了39.8%。2022年上半年，新能源汽车产销尽管也受到了疫情的影响，但各大车企高度重视新能源汽车产品，供应链资源优先向新能源汽车集中，从目前发展态势来看，整体产销完成情况超出预期。随着市场渗透率的持续提升，新能源汽车已然成为汽车行业的确定性趋势。近三年中国新能源汽车月度产销量增长趋势60402002020年2021年2022年（万辆）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月59.62011年到2021年中国新能源汽车年度产销量增长趋势数据来源：中国汽车工业协会40030020010003.47.91.81.30.82011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年352.1136.612779.451.7124.2数据来源：中国汽车工业协会新能源汽车及动力电池行业白皮书·行业洞察51.2新能源汽车、动力电池市场的竞争格局及未来展望单位：辆单位：辆新能源汽车市场竞争格局在新能源汽车发展的国际赛道上，全球多个国家和城市已提出了明确的燃油车禁售时间表，部分国家还出台了多项扶持政策以促进行业发展，所有车企都制定了中长期的电气化战略并积极行动，汽车市场的竞争格局正在因电气化而全面重构。在中国，新能源汽车市场格局目前已初具雏形，传统车企在这一领域中仍占绝对优势，但“新势力”的发展后劲也不可小觑。尽管这几年特斯拉发展势头一直非常强劲，但在中国市场的表现来看，从2021年开始，比亚迪已经超越了特斯拉。根据2022年6月相关数据，比亚迪的新能源汽车销量连续4个月破10万＋，成为2022年上半年的全球新能源汽车销量冠军。在乘联会发布的“2022年8月新能源汽车行业月报”中，累计来看，新能源厂商前十榜单排名相对稳定，比亚迪、上汽通用五菱和特斯拉（中国）位居前三。2021年中国新能源汽车市场格局传统车企一直持续发力，希望在新能源汽车市场中弯道超车。一汽提出“十四五”战略目标是营收过万亿，其中新能源车销量超过100万辆。上汽计划到2025年在全球实现新能源汽车销量超过270万辆，2022年上汽将继续加快发展新能源汽车，同时希望2022年8月/1-8月新能源市场销量排名图片来源：乘联会数据来源：WAYS监测零售量资料来源：中国汽车流通协会2022年8月新能源市场排名TOP10厂商2022年1-8月新能源市场排名TOP10厂商比亚迪上海通用五菱特斯拉（中国）长安汽车广汽埃安吉利汽车奇瑞新能源合众汽车一汽-大众蔚来汽车156,108209.4%5.6%174.3%187.2%89.5%158.5%75.7%94.8%118.3%63.2%32.5%7.6%7.4%4.8%4.7%3.5%2.9%2.4%2.2%2.2%36,70435,63822,87922,53716,60213,73611,76010,69110,570同比占比同比占比比亚迪上海通用五菱特斯拉（中国）广汽埃安奇瑞新能源长安汽车吉利汽车小鹏汽车合众汽车理想863,604291.0%21.9%57.9%97.0%176.3%111.9%176.1%101.4%180.1%57.2%28.6%9.7%8.1%4.3%4.0%3.4%3.0%3.0%2.7%2.5%292,862242,777128,834121,478103,98991,56389,96282,11376,5816www.rockwellautomation.com.cn行业洞察INDUSTRYINSIGHT已推出的新品牌——智己汽车能够成为国内自主智能电动豪华品牌的新标杆。长安汽车将进一步推进“香格里拉”计划，未来几年将推出全系列自主板块26款全新智能电动汽车；江淮汽车深耕新能源汽车领域十年以上，累计推广应用新能源汽车超过17万辆。此外，上汽通用五菱、吉利汽车、奇瑞汽车、广汽埃安等，均在新能源汽车领域发展向好。造车新势力当中，蔚来汽车、小鹏汽车、理想汽车等在高端化产品方面逐渐实现突破，随着品牌提升和车型矩阵铺开，市场份额加速扩张。根据蔚来汽车公布的2025年高速换电网络、第三代换电站、500kW超充桩等规划，蔚来将计划陆续推出峰值功率500kW、峰值电流650A的液冷超级快充桩和第三代换电站等全新加电设施。小鹏汽车持续完善自己的车型矩阵，并在三电、自动驾驶以及智能座舱方面持续深入研发。理想汽车2025年的战略目标是20%的市场份额，致力于成为中国第一的智能电动车企业。动力电池市场的竞争格局作为新能源汽车的核心零部件，以锂离子电池为主流的动力电池，不仅承载着新能源汽车能量存储的基本功能，而且是转换装置的重要单元。动力电池市场的格局走势对整个新能源汽车行业发展至关重要。中国汽车动力电池产业创新联盟发布的相关数据显示，2022年1～5月，全球动力电池装机总量为157.4GWh，同比上升77.3%，已连续23个月呈增长态势。在2022年1～5月的全球动力电池行业月度排名中，中国企业占了TOP10当中的6个席位，宁德时代位居榜首，比亚迪排名第三。宁德时代1～5月的全球装机量为53.3GWh，同比提高112%。比亚迪位列榜单第三位，其今年1～5月装机总量达到19GWh，市占率超过12%。2021年全年，松下的动力电池装机量位居全球第三，比亚迪则排名第四，而2022年上半年，比亚迪已经超越了松下进入前三甲。2022年1～5月全球动力电池行业企业排行榜数据来源：SNEResearch排名企业装机量(2021年1~5月)装机量(2022年1~5月)同比增长%市占率%(2021年1~5)市占率%（2022年1~5月）1宁德时代25.1GWh53.3GWh112.128.333.92LG20.9GWh22.6GWh7.923.614.43比亚迪6.1GWh19GWh210.56.912.14松下13.3GWh16.5GWh24.31510.55SKON4.7GWh10.8GWh131.65.26.86三星SDI5.2GWh6.9GWh32.55.94.47中创新航2.6GWh6.7GWh154.334.38国轩高科1.7GWh4.2GWh144.81.92.79欣旺达0.3GWh2.4GWh780.40.31.510蜂巢能源0.8GWh2GWh153.90.91.32022年1～6月中国动力电池行业企业装车量排行榜数据来源：中国汽车动力电池产业创新联盟注：对多家电池企业配套同一车型产品采取平均值方式计算，换电车型选取储电量最大值计算序号企业名称装车量（GWh）占比新能源汽车及动力电池行业白皮书·行业洞察7除宁德时代和比亚迪外，中创新航、国轩高科、欣旺达、蜂巢能源等中国企业也强势入围全球前十，依次位列榜单的第七至第十名。这四家企业的装机量同比增速均超过100%，其中欣旺达增幅超过780%，成为前十名中增速较快的动力电池企业。根据中国汽车动力电池产业创新联盟的数据，2022年1～6月，中国国内动力电池累计装车量110.1GWh，累计同比增长109.8%，其中：三元电池累计装车量45.6GWh，占总装车量41.4%，累计同比增长51.2%；磷酸铁锂电池累计装车量64.4GWh，占总装车量58.5%，累计同比增长189.7%。未来展望在“双碳”目标的背景之下，新能源汽车行业已进入快速成长期，市场将迎来更大发展。按照国家规划的发展愿景，2025年我国新能源汽车销量有望突破500万辆，届时新能源汽车保有量将达到2000万左右。在国务院发布的《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》中，更是明确提出2035年公共领域用车将实现全面电动化的目标，纯电动汽车将逐步成为今后新销售车辆的主流。工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》提出了面向2035年中国汽车产业发展的目标，其中包括汽车产业碳排放将于2028年左右提前达峰；到2035年，碳排放总量较峰值下降20%以上；新能源汽车将逐渐成为主流产品，汽车产业基本实现电动化转型。该技术路线图进一步强调了纯电驱动的发展战略，提出到2035年，新能源汽车市场占比超过50%，燃料电池汽车保有量达到100万辆左右，节能汽车实现混合动力化，汽车产业全面实现电动化转型。节能汽车、纯电动和插电式混合动力汽车技术将成为行业发展和转型的重点。车企依据自身的现状和发展战略，对于新能源汽车产品动力类型的选择将愈加清晰。作为目前重要的过渡性动力技术路线，混动在未来数年中仍然会担当重要角色。丰田、本田等日系车企在混动技术路线上起步早，积累了较多领先优势，欧美车企则依靠成熟的供应链与燃油车技术积淀，正在逐步加大混动车型的投放，中国自主品牌车企历经多年研发积淀，在混动技术上也已取得了很多技术突破。从长远来看，全球车企对新能源汽车都有相应的明确规划，市场增长势头强劲，动力电池需求量也将同步保持激增。动力电池企业面临供不应求的局面，正在大规模扩张、扩产，以应对当前的需求压力并为今后的发展做好准备，而国内电池企业与国际车企的合作也将会更加密切，与此同时，国内动力电池企业将会向海外市场拓展，并建设海外生产基地。未来，随着电气化与智能化技术的发展，可以预见，无论是新能源汽车行业，还是动力电池行业，竞争都将日益激烈。8www.rockwellautomation.com.cn行业洞察INDUSTRYINSIGHT从当前汽车工业运行的整体情况来看，新能源汽车行业还存在很多痛点，特别是三个方面：汽车芯片短缺的问题；新能源汽车低温充电慢、续航里程降幅大、高温安全性差问题；动力电池成本依然很高、燃料电池汽车用氢成本高的问题。近两年，受原材料价格上涨和疫情对供应链的影响，新能源汽车企业生产成本压力巨大，问题也非常突出。2022年2月以来，动力电池原材料价格持续上涨，产业链的成本压力逐步向下游传导，新能源整车企业被迫上调新车销售价格，电池企业、车企和消费者都承受了很大消化成本的压力，这也许将导致今后产品结构的调整。动力电池企业主要面临以下挑战●现有动力电池供应能力与装机需求存在巨大鸿沟。中国电动汽车市场增长迅猛，动力电池供不应求，预计2025年装机量需求为150.4GWh。动力电池行业赛道新，关键设备实际稼动率低，严重影响产能。●产品量产爬坡周期长，涂布和叠片等设备参数难调整。●动力电池企业运营成本高，产品受材料成本、人力成本影响大。原材料价格波动大，导致实际运营成本高增且波动性大。动力电池产业链属于技术、人才、资金密集型产业链，因赛道较新，人才缺口大，对企业运营影响也很大。●动力电池产品品质参差不齐，稳定性不够高，质量控制过程规划不够完善，数据孤岛严重，不能有效保证整个质量控制过程生命周期的完整性、准确性、时效性。动力电池失效模式和质量控制手段不完备，用户使用过程中的质量问题和起火爆炸事故时有发生，且往往事故后果严重，社会负面影响非常大。●企业还面临电芯输送过程中的金属粉尘问题、因通讯标准各异而造成的数据采集难度大、设备预测性维护难、以及低质电池质量如何提升等诸多挑战。动力电池的制造过程中的主要挑战电芯生产输送数据采集智能设备数字化产品管理电芯倍速链输送产生金属粉尘的挑战如不有效应对，导致负面影响毛刺，粉尘会影响电芯品质通讯标准前后各异，统一管理难度大加大品质监控和提升的难度设备预测性维护及调整难度大设备停机影响产品质量和产能电池品质参差不齐、一致性不高低质电池影响系统性能和安全1.3当下新能源汽车及动力电池企业的痛点与挑战新能源汽车产业向高质量发展的关键是产业升级。无论车企的美好愿景，还是动力电池供应商的远大目标，落地实现都需要智能制造的加持和助力。市场需求和技术驱动力成为汽车制造业智能制造的主要推手。同时，企业需要建立快速市场响应的敏捷供应链解决方案，打造跨部门、整合的协同计划能力。作为智能制造的引领者，罗克韦尔自动化将SEEE（安全Safety、节能Energy、环保Environmental、高效Efficiency）可持续发展的理念全面贯彻于智能制造，旨在通过领先的自动化、数字化和智能化技术为各行业深度赋能，引领未来无限可能。产业升级Report新能源汽车及动力电池行业智能制造探索与实践产业升级INDUSTRIALUPGRADING10www.rockwellautomation.com.cn2.1头部企业愿景和目标中国汽车行业的一些头部企业制定了新能源汽车发展愿景和宏伟目标，并且提出了借助智能制造转型升级的策略，将采用自动化、数字化手段全面提高产品品质，提升企业竞争力。本报告分析了其中部分传统企业、造车新势力及动力电池企业的发展愿景和目标，以及智能制造方面的重点思路，以期为业界企业带来思考。智能制造成为传统车企转型升级的重要方向某传统车企认为，制造业是实体经济的主体，在坚持培育发展新兴产业的同时，必须把改造提升传统产业作为推动制造业高质量发展的重要支撑。而传统产业的改造提升，要以智能制造为主攻方向，深化人工智能、5G、工业互联网等新一代信息技术与制造业融合发展，对制造业进行全要素、全流程、全产业链的改造，进而推动制造业加速向数字化、网络化、智能化方向转型升级。而另一家知名的传统车企则发布了智能相关的战略，加速推动智能化转型。该车企将构建相关“网系”，推动该战略的高效实施。其中，包括智能科技生态网、智能能源体系、智能制造体系和智能服务体系。智能制造体系方面，该车企的工业互联网平台已服务数十家集团企业，在诸多业务应用场景中落地验证。平台实施投产后生产效率得到提高，实现了“源于制造，反哺制造”的生态循环。造车新势力为新能源汽车产业发展注入新动能某造车新势力主张追求技术创新，享受美而智能的设计，并刷新了高端新能源乘用车市场上的产销纪录。该企业目前的生产基地均按工业4.0标准建设，秉持“精益高效、智能先进、绿色环保、愉悦开放”的愿景，在数字化IT/OT深度融合、柔性化工艺设计以及智能化装备等方面达到了行业领先水平，采用智能化RGV（RailGuidedVehicle，有轨制导车辆）式立库系统、AGV（AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车）装配岛、全流程无纸化作业等多项前沿技术，在实现高效智能制造的同时达到减排降碳。新能源汽车及动力电池行业白皮书·产业升级11另一家造车新势力，坚持通过自主研发，以领先的软件、数据及硬件技术为核心，为自动驾驶、智能网联和核心汽车系统带来创新，为中国消费者带来广受欢迎的智能电动汽车。其生产理念以质量、持续改进、灵活性和高运营效率为中心，采取精益生产方式，以不断优化运营效率和产品质量。这家企业的某工厂全面按照工业4.0标准打造，MES制造执行系统结合贯穿生产全过程的物联网技术和监控技术，可以实现生产信息可视化、设备信息可视化、工艺信息可视化、质量信息可视化，确保高品质的汽车产品。在造车新势力的头部企业中，还有一家车企聚焦于为家庭出行打造更安全、更舒适、更便捷的产品与服务。该车企的自建工厂，涵盖冲压、焊装、涂装、总装、检测线、物流、IT等完整的整车生产工艺，年产能10万辆，采用节能环保工艺，废水废气污染零排放，致力于打造绿色低碳工厂。据了解，这家车企的某绿色智能制造基地，计划将于2023年年底投产，将实现年产10万台纯电动汽车的产能，为所在城市新能源汽车产业发展注入强大新动能。动力电池企业赋能新能源生态系统近年来，锂电池产量正在以惊人的速度激增。为了支撑新能源汽车行业（EV）的制造能力，到2030年，锂电池需求预计将达到9.3太瓦时，相比2020年增长1,600%以上。对于力求保证电池供应、紧跟汽车生产的电动汽车厂商而言，新的愿景和目标显得格外重要。某电动汽车企业，致力于全面打造零排放的新能源生态系统，根据其战略发展需求，未来汽车板块将专注于纯电动和插电式混动车型的业务。该车企在推进智能制造的进程中，成功地建成了先进的动力电池智能工厂、电动汽车研究所数字化工厂。在此基础上,还提升电源设备及其精密组件生产配套能力，覆盖了汽车电池控制器和采集器数字化车间的系统集成及应用。某知名动力电池企业聚焦技术本源，自主创新，不断超越，从2012年到2021年，已有近400万辆新能源汽车搭载其动力电池。这家企业以智能制造推动可持续发展，以其旗下某公司为例，其FMCS厂房设施管理系统和数字化中控管理系统，利用5G实时监测设备状态，主动优化运行策略，基于大数据计算实现系统总能耗与各个设备的状态优化。这家企业将以电动+零碳解决方案赋能汽车产业。作为智能制造的引领者，罗克韦尔自动化依托先进的数字化、智能化技术为新能源汽车行业提供全面的生产解决方案，帮助企业实现绿色和可持续发展，加速构建新能源汽车产业生态价值链的形成。产业升级INDUSTRIALUPGRADING12www.rockwellautomation.com.cn企业数字化的顶层规划蓝图及实施路径2.2智能制造顶层规划蓝图及实施路径能源数据采集智能化大数据与AI智能自动化少人化自动产线数字化信息与数据互联领域驱动战略驱动数字化转型灯塔工厂绿色低碳物料条码物料入库仓储管理物料出库计划协同工艺管理过程管控报表系统质检任务质量防错质量追溯质量分析保养计划日常点检故障维修OEE能耗采集能耗统计能耗分析节能优化数字模型仿真分析数据可视化AR/VR定制化生产数据存储虚拟存储虚拟服务器数据库网络互联广域网办公网生产网安全防护防火墙入侵检测数据加密基础架构SOA架构微服务架构工业物联网IIOT工艺参数寻优生产运营管控能源分析优化碳足迹追踪供应链提效边缘计算质量数据分析设备OEE提升产线仿真智能机器设备在线监测分布式存储云边结合研发数据管理大数据分析AI模型寻优数据资产变现业务驱动企业数字化蓝图规划采购管理销售管理生产管理资金管理ERP资源项目管理配置管理文档管理变更管理PLM研发WMS仓储MES生产QMS质量EAM设备EMS能源数字孪生智能制造需要建立庞大而复杂的架构体系，需要布置智能制造架构体系中的控制执行层和智能设备，这一步的核心就是“连接”——连接一切需要连接的设备、设施、人员、物料以及相关软件等。“连人”是通过互联网连接个人计算机、智能手机、移动终端等，未来的连接还有脑机互联；“连机”是连接工业互联网，连接各类与生产环节紧密相关的设备等生产要素；“连物”就是任何物体与网络相连形成“物联网”，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。智能制造涉及产品研发、生产制造的管理和决策，想要完整、全面、深入地理解智能制造，需要从顶层规划蓝图开始。罗克韦尔自动化通过多年服务于制造业，深刻了解制造业企业的需求和痛点，制定了完整的企业数字化顶层规划蓝图及实施路径的建议，具体如图所示。作为智能制造的引领者，罗克韦尔自动化将SEEE（安全Safety、节能Energy、环保Environmental和高效Efficiency）可持续发展观全面贯彻于智能制造，旨在通过领先的自动化、数字化和智能化技术为各行业深度赋能，依托IT/OT融合创新的互联企业解决方案，推动中国社会的可持续发展，引领未来无限可能。罗克韦尔自动化的智能制造专家认为：“制造业遵循机械化—电气化—自动化—数字化—智能化的发展路径，一个完整的智能制造工厂运营所需的资源支撑，可以通过一个五层架构模型来表示。”企业数字化蓝图规划新能源汽车及动力电池行业白皮书·产业升级13罗克韦尔自动化的五层架构模型来源于ISA-95标准模型，具体来说，可以这样理解：L0表示控制域的智能元器件，如I/O、传感、安全等；L1表示控制域的自动化过程控制，主要是PLC、DCS这类控制产品；L2表示通过SCADA、IoT等软件实现工厂生产过程的监控，达到OT数据的采集和传输；L3/4表示工厂从生产订单到计划执行的管控过程，通过不同类型的工业软件，如MES等实现工厂流程的管控；L5为企业层级的软件，如数据仓库、云部署的软件实现企业级业务的管控。罗克韦尔自动化智能制造专家认为：“智能制造的本质是软件化的工业技术，软件定义的生产体系，带来的一定是生产关系的重构。生产关系的重构不是简单的组合，更不是众多工业软件的应用，也不是某个环节的革新或小的变革，而是整个工业体系的升级换代。”罗克韦尔自动化的工业软件专家还表示：“智能基于罗克韦尔自动化产品图谱的智能制造工厂五层架构模型制造的难点在建模，焦点在仿真。没有大规模、成体系的工业软件的使用，智能制造就只能停留在概念上。而工业技术的软件化，旨在研究人类使用知识和机器使用知识的技术泛在化过程，建设工业技术软件化平台。”工业技术软件化的进程量多面广，比如：将某些专用知识嵌入商用软件、将特定的经验与技巧写成自用小软件、开发专用自主可控排产软件等工厂相关的信息软件、开发自主可控的嵌入式工控软件、开发工业物联网的设备驱动软件等，均属于工业技术软件化范畴。工业技术软件化可以从企业的任何一个工作环节入手，选择任何一种工业技术和知识，面向任何尺度的软件交付物，支撑智能制造的实现。作为工业自动化、信息化和数字化转型领域的全球领先企业之一，罗克韦尔自动化将充分发挥人类的想像力与科技的潜力，为人类创造更多的可能性，让世界更具生产力和可持续性。产业升级INDUSTRIALUPGRADING14www.rockwellautomation.com.cn2.3如何打造面向未来的数字化工厂市场需求和技术驱动力成为汽车制造业实现智能制造的主要推手。随着新兴市场中产阶层的增长，产品更新换代频繁，客户的个性化及更高品质的需求持续提升，要求制造企业必须更加柔性和灵活，充分满足小批量生产，甚至实现订单个性化生产，同时控制系统必须更加精准。受劳动力短缺及疫情影响，智能设备可在一些生产环节上替代人工作业，填补技能缺口，同时建立韧性供应链，抵消疫情对供应链的影响。来自行业及企业自身发展的驱动力，要求更快的上市时间、更高的质量要求、更低的成本及更好的安全性(人与设备)。互联网的广泛应用，使得互联成本降低，在IT/OT融合等技术的发展中，变革已成为必然，智能制造将重构汽车企业的生产体系。制造体系的差异，主要表现为：智能技术和大数据驱动；消费者的全流程参与；供应链体系向协同的转变等。作为智能制造的核心载体，数字化工厂应全面应用自动化、物联网、集成技术，实现机器、设备设施和系统网络互连；应用传感技术、数字化、云计算技术，充分采集生产、质量、工艺信息，实现制造过程透明化；通过实现工厂管理层、执行层、设备层的信息贯通和基于大数据分析的决策支持，实现工厂智能管理与控制。罗克韦尔自动化的数字化工厂解决方案如上图所示。以汽车行业四大工艺车间为例，智能制造成功实施后的部分结果表现为：在冲压车间，实现高速全自动冲压线、智能模具维保任务排程、自动排产、实时盘存、气垫压力监控与自适应调节；在焊装车间，实现柔性焊接生产线(混线)、激光视觉跟踪与监控、三坐标在线检测、虚拟仿真与设备调试；在涂装车间，实现烘干温度自适应调节、能源及排放实时监测与分析、全自动内喷机器人、水性涂装工艺；在总装车间，实现车辆排序及实时跟踪、AGV自动配送、防错系统（扭矩控制系统、物料亮灯分拣）、在线检测等。在智能制造的体系下，虽然五个环节（数据驱动、软件定义、平台支撑、服务增值、智能主导）设置仍与传统体系趋同，但其中的每个环节都显现出了与传统罗克韦尔自动化的数字化工厂解决方案集成调度与控制系统EAP(MES、机械手、立库集成调度)APS(高级排产)MES(制造执行)MMS(设备管理)刀具管理WMSBOM管理工业以太网DNC/MDC单元/PLC控制系统单元/PLC控制系统条码识别RFID技术检测设备立体仓储AGV自动上下料生产线自动上下料单元线外加工设备基础数据资源配置计划协同自动排产文档管理质量管理实时看板刀具主数据库存管控产能规划流程规划人员管理综合报表刀具维保库存预警刀具侦测出入库管理数字化工厂解决方案CRM(业务协同）订单管理客户关系市场营销PDM(工艺设计协同)BOM管理知识库管理CAPP工艺管理CAECAMERP(业财一体)成本中心销售管理计划管理物料管理采购管理财务管理SRM(供应链协同)OA/EHR供应商管理预算系统供应商绩效流程审批人员考勤零件估价设备数据设备指令设备状态生产数据大数据分析预测性分析智能决策云智能监控云现场监控管理运营监控管理运营管理云营运效能分析过程能力指数分析维修保养稼动率分析备件管理物料管理工装管理零件成本核价数字化管理过程管理与执行监控层数字化运作与协同协同运作层数字化决策战略决策层现场层数字化制造网络安全与信息安全供销协同新能源汽车及动力电池行业白皮书·产业升级15敏捷供应链解决方案2.4以需求为导向的敏捷供应链汽车行业供应链面临的挑战及解决方案汽车行业供应链相对较长，尤其在疫情影响之下，面临更多挑战，如：供应链不畅，库存积压水平增加，导致运营资本减少；所服务的客户减少(可承诺量)并随时可能承担不必要的处罚；催货和缺货情况引起生产成本增加；在无效反应模型下运营，面临过度生产或供应失衡的风险等。产生这些问题的根源在于：缺乏可视化，无法快速响应市场变化；缺乏对存货、债务和供应的全链条可视性；缺乏多部门产销协同计划的能力；缺乏模拟工具，无法反应动态需求变化；缺乏有效的分析决策工具。后疫情时代的敏捷供应链解决方案针对以上问题和挑战，罗克韦尔自动化的专家认为：“后疫情时代，企业需要建立高市场响应的敏捷汽车行业供应链面临挑战供应链解决方案，打造跨部门整合的协同计划能力。拥有了库存和供应的全链条可视性，就可以更好地分配和运输货物，从而降低成本；有了全链条的可视性，就能容易控制‘量’和效率。”罗克韦尔自动化的敏捷供应链解决方案如图所示。采购生产运送配送销售供货商制造商分销/物流商零售商OTD流程成品库存出厂物流生产计划生产执行优惠活动销售支持市场与销售原材料入厂流程装载/仓储流程入场物流客户支持EOP备件售后配件售后服务销售需求端生产运营端产销协同生产执行生产计划在需求，产能和资源之间求得价值链的最优解生产运营需求拉动库存计划整车发运交付产能计划客户订单销售预测市场趋势销售需求销售业绩整车交付计划降低库存(零件/成品)削减非必要开支提高设备利用率缩短交付周期提升预测精度增加需求柔性采购策略入厂物流产业升级INDUSTRIALUPGRADING16www.rockwellautomation.com.cn打造以韧性为典型特征的供应链3.0随着技术的发展，供应链经历了三个阶段的不断升级：供应链1.0的典型特征是封闭的、单向分段式，其主要是为企业解决基本货物的供给问题；供应链2.0以IT技术为支撑，具备集成化和链条式的主要特征，其主要是为企业解决降本增效的问题；供应链3.0的典型特征是拥有很强的韧性。供应链3.0是在全球化和新技术进入到一个新阶段的时代背景下，为企业综合解决效率、稳健、成本、风控等问题，使其在面对不确定性的情况下，具有缓冲、快速应对及适应的能力。敏捷供应链解决方案可以实现●多场景/多版本模拟：当需求供应/工程变化时，实时的场景模拟和分析可以提供决策，实时模拟客户的需求变化，实现可承诺“量”。●整合和协作：整合内部和外部来源，更好地看清“需求”和“供应”，提供单一的事实版本，让团队达成共识，对变化做出积极反应，对信息满怀信心。●通过敏捷供应链打造汽车行业“双循环”，实现供应链平衡与协同。供应链3.0是一个以数字化为基础的、智能化技术手段赋能的多层次网状供应链，通过引入风险平衡机制，以柔性工作流在多种运营模式之间灵活切换，实现高效、低成本与稳健并存的供应体系。在供应链3.0的支持下，面对风险以及突发事件，企业能变被动应对为主动防御，从而将他人眼中的危机视为自己的机会。具备4R框架的供应链，意味着企业具备综合性的解决方案，涵盖从战略、运营、技术，到组织多个层面的规划与布局，提升供应链效率、强度和韧度的全面组合。4R框架的供应链Reliable强固Risk-proof抗风险Resilient韧度Responsive敏捷在变革与挑战并存的当下，新能源汽车及电池的生产有赖于智能制造的加持。罗克韦尔自动化通过全面的智能制造整体解决方案，帮助企业直面痛点问题。罗克韦尔自动化智能制造整体解决方案涵盖磁悬浮技术、MES系统、工业物联网、电控标准化、数字孪生技术、智能运维体系、SAAS平台、智慧厂务系统等。罗克韦尔自动化可以根据客户的现状，分析客户的内在核心诉求，并提供对应解决方案。解决方案Report新能源汽车及动力电池行业智能制造探索与实践解决方案THESOLUTION18www.rockwellautomation.com.cn罗克韦尔自动化汽车行业解决方案概览3.1罗克韦尔自动化智能制造整体解决方案面对汽车行业不断变革和颠覆性发展可能带来的诸多挑战，以及新能源车企及动力电池企业当下的痛点，罗克韦尔自动化通过智能、灵活的运营和集成化的智能制造整体解决方案，帮助汽车企业和动力电池供应商提高竞争力。针对不同的客户需求，罗克韦尔自动化提供多种模块化解决方案，包括MES解决方案AutoSuite行业套件、发动机&电池装配柔性化解决方案、高速同步自动化冲压线控制系统、汽车产线输送解决方案、主流机器人普通+安全一体化集成解决方案、软包电池MES解决方案及叠片设备自动化解决方案等。车身车间涂装车间零部件电池车间总装车间冲压车间制造优化生产线集成MES制造执行可持续生产安全全球化汽车发布新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案19MES解决方案AutoSuite行业套件提供合理适宜的系统应用架构（IT架构、功能模块划分、系统接口等)，具有高可靠性、柔性化可配置、可扩展、热部署等特性，集成行业先进实践、汽车行业MES业务模版，支持基于客户需求的定制化二次开发的汽车行业MES套件AutoSuite。发动机&电池装配柔性化解决方案快速捕捉OEM和最终用户的所有需求，简化设计环境，提供可重复的配置。成熟标准的程序库及模块化设计可缩短设计和调试时间，支持快速投产。高效灵活的配方配置工具PPB可完美适应投产后的维护和改造、产线能力和工艺工序的调整等。高速同步自动化冲压线控制系统集逻辑、运动、伺服、安全于一体，可控制4～6台压力机，驱动飞轮主电机，以固定的角度偏差运行，实现整线压机及自动化的同步运行，节能、降噪的同时，有效规避了节拍和质量之间的冲突。汽车产线输送解决方案对于各类输送应用均有相适应的解决方案和标准化的产品，满足高速定位、快速响应、模块化集成的多种输送系统需求；同时，罗克韦尔自动化还推出了基于ICT-磁悬浮独立小车技术的全新输送应用，大大提高效率，几乎免维护。所有的方案均以驱动产品、集成架构、万物互联为依托，为客户提供全面的保障。主流机器人普通+安全一体化集成解决方案通过以太网技术建立连接，将普通与安全信号一并接入，简化使用，同时提供通用性的配置参考文档，将主流机器人与PLC配置集成难度降低，方便用户进行设备连接与调试。特别值得一提的是，在深入研究了软包电池的制造流程及需求之后，罗克韦尔自动化针对动力电池的工艺属性提出了软包电池MES解决方案及叠片设备自动化解决方案，能够满足快速增长的电动汽车电池生产需求。罗克韦尔自动化汽车行业解决方案的控制规范支持主流汽车企业标准，并可协助传统车企和新能源汽车企业制定满足自身需求的企业控制标准。原材料库混料涂布辊压（压延成型）极耳成型(堆叠)卷绕/堆叠热压X射线测试极耳焊接包装烘干填充高温化成(Formation)热压&化成(Formation)排空边沿封涂&FormingOCVTestStandingFormation性能评级Grading&NGSorting电池的制造流程及线体布局样例解决方案THESOLUTION20www.rockwellautomation.com.cn传统的汽车产线输送系统多采用链条、皮带和齿轮，在生产需要切换时需要进行耗时的硬件机构调整。这种传统输送机构存在很多弊端，比如：单一的连续运动，复杂的机械设计和安装，离散控制，运行状态监控和故障诊断过程复杂，改变工艺流程需要复杂的机械调整。在空间的利用上，受限于机械设计、单一托盘，控制和过程追踪需要额外的传感器元件，单一的生产节拍也无法适应机器的突发状态变化。受制于单一的运行速度，小车间的碰撞不可避免，频繁的碰撞必定影响产品的合格率。链条持续运动，过多的气缸执行机构消耗能源、复杂的机械传动、过多的气缸执行机构及检测传感器、复杂的机械设计，导致安装、调试周期长。为了避免这些问题，罗克韦尔自动化提出了一种颠覆性的磁悬浮技术（ICT），将传统输送系统的连续运动分解为单个小车的独立运动，提升设备的利用率。当智能运动控制系统替换了原有的硬件，代之以简单的软件配置文件，只需按一个按钮即可进行生产切换。系统使用可编程的独立滑车以及直线或曲线轨道，最多可在机械系统的基础上增速30%。ICT完全颠覆了传统的输送系统，两种系统的对比如图所示。这种全新的ICT智能输送系统包含MagneMoverLITE智能传送系统、QS100和iTRAK智能输送系统，采用类似直线电机的原理，通过控制直线轨道上线圈的磁场来驱动带永磁体的小车进行移动，取代现有的皮带输送系统。3.2磁悬浮输送技术颠覆传统输送系统焊接线线性生产流程焊接线焊接工作点顶视图ST1ST2ST3ST4ST5ST6ST7ST8ST9ST10ST11ST12传统输送线质检工位托盘在底部返回顶视图ST1ST2ST3ST4ST5ST6ST7ST8ST9ST10ST11ST12ICT–MagnemotionQS100ST13ST14ST15ST16ST17ST18传统输送线转台生产流程焊接工作点之前之后节省占地空间!节省能耗!传统输送磁悬浮技术更大的占地(更多的工位、工装、更长的输送线系统)高耗能(洁净厂房控制)更小的占地(减少了工位、工装数量，减少了输送系统的长度)低耗能(洁净厂房控制)堆叠输送线:40米堆叠输送线:45米堆叠输送线:40米焊接线:11x3米焊接线:10x10米底部托盘返回线:45+50=95米底部托盘返回线:45米ICT磁悬浮技术与传统输送系统的对比新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案21ICT智能输送系统的特点●独立小车控制，输送轨迹、运行节拍可控；●简单——小车运行没有供电以及中间环节的机械传动机构；●模块化的电气控制系统，标准以太网络通信连接，设备信息传送实时、丰富；●增加机器、修改工艺步骤，无需机械调整；●适应现场环境的输送轨道设计，合理利用空间；●小车独立编号，小车位置、生产过程实时记录；●根据机器的状况实时调整；●内置防撞、小车加减速可控，实现电芯无冲击输送；●节能——小车运行根据生产情况调整，运行中和静止的小车耗能低；●几乎免维护，独立小车不含任何机械传动、动力、传感器元件；●模块化的机械设计，标准化编程控制，实施周期短。带来的好处是：各小车独立控制，互不干扰，适合同一生产线制造多种产品从而实现柔性制造，同时容易维护、空间少、速度快，也是系统的优点。ICT智能输送系统的特点：ICT智能输送系统在动力电池工厂的应用，可有效降低电芯装配输送过程中的金属粉尘，提高整线输送效率，同时降低产线能耗并优化产线布局。目前，罗克韦尔自动化的ICT技术已经成为中国和韩国动力电池领域头部企业电芯装配工艺段的标准方案，足以印证其带给用户的领先价值。解决方案THESOLUTION22www.rockwellautomation.com.cn精益生产、精益管理经历了不同制造阶段的逐步演进与变革。在传统制造阶段，传统精益体现在全面机械化、部分自动化、计算机广泛应用、单元软件产品应用、文档电子化、初步的B2B/B2C及被动服务等；在数字化制造阶段，数字化精益体现在机器人的初步3.3从精益生产到智能制造当前，精益管理表现出了一些新特征●精益管理工具发生了深刻变化。传统精益推进过程存在着“不精益”的问题，从传统工具（手工为主）到自动化工具，从IT工具到智能化工具，写实更加精确、细化、及时；●以规则的确定性保证质量的稳定性。输入和输出的标准化和简化，高精密设备替换人力，持续优化规则；●精益管理水平更加依赖于数据管理水平。如何在数据处理中精益求精？基础是数据的准确性；深度涵盖管理粒度、处理速度；广度涉及数据的互通性、数据完整性;●对“浪费”认知的扩展。数字化所带来的新的浪费，例如业务模式的转变、习惯的转变，自动化、精益化、智能化导入过程中的“不精益”。领先车企正从不同维度向智能制造全面迈进完善的精益工具与卓越运营精益化减少浪费，精细化运营产线/车间级自动化应用自动化机器换人，减少对环境的干扰，提升生产稳定性数字化端到端拉通数字化跨越流程，数据业务化新型智能与运算技术智能化采用创新性技术对业务赋能端到端价值链灯塔工厂第四次工业革命技术的示范者应用、全面感知（嵌入式系统应用）、部分感控、互联网协同设计和协同制造、信息颗粒度细化及主动服务；在智能制造阶段，智能精益体现在智能工厂、智能产品、全面感控、信息更加细化、智能服务全面互联网化。智能制造能够帮助精益生产更规范地落地实现。领先车企正从精益化、自动化、数字化、智能化的不同维度向智能制造的目标全面迈进。罗克韦尔自动化从精益改善到智能制造的咨询服务将助力车企更快实现智能制造，打造汽车行业的灯塔工厂。罗克韦尔自动化根据精益价值流分析，发现了影响企业运营的瓶颈环节，通过对现场管理、工厂布局、自动化、信息化的改善，大幅提升企业产品交付能力。罗克韦尔自动化依托智能制造成熟度评估，帮助企业建立与战略匹配的顶层规划与路线图，输出快速提高运营的速赢项目，打造精益环境下智能工厂新型能力。罗克韦尔自动化同时遵循世界经济论坛发布的灯塔工厂要求，致力于打造数字化制造与全球化4.0的示范者，提升企业运营基础上助其打造“世界先进工厂”。新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案233.4采用MES系统打造智慧车间罗克韦尔自动化FactoryTalkProductionCenter（FTPC）平台是完全遵循ISA95标准的生产制造执行系统（MES）平台软件。FTPC是J2EE（Java2PlatformEnterpriseEdition）在制造行业的企业级应用。J2EE是一种利用Java2平台来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构。FTPC基于服务架构（SOA）的设计使其具有功能丰富的业务逻辑层，并同时支持富客户端和瘦客户端，开放性的设计使其可以兼容绝大多数中间件平台、操作系统和数据库。考虑到汽车制造业的特点，罗克韦尔自动化提供了基于FTPC平台的汽车行业套件AutoSuite。作为目前汽车行业内唯一针对汽车生产制造的套件，AutoSuite已经经过了多个汽车行业用户的验证。经过多次迭代升级，AutoSuite增加了更多的功能且高度可配置化，可以满足更多汽车企业多样化的业务需求，同时帮助客户基于汽车行业先进实践提升制造水平，打造企业用户自己的制造体系标准。AutoSuite提供的核心价值是：系统的架构更合理、更稳定；帮助客户基于行业先进实践提升制造业务管理；快速部署、可复制、易维护；形成客户企业自己的业务管理标准和MES系统标准。AutoSuite涵盖以下标准功能模块●订单管理模块(Order)●制造管理模块(Production)●车体跟踪路由（AVI&RC）●质量管理模块(Quality)●设备状态监控模块(PMC/Andon)●报表模块(Report)●证书打印模块(Certificate)●国家证书上传系统(UDS)●系统监控模块(Watch)●制造系统集成(SOS)●设备集成(PLC)企业级系统集成：EnterpriselayerIntegrationSAPSNCPortal...执行系统集成：ManufacturelayerintegrationEcoEmosVCATSBDCCallButtonPTLNameplateDCTool...控制系统集成：ControllayerintegrationBIWOEMPLCBDCOEMPLCT&FOEMPLCPressOEMPLC...AutoSuite的系统架构企业级系统集成：EnterpriselayerIntegrationSAPSNCPortal...执行系统集成：ManufacturelayerintegrationEcoEmosVCATSBDCCallButtonPTLNameplateDCTool...控制系统集成：ControllayerintegrationBIWOEMPLCBDCOEMPLCT&FOEMPLCPressOEMPLC...企业级系统集成：EnterpriselayerIntegrationSAPSNCPortal...执行系统集成：ManufacturelayerintegrationEcoEmosVCATSBDCCallButtonPTLNameplateDCTool...控制系统集成：ControllayerintegrationBIWOEMPLCBDCOEMPLCT&FOEMPLCPressOEMPLC...企业级系统集成：EnterpriselayerIntegrationSAPSNCPortal...执行系统集成：ManufacturelayerintegrationEcoEmosVCATSBDCCallButtonPTLNameplateDCTool...控制系统集成：ControllayerintegrationBIWOEMPLCBDCOEMPLCT&FOEMPLCPressOEMPLC...解决方案THESOLUTION24www.rockwellautomation.com.cn罗克韦尔自动化数字化解决方案平台的演进提高用户体验•统一系统门户•提升作业界面用户友好度•推进移动应用•整合生产指挥中心采用双系统架构完善业务功能•丰富外围功能模块•完善业务流程引入大数据分析•数据“物”化•大数据平台•推行FTPC&FTInnovationSuite双平台战略•采用数字化新技术和物联网思维来发展方案•采用和双平台•实现数据中台及业务中台IndustrySuitesScalableExecutionLegacyMESMESaaS3.5工业物联网赋能新能源车企业务升级当前，工业企业的信息化仍存在一些痛点，如：数据分散在各系统，流程多或涉及多个业务部门，带来了极高的集成与协作成本；缺乏规划，重复功能建设和维护带来的成本；业务创新落地难以找到落脚点。为了解决这些问题，帮助制造企业加速数字化转型，罗克韦尔自动化打破了传统MES系统的ISA-95架构掣肘，构建了面向前台服务与用户体验的集成平台FactoryTalkInnovationSuite（FTInnovationSuite）。FactoryTalkInnovationSuite是罗克韦尔自动化与某企业合作推出的数字化创新解决方案平台，可为使用者提供更有效的数据和深度的信息，赋能制造业的各个部门，打通各个生产运营环节。该全新套件可一站式展示企业内部信息，让运营和系统状态一目了然，帮助企业优化工业运营并提升生产效率。FactoryTalkInnovationSuite可有效改进车间中各运营技术（OT）设备的连通性，以本地模式为常用工业设备之间实现快速、可扩展且安全的通信提供支持。加上来自信息技术（IT）应用程序和系统的数据，企业人员可以通过数字化方式全方位掌握企业各处的工业设备、生产线和设施情况。FactoryTalkInnovationSuite的独到之处在于它很好地融合了工业、技术和专业人员的知识专长，让企业能够更好地利用工业物联网IIoT的各项优势。新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案253.6面向未来智能工厂的工业以太网随着以太网技术在通信领域的实时性、安全性方面的进步，工业以太网技术逐渐成为了生产车间的标准总线架构。在规划、设计OT层级工业以太网架构时，需考虑使用环境的工业特性、网络通信的实时性和稳定性、易于管理及便于维护特性，进而实现工业设备的互联互接、工业自动化系统网络的汇聚，以及工业生产数据的上传。在IT网络进行数据传递的同时，还需要考虑网络安全的规划，防止工业自动化系统网络受到外部网络的攻击。罗克韦尔自动化设计的EtherNet/IP工业以太网解决方案，可以实现全厂融合的以太网架构。工业以太网网络的设计需要尽可能缩小单一网络的开放性，以减小网络的广播域、故障域及安全域。规划网络范围，需在横向考虑工业自动化控制系统的逻辑性、在纵向考虑典型的园区网络结构。整个工厂的MES系统需要采集车间PLC的生产过程数据，用于实现MES的各业务功能，控制系统网络规划需考虑现场控制网络与MES数据上传网络分隔，在互联互通的同时，以确保现场控制网络运行的安全性和稳定性。常用的网络分段方法有独立网口/网卡隔离、NAT网络地址转换设备隔离、VLAN虚拟局域网隔离等多种方法，推荐使用独立网口/网卡隔离的分段方式。采用独立网口/网卡隔离，因网络拓扑不同，同样可以区分为隔离型网络和融合型网络。其中隔离型网络上位机系统只可以访问到控制系统的PLC，扩展能力有限，而融合型网络便于通过交换机路由技术采集底层设备数据，但需要额外进行VLAN划分以缩小网络规模，缩小网络可信域，防止网络风暴。图示为罗克韦尔自动化制定的工业网络安全框架。EtherNet/IP符合IEC61158及IEC61784标准1994信息2001I/O控制、传动2007安全应用2009同步和运动控制控制技术和信息技术的网络融合2010高可用性GB/Z26157.6-2010和JB/T10308.2和中国标准2011MCC2012过程仪表使用HUBs,半双工环境使用交换机，实现确定性的性能管理型交换机实现网络分段、优先级、千兆上行链路精确时间协议PTPIEEE1588网络弹性协议CIPExplicitCIPImplicitCIPSafetyCIPSyncCIPMotionCIPEnergyREP,DLR2013能源管理2015信息安全CIPSecurityOT网络与IT网络的总体架构办公网络工控网络OT网络核心网络交换机IT网路服务器机群解决方案THESOLUTION26www.rockwellautomation.com.cn基于Studio5000平台的RACars电控标准汽车行业的生产制造具有生产线工艺复杂、生产节拍快速、自动化程度高、产品更新迭代快等特点。为了提高生产线效率，加快产品上市速度，同时降低产线运行维护成本、提升产品质量，很多国际知名车企都创建了自己的企业电控标准，如CCRW标准、VSAA标准、DCP标准、Integra标准等。目前，很多中国汽车品牌，尤其是新能源车企以及核心零部件企业，尚未完成自己企业的电控标准建设，亟需加速完善相关标准化工作。罗克韦尔自动化一直致力于安全、环保、节能、高效的可持续发展价值，早在2012年便开始开发基于Studio5000平台的RACars电控标准，并在硬件架构、工业网络平台、PLC&HMI软件模板架构、标准化文档及培训等维度不断更新和迭代，助力企业制定电控标准作为其长期服务用户的愿景。RACars电控标准不仅包括了控制产品软硬件架构标准，还包括了项目设计阶段的网络架构规划方案和项目实施阶段的标准化说明文档，以及完备的支持和服务，旨在为客户提供电气设计规划的全流程标准化方案，并支持柔性化产线的扩展。RACars电控标准的核心功能是一套完备的PLC&HMI程序架构，包括了适用于汽车行业整车厂及装配车间应用的PLC程序架构及与之匹配关联的HMI画面模板。工业网络规划标准PLC程序架构丰富的HMI画面标准化说明文档•工业网络规划评估•整厂网络规划标准•网络诊断规范•适用于全系RA硬件平台•针对特定硬件的对应程序•适用于整车厂及装配线的生产工艺•模块化程序架构•丰富的库文件通用的硬件平台•适用于整车厂及装配线的操作习惯•丰富的HMI画面•与PLC变量的预置关联•完善的标准化说明文档•齐全的HandOn手册支持和服务•标准化专职支持人员•完善的配置文档课程及文档•现场及远程支持基于标准以太网的IT&OT融合方案；满足汽车行业生产工艺及操作的架构设计；完备的信息化数字接口●结构化设计安全任务●标准动作操作功能●报警信息分级处理功能●控制器系统及网络诊断功能●第三方设备标准接口模块●多工位及工位分组控制功能RACars的关键功能包括多年来，RACars电控标准不断迭代、优化，在众多企业进行部署和实施。“以终为始，持续改进”一直是罗克韦尔自动化完善电控标准化方面不变的目标。3.7电控系统标准化助力造车新势力快速发展新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案273.8数字孪生技术超越现实根据工信部标准化院发布的2020版《数字孪生应用白皮书》，数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，进行模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。在一个设备或系统的基础上创造一个数字版的“克隆体”，这个“克隆体”就被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上，是一个虚拟的存在。数字孪生体最大的特点在于：它是对实体对象（本体）的动态仿真。数字孪生体是会“动”的，依据来自本体的物理设计模型,还有本体上面传感器反馈的数据，以及本体运行的历史数据。如果需要做系统设计改动，或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应，工程师们可以在孪生体上进行“实验”。这样一来，既避免了对本体的影响，也可以提高效率、节约成本。数字孪生效果罗克韦尔自动化在数字孪生方面提供两种方案：Emulate3D和Vuforia。Emulate3D侧重于产线的模拟仿真和虚拟调试，而Vuforia则侧重于VR、AR技术，用于数字可视化运维、现场运维点巡检、虚拟仿真培训等。解决方案THESOLUTION28www.rockwellautomation.com.cn针对EVB线体自动化程度高、节拍高、项目周期紧张等特点，可通过Emulate3D软件，可以在项目设计阶段对线体进行模拟仿真，优化线体工艺和物流等，并在设备进厂前对线体进行虚拟调试，大幅缩短项目周期。在现场运行阶段，通过Vuforia的增强现实技术，在物理环境中呈现相关数字信息，从而连接员工并改善业务成果，提高劳动力效率、安全性及运营绩效，并降低整个工厂和现场的成本。Emulate3D主要用于：销售（方案震撼展示）、实施（数字化敏捷设计）、调试（设备PLC控制）、优化（流程仿真）。Emulate3D主攻系统的方案震撼展示、数字化敏捷设计、方案验证，最终目标是帮助设备企业、咨询服务企业、系统集成企业快速高效地实现成功销售、成功设计、成功验收。Emulate3D可以产生高质量的静态/动态逼真影像。Emulate3D软件通过丰富的组件库和导入的CAD快速创建动态系统模型，对实际成产系统进行模拟仿真，比如：机器人工艺仿真、车间/产线仿真、物流仿真。Vuforia侧重于VR、AR技术的运用，而AR的关键能力是打破虚拟与现实之间的限制，打通虚拟与现实的隔阂，利用工业物联网+增强现实技术实现透明运营和高度协同。3DAR动画使得产品功能展示更容易理解，可以加深业主对于方案的理解，更容易赢得竞标，并可加强企业内部专家远程评审协作能力。通过重叠的3DAR分步动画指导培训员工，同时支持专家连线，提供远程协助，员工上手快，降低出错，节省成本。借助工业物联网ThingWorx+AR实现远程操作，结合工业物联网实现实时监控设备监控，罗克韦尔自动化的解决方案可以帮助客户确保安全，兼顾效率。AR市场营销企业数字沙盘生产过程演示产品AR展示AR消费终端应用AR数字说明书AR使用指导AR远程支持AR生产运营下一代HMIAR运维指导AR远程协助操作指示/生产防错AR虚拟培训人体工学检测指导AR可视化巡检AR产品设计虚实交互设计AR设计评审装配维修指导现场环境+实时数据AR可视化报警信息下一代HMI操作培训实战化演练可视化巡检AR的核心应用场景新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案293.9智能运维体系全面提升竞争力罗克韦尔自动化智能运维体系包括Fiix维护管理系统、ICM设备状态监测预测性维护平台、ThinManager内容服务管理软件、LogixAl分析模块等。FiixFiix是一个基于SaaS平台的设备资产管理软件，可以帮助客户实现设备资产管理、维修工单管理、备件管理等功能，并可以提供报表与数据分析来辅助客户管理层做出决策。它主要包含以下模块：资产管理、维修工单管理、备品备件管理、报表与分析、资产预测性维护及FiixIntegrationHub。Fiix平台能为客户带来以下价值●节省设备维修成本，监控和使用数据用来主动管理维护部门的成本；●提高生产效率，本地移动应用APP可以方便客户在任何地方为团队服务，只需点几下屏幕就可以不受空间限制；●充分利用现有的IT/OT投资，IntegrationHub使任何跨企业和生产系统的连接、收集、共享数据和触发工作变得更加容易；●提高资产性能，在一套系统中查看和管理所有设备信息，从维修历史和成本，到层次结构、零部件消耗等。BusinessSystemsPurchasingOperationsBIFinanceHRProductionSchedulingProductionSystemsControlSystemsIoTSensorsHistoriansTechniciansOperatorsMobilePlatformMulti-siteGlobalCurrencyCustomLanguagesTimezonesAssetManagementWorkOrderManagementPartsandSuppliesManagementReportingandAnalyticsIntegrationHubFiixForesightPartsForecasterAssetHealthAnomalyDetectionPoweredbyFiix’sAIengineMarketplaceAppExchangePartsContractorsOtherProductsDesktopManagersFleetFiix平台的主要模块解决方案THESOLUTION30www.rockwellautomation.com.cnICMICM设备状态监测预测性维护平台能够帮助用户有效地预判机械设备的潜在故障，通过检测潜在的设备故障避免了由于意外停机或设备损坏造成的生产事故，并可通过有效的状态保护，在机械即将突破临界值时有效停机，避免事故的进一步恶化带来更大的影响，有效提升企业的安全生产水平。ICM设备状态监测预测性维护平台提供实时保护模块、传感器、便携式仪器和自动巡检软件。（1）智能I/O模块Dynamix系列可对评估工业设备当前健康状况及预测未来健康状况所使用的关键参数进行实时处理。Dynamix模块可应用在独立系统中，或者嵌入现有自动化和控制系统。（2）使用Studio5000TMDesigner软件可以在统一的设计环境中配置系统。（3）EtherNet/IP提供单一的网络基础设施，凭借双以太网端口，可支持线形和设备级环网拓扑结构，并为保护旋转和往复式机械提供单一的控制架构。（4）Dynamix数据采集器与EMONITOR软件配套应用提供振动分析预测维修工具。ThinManagerThinManager是一款综合性的内容服务管理软件，其最大的特点就是通过内容的集中化管理实现安全的传输内容，通过3种方式可以独立结合推送至设备、用户和基于位置的任一组合。基于显示内容的管理，ThinManager可以结合汽车主机厂的实际需求，将现场多种内容形式，如HMI/MES/CMMS/ERP、WebContent、Web内容、IP/USBCameras、TerminalShadow、终端远程控制、PanelViewPlus等，通过安全妥善地管理，将内容传送给特定的设备、特定的人员和特定位置，三者可以随意组合的形式，针对用户柔性化、创新化的满足现在一成不变的或面向未来的随机性的需求，给予了完美的解决。例如，对于传统工程师来说，系统可以给他推送除去常规使用的编程界面，可以同时打开图纸信息、技术文档、现场实际执行状态监测和生产状态等，节约了满足需求时的人力和物力。LogixAlLogixAl分析模块在汽车行业有很好的应用，比如在汽车焊装车间，使用LogixAI来进行预防性维修和工艺流程监控，还可以优化工艺路线。通过LogixAI在汽车焊装车间的应用来展现它在边缘计算和数据分析的能力和作用，为推广产品及IIoT的概念做铺垫。AnalyticsenginesAnalyticssolutionsPhase1COTSProductData-drivenmodelingenginePiloted/deployedthroughSSBuntilincorporatedintoCOTSproductData-drivenclassificationengineData-drivenoptimizationengineData-drivenadaptivecontrolenginePerformancemonitoringMulti-engineoptimizationDigitaloilfielddiagnosticsGeneratorsetcontrolPumpingstationmonitoring&energyoptimaloperationLogixAl分析模块ConfigureIdentifydataModelMonitorIntegrate无需数据科学家FactoryTalk®Analytics™LogixAI™DescriptiveDiagnosticPredictivePrescriptiveFutureofFactoryTalk®Analytics™LogixAI™新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案313.10基于SaaS平台的信息化布局PlexSmartManufacturingPlatform(简称Plex)是罗克韦尔自动化最新发布的基于SaaS云平台的信息化解决方案，它将ERP、MES、IIoT、QMS、Plex的特点●基于生产制造开发的信息化平台：Plex以生产为中心，聚焦于生产制造中的每一环节，确保生产出的每一个产品都能满足客户的要求；●友好简洁的用户界面：易操作上手的UI界面，大大减少了工人的培训与学习成本；●SaaS云平台订阅制服务：基于云端的服务免去了本地SCP（SupplyChainPlanning）等系统功能集于一身，目的是帮助离散制造企业在日趋激烈的竞争中完成数字化转型，实现运营成本的节流与业务的开源。Plex解决方案可以覆盖整个企业从运营管理到生产制造的每一个业务域，通过全工厂实施，借由Plex的统一平台消除各个业务部门之间的信息壁垒，数据信息可以很方便地汇总到Plex平台并方便相关人员进行使用和分析；而从后期维护的角度考虑，统一的平台部署免去了不同供应商维护的问题，极大程度上地减少了企业的维护成本，并提升了企业的整体运营效率。作为Plex中涵盖功能最多的一部分，ERP包含了包括MES、QMS在内的全部模块，可以帮助客户打通从生产制造端，到运营管理端的全部数据。关于SaaS部署，区别于传统部署在企业内部服务器网络上的系统，企业内部需要专业的IT人员进行日常的维护与调试，基于SaaS平台的Plex大大减少了客户维护的成本，并大幅提高了客户数据的安全性与系统的稳定性。根据用户数据显示，在过往的12个月内，Plex系统的稳定运行时间占比高达99.999%，极大地保障了客户生产的稳定性。Plex可以帮助电动汽车产业链的相关企业实现：打通各业务数据，消除数据孤岛；优化生产管理模式，实现精细化管理；提高生产数据分析统计的及时性、准确性，帮助管理层更迅速地做出决策；为企业的产品质量检验提供有效、规范的管理支持；实现真正的持续改进。服务器的部署，很大程度上节省了企业在系统日常维护端的投入；●支持移动端使用：让员工脱离了办公空间的束缚，提高企业无纸化的进程；●强大的系统兼容性：可以完美兼容市面上绝大多数的工艺信息化软件，确保企业各系统之间数据传递的稳定性。Plex的价值●提高制造质量和控制能力：跟踪从原材料到成品的整个制造流程中的每件产品所用的部件，降低召回风险；●提高产量：监控和调整制造流程中每个环节的周期时间，从而减少在制品并加快生产；●消除不必要的成本：简化运营，缩短每件产品所需的制造时间、消除停机时间，并减少浪费；●降低废品率和返工率：对生产线和成品进行精确分析，减少缺陷产品量和材料浪费；●减少库存：无需储存过剩库存，并且可以完全掌握每家工厂的现有库存，以及需要订购的库存。解决方案THESOLUTION32www.rockwellautomation.com.cn3.11智慧厂务系统全方位支持数字化工厂FMCS智慧厂务系统包括环境保障系统、制程支持系统、环境保护系统、安全防范系统、通信信息系统、时钟系统等。FMCS智慧厂务系统是罗克韦尔自动化创新厂务系统整体解决方案，主要包括传统厂务控制系统（FMCS）、能源管理系统（包括电、水、冷、热、蒸汽、天然气、柴油及其它燃料的计量及能效管理系统、设备全生命周期管理系统（涵盖资产管理和设备运维两大主要功能模块）三大系统。气/化学柜控制系统远程I/OPowerMonitorI-SenseDySCI/O或网关远程I/O软启/E3变频协议网关远程I/O软启/E3变频DynamicHART/FF现场设备层企业信息层办公局域网制造部工程部品管部采购部库房防火墙FMCS以太网光纤环网厂级管理层无线接入点打印机冗余数据服务器冗余HMI服务器历史数据库服务器工程师站设备管理服务器APC先控服务器能源管理服务器操作站操作站操作站操作站操作站中控室大屏显示矩阵分配器操作站LCDLCDLCD厂务智能化平台FMCS能源管理设备全生命管理本地SCADA本地SCADA本地SCADA本地SCADAGAS、CHEMICALENERGYC/R、EXHAUSTUTILITY、PCW、UPW、WWTMAINTENANCE区域控制层•变频软启•智能马保•智能电表•智能配电•振动监测•ABPLC•交换机•工业防火墙•网络安全•图控软件•数据库软件•OPC接口IIOTFMCS智慧厂务系统解决方案能源管理系统功能包括：●能源管理能耗控制应能优化能源配置、合理利用能源、改善环境，实现向系统节能战略转变的重要措施；●能源管理系统应能进行能源计量、能源分析、能源控制；●能源管理系统，能对企业系统电力、动力气体、水资源等单元数据进行采集和控制，能对环保监测和控制、能源介质需求进行分析与预测；●能源管理系统能够实时采集电能、水表和气表数据，进行统计、总加，保证能源的安全运行和高效运行；●能准确合理地分析、评价用能单位本身的能源利用状况和水平，用于指导工厂日常节能管理工作；●能源管理与工厂碳排放管理、污水检测及空气质量检测相结合，实现工厂节能减排工作的持续优化和管控；●当预测用电量超过契约容量时，应能进行报警并提示分段卸载或控制；●工厂应能建立能源综合检测系统，能够实现对主要能源消耗、重点耗能设备的实时可视化管理。新能源汽车及动力电池行业白皮书·解决方案33设备全生命周期管理系统中，设备运维至关重要，包括设备点检保养模块、维修模块、备件管理模块及报表管理四大模块组成。设备全生命周期管理系统四大模块●点检、保养：推荐工厂通过维护模块将设备现有维保表单输入至MES系统，根据维保周期定期推送至工段生成维保工单并提醒相关人员，进一步加强管理；●故障管理：通过设备硬件改造，MES系统读取设备PLC数据采集故障及报警信息，通过MES系统对报警信息识别并形成维修工单，维修方案便于后期学习、查询，提升员工技能；●备件管理：通过关联备件库ERP系统，管理人员可实时掌握设备备件库存；●报表管理：报表管理需要对设备管理过程信息一目了然，让管理者、使用者可清晰直观地了解目前设备各方面的数据信息，并搜集历史报表形成归档管理，可追溯、可查询。FMCS智慧厂务系统的整体架构工业实时历史数据库在线实时系统接入引擎现场作业管理系统作业凭证管理智能巡检作业序任务排程与计划管理6S/EHS/应急预案作业指导与现场支持追溯审核管理抄表作业工单交互运维事务管理现场决策支持仿真操作与培训作业记录/拍照/GPS/RFID/Wifi运维基础数据管理工单交互现场事件推送即需报修现场信息反馈历史数据报警推送实时数据设备状态运维事件中心与调度管理工单管理资产信息管理维护维修管理全厂级事件中心信息集成调度服务台报修管理KPI管理SCADA仪器仪表生产监控系统3rd厂务智能运维平台整体架构Web应用移动应用运维调度服务台态势分析现场作业调度电话数据应用报警管理设备运维全生命周期管理设备运维模型备品备件与知识库监测与分析实时与历史数据维护维修流程管控报警与事件应用对象服务信息发布服务实时数据通讯接口层新能源汽车在冲压、焊装、涂装、总装的“四大工艺”生产过程中，对生产流程的灵活性、效率、质量和产量等要求特别高。罗克韦尔自动化提供的全面解决方案，能够给用户企业带来切实的帮助。本章提供以下生动案例：新能源汽车四大工艺系列案例、支持电池包生产线的快速投产、助力新能源打造世界级灯塔工厂、构建工业物联网平台、可视化的智能制造云平台。罗克韦尔自动化希望借此案例，助力新能源汽车企业和动力电池供应商更加有效地推进智能制造，同时为行业提供有益的借鉴和参考。实践案例Report新能源汽车及动力电池行业智能制造探索与实践新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例35罗克韦尔自动化为汽车行业提供完整的解决方案4.1新能源汽车四大工艺系列案例新能源汽车产业的发展时不我待，无论是电动汽车的“造车新势力”，还是成熟的传统汽车制造商，大家都站在同一起跑线上，同样面对着将电动汽车概念尽快化为可上路产品的挑战。罗克韦尔自动化致力于为新能源汽车生产提供助力，在冲压、焊装、涂装、总装的“四大工艺”过程中，尽最大可能帮助用户企业提高生产流程的灵活性、效率、质量和产量。罗克韦尔自动化拥有专业的投产与项目管理团队，可以帮助用户制定生产计划，以节省时间并降低风险，加快实现量产。投产与项目管理团队的专家可以为新能源汽车工厂四大工艺车间的生产规划提供全面咨询，帮助制定企业管控标准与规范，辅助OEM执行标准，从而降低启动延迟的风险，实现工厂产线各方面工作的统一。1.冲压车间案例在为汽车行业共同开发高效可靠的冲压车间解决方案上，罗克韦尔自动化与某冲压设备供应商的合作由来已久。随着新能源汽车市场的兴起，双方持续深化合作。近些年，随着北美国际市场的拓展，罗克韦尔自动化配合该冲压设备供应商为福特汽车在美国的4家本土工厂提供了满足UL认证的多条大型全自动高速冲压线专用盘柜集成，用于传统汽车和新能源汽车多个冲压件的生产。基于北美客户的使用习惯，该公司与罗克韦尔自动化量身定制解决方案。（1）开卷落料线福特汽车美国工厂冲压车间的开卷落料线包括开卷实践案例CASESTUDY36www.rockwellautomation.com.cn机、矫平机、剪切线/落料压机、码垛机等设备，罗克韦尔自动化为其提供PowerFlex755大功率变频器张力控制方案、伺服定长进给方案以及相关安全产品等。罗克韦尔自动化的整体解决方案包括：GuardLogix安全控制器、PowerFlex755/Kinetix5700、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O、PVP7显示屏、Encoder、Safety等。罗克韦尔自动化的PowerFlex755大功率变频器在张力控制中发挥了重要作用，而且多台PowerFlex755的直流共母线方案大大简化了系统的复杂性。PowerFlex755易于使用，应用灵活，性能出众。伺服定长进给方案中，罗克韦尔自动化的Kinetix5700伺服驱动器作为核心器件保障系统稳定运行，还可帮助缩短调试时间并改善机器性能。该驱动器操作简便、功率强劲且节省空间，能令机器更快速地启动并运行。（2）冲压自动化生产线该公司为福特汽车美国海外工厂提供了多条大型全自动高速冲压线，这些冲压线通常包括4～5台800t～2400t的大型冲压机，并配有完成自动输送物料任务的上下料机器人或单臂/双臂机械手，此外还有线首、线首皮带机对中台等辅助设备，以及各线体的安全控制系统，包括线边急停、升降机或移行机安全围栏、机器人安全工作区域配套设施。罗克韦尔自动化的大功率PowerFlex755TR四象限驱动系统和Studio5000集成冲压专用安全指令系统等核心部件在其中确保冲压线的可靠运行。实际上，无论是机械压力机还是伺服压力机，罗克韦尔自动化均能提供相应的自动化解决方案。机械压力机解决方案包括：GuardLogix安全控制器、PowerFlex755/PowerFlex525大功率变频器张力控制方案、Kinetix5700伺服控制方案、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O+PVP7显示屏、Safety等；伺服压力机解决方案包括：GuardLogix安全控制器、PowerFlex755/PowerFlex525大功率变频器张力控制方案、Kinetix5700伺服控制方案、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O、PVP7显示屏、完美匹配机械特性的低转速和大扭矩伺服电机、Safety等。不仅福特汽车美国工厂，罗克韦尔自动化同样配合该冲压设备供应商为长安汽车等车企提供众多全封闭式全自动高速冲压线。生产节拍最高可达到15次/分钟，端拾器和模具3分钟内即可完成全自动切换，整线可实现1模4件生产，生产效率极高。2.焊装车间案例在整个汽车制造过程中，焊装车间的自动化程度仅次于冲压车间，整车厂希望借此提高生产效率并保障产品质量。与此同时，随着市场需求的不断变化，新能源汽车车型升级和新车型导入的需求越来越多，汽车企业经常需要对焊装车间进行改造、升级，以满足新车型的生产需求，并实现多车型混线生产。焊装车间的这些需求对自动化控制系统的灵活性提出了非常高的要求。为此，罗克韦尔自动化提供完整的全生命周期解决方案，以及项目流程中各阶段所需的各项必要文件，满足用户的项目需求。焊装车间车型升级和新车型导入的需求越来越多新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例37罗克韦尔自动化针对焊装车间的高可靠性解决方案统一高效可复制性高可靠性的解决方案：●统一的硬件选型、标准化的控制盘柜（MCP、GB、HMI、VFD、PDP）；●统一的网络架构（EtherNet/IP）；●标准软件模块程序；●标准化应用程序库，直接复制拷贝，仅需修改输入输出IO及标签名称；●统一的HMItemplate及统一的HMI操作和状态显示画面；●专用的HMI操作、报警信息导入导出工具，2分钟完成即可完成80%的HMI项目设计。方案特点和优势：●对于终端用户来说，人员培训和设备维护成本更低；●自动化设备和产线可以达到更高的质量；●使用预定义的硬件和软件，缩短了工程实施时间；●标准化的安装规则和文档，使OEM厂商更快地进行设备安装并减少重复性工作；●标准化的自动化项目实施规则和文档，使线体供应商能更快地完成设备安装。3.涂装车间案例为了让电动汽车的外观看起来更加完美，涂装车间各个工艺环节的控制非常重要。涂装工艺设备通常都是非标设备，需要针对新项目进行完整的设计。罗克韦尔自动化采用集成架构模块化设计理念，将控制系统进行分解，利用标准的子系统模板及程序，包括风机、水泵、燃烧机组、喷涂机器人、电泳直流电源等控制模板，从而方便系统集成商进行组合，节省开发时间和成本。涂装车间实践案例CASESTUDY38www.rockwellautomation.com.cn涂装车间近两年，某新能源车企对涂装有了新的技术要求，罗克韦尔自动化基于ICT技术优势，通过与中国国内某工程公司前期开展了demo产线的合作，在OEM侧不断优化，完善整体设计，从而使得最终设计方案得到了该新能源汽车车企的高度认可。目前该项目正在有序推进的过程中。此外，在涂装领域，罗克韦尔自动化也与某国际知名涂装企业在国内开启了合作，为汽车行业客户创建第二标准，提升市场竞争力。涂装车间要对完成焊装生产的白车身进行表面处理及喷涂工艺，主要设备可分为两大部分：一是涂装车间输送设备；二是涂装工艺的前处理、喷涂、烘干等设备。罗克韦尔自动化还可以为前处理及电泳、烘干炉、喷房、输调漆等提供完整的控制系统，解决方案包括:ControlLogix控制器、PVP7显示屏、PowerFlex753变频解决方案、POINTI/O、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、Dynamix震动监测、PM500/1000电源监测系统。方案特点：●集成控制系统架构，适应于多种控制方式；●基于罗克韦尔自动化架构的风机、泵类优化控制和预测性维护；●EnergyMetrix能源监控系统及优化控制。罗克韦尔自动化可以为摆杆链/链条输送系统、辊床输送系统、翻转机输送系统，以及移行机、升降机等输送设备提供完整的控制系统解决方案：罗克韦尔自动化GuardLogix安全控制器、PVP7显示屏、PowerFlex755/PowerFlex525变频输送方案、Armorstart输送方案、POINTI/O、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、Safety等。方案特点：●集成安全运动控制；●全厂融合的标准以太网架构；●广泛的驱动产品。4.总装车间案例总装车间是构建现代化汽车制造工厂的重要部分，其自动化控制及信息系统对于电动汽车质量的合格下线具有决定性作用。总装车间以输送系统串联起整个物料流动，对输送有较高的柔性和智能化需求。适应于智能柔性化的产线规划，可以极大地提升车间运行效率，同时提升产量，完成最优路径，实现最大价值。基于智能化和柔性化需求，罗克韦尔自动化提供全厂融合以太网的网络架构，以适应新能源汽车总装车间的控制流和信息流相辅相通。汽车总装车间新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例39罗克韦尔自动化针对总装车间PBS系统、内饰、底盘线、AGV小车/EMS输送系统提供完整控制系统解决方案，包括：●各类移栽叉、移行机、转台、滚床、升降机、转挂系统、RFID读写设备、力矩拧紧设备、涂胶设备、玻璃涂胶机器人等的控制系统；输送系统摩擦输送线分装线罗克韦尔自动化针对总装车间各类分装线同样可以提供完整控制系统解决方案，包括：门线、轮胎输送线、发动机分装线、仪表分装线、淋雨线，以及各类加注、检测线等。摩擦输送线可采用PowerFlex525/ArmorstartIP67输送解决方案/ICT独立小车输送系统，系统通过以太网与加注、检测设备进行通信。现在流行的智能积放式输送系统对总装车间作业环境有良好的改善。解决方案包括：CompactGuardLogix控制器、PowerFlex755/PowerFlex525/Armorstart/ICT、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O、PVP7显示屏、Safety等。对于二层平台，罗克韦尔自动化基于ICT技术的创新解决方案，同样也可以满足汽车行业用户柔性化和智能化需求，降低维护难度，保持高稳定性。●各线体的安全控制，包括线边急停、拉绳开关、升降机或移行机安全围栏、机器人工作区域；●通过以太网与拧紧设备通讯，实现力矩拧紧防错功能；●开放式的AGV/EMS控制方式，通过无线以太网控制AGV小车、EMS输送系统，实现输送的智能化；●所有AGV小车的安全控制，包括急停、防撞。方案特点：●PowerFlex755力矩校验和点对点位置控制功能用于升降机及移栽叉的控制；●输送解决方案：GuardLogix安全控制器、PowerFlex755/PowerFlex525/ArmorstartIP67输送解决方案、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O、PVP7显示屏、RFID、Safety等；●无线以太网开放式AGV/EMS解决方案：PowerFlex755位置控制功能用于AGV小车方向的控制；●开放式AGV/EMS解决方案：CompactGuardLogix、PowerFlex755/PowerFlex525、罗克韦尔自动化Stratix5700以太网管理型交换机、POINTI/O、PVP7显示屏、Safety等。实践案例CASESTUDY40www.rockwellautomation.com.cn4.2支持电池包生产线的快速投产美国的某电动汽车初创公司，其核心技术和设计思路都从21700电芯入手，他们的电池包方案，充分利用皮卡和商用车对Z向高度不敏感的方式，采用上下两层模组配置冷却板的三明治结构。在圆柱电芯的迭代设计中，该公司的方案是一种不同以往的路径，通过上下两个模组分别进行单面冷却，模组之间采用一块较大的冷却板。下层电芯为倒置，电芯先做成单块模组，实际模组的高度比较高，等于把两个21700的模组复合在了一起。模组的正面是输出线排，通过快插连接器进行桥接，在电池模组的另一面，上下母线则通过母线排进行连接。通过这种模组结构，该公司可以设计制造大功率的电池包。该公司电池包的生产面临挑战，罗克韦尔自动化Rivian的大功率电池包采用了独特的三明治结构和整厂MES信息化系统两大部分。产线自动化控制部分，基于罗克韦尔自动化的整体集成架构及其在电池产线解决方案的成熟经验，罗克韦尔自动化可以在建厂初期就帮助客户完成底层控产线自动化控制系统架构制标准化的基础，这一基础特别有利于提高产线的运行稳定性和生产效率。同样是基于底层的标准化，在工厂建设的整个过程期间，电池厂商可以更快地完成产线落地和产品生产。与某企业合作，共同完成了对该公司电池包生产线的支持，帮助其实现快速投产。罗克韦尔自动化负责的项目包含产线自动化控制新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例41BLUEBOX柔性化技术平台是合作企业通过对产品制造工艺的研究、汇总与提炼，面向电气化制造而开发的平台。BLUEBOX具有机电集成一体化的优势，可兼容组装、拧紧、涂胶、焊接、测试等多种制造工艺。同平台内不同设备构型类似，核心零部件通用，工艺设备可更换，实现了非标装配线的标准化，从而为设备的设计开发和生产换型带来了巨大的便利，可显著加快生产线交付，实现快速量产并帮助客户降低产品生命周期成本，提高生产灵活性。BLUEBOX平台用于激光焊接工作站和涂胶工作站MES信息化解决方案架构MES信息化解决方案部分，罗克韦尔自动化通过多年的项目落地经验及不停迭代，能够快速响应企业多变的需求，满足客户对于系统高可用性和稳定性的要求，同时也实现了对整个生产流程要素的无缝监督，将底层数据与实际生产需求相互绑定，不仅满足了当下新能源造车新势力快速上市的急迫需求，也满足了他们对产品追踪追溯的合规要求，对把控产线整体状态也有了清晰的了解。罗克韦尔自动化还帮助该公司电池包生产线打造了一个标准工艺工作站——智能柔性激光焊接工作站。其中，罗克韦尔自动化除了提供MES信息化解决方案，还提供了电气控制解决方案。智能柔性激光焊接工作站是基于BLUEBOX柔性化技术平台自主研发的新一代激光焊接系统解决方案，用于高功率密度圆柱电芯模组的焊接应用，实现了激光焊接代替邦定焊接。通过对高速高密度焊接的突破，这一应用大大改善了产品连接性能和焊接可靠性，开辟出车用圆柱电池包制造核心工艺的全新制造路径。42www.rockwellautomation.com.cn4.3助力新能源企业打造世界级灯塔工厂新能源汽车市场蓬勃发展，然而动力电池的供应能力与电动汽车的装机需求却存在巨大鸿沟。与此同时，原材料价格上涨、产品质量稳定性难以保障等，也是业内企业普遍面临的问题。动力电池企业急需大幅缩短产品上市周期、提高产品质量及稳定性，并降低企业运营成本、提升企业竞争力。新能源动力电池行业的某领先企业同样面临挑战。该公司自2012年起开展电芯的预研工作，2016年12月成立电池事业部，2018年2月成为独立公司，致力于下一代电池材料、电芯、模组、PACK、BMS、储能技术的研发、制造及创新。AI加速数字化转型作为一家掌握了新能源电池核心技术的企业，这家动力电池企业很早就意识到数字化的重要性，并着力对全流程进行数字化改造提升。然而数字化转型绝非一蹴而就，而是从节流到开源，从量变到质变，最终实现颠覆，以重塑商业模式、推动产业升级的过程。2021年12月8日，罗克韦尔自动化与该公司正式签署了战略合作协议。双方将通过建立长期稳固的战略合作伙伴关系及合作研发模式，携手打造动力电池及能源互联行业AI智能制造生态圈，共同研发面向动力电池及能源互联行业的AI智能制造综合解决方案，为动力电池及能源互联全产业链的转型升级注入智慧动能，以绿色能源转型推动碳达峰、碳中和目标的加速落地。根据协议，双方将在AI和智能制造领域建立战略合作伙伴关系，共同探索AI技术在动力电池及能源互联行业中的应用和解决方案同时，双方将加快在工业物联网、边缘计算、数字孪生及大数据分析等领域的技术创新，并将其加速落地于智能品控、智能设备、智能物流、智能运营等重要场景，共同打造AI智能制造整体解决方案此外，双方还将共同投入资源实现创新应用试点，共同建设标杆工程，联合运营高水平动力电池及能源互联行业AI先进制造实验室和创新中心，打造世界级灯塔工厂，为动力电池和能源互联行业的智能制造转型提供参考与借鉴。某企业“灯塔工厂”建设总指引新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例43数字化转型最关键的环节，是全方位的跨界创新整合。依托智能运维Rockii解决方案和跨界人才整合，罗克韦尔自动化与客户携手，共同打造世界级的灯塔工厂。ICT切叠输送线展现出了八大优势●安全：集成的电气安全硬件架构，简化了系统设计、安装和调试；●柔性：快速换型，至少能兼容两种不同电芯的输送；●质量：精准定位，防撞功能，提升良率；●节能：智能路径管理，可以自我调整；●智能：内置身份，保证实时可追溯性；●仿真：通过自带软件进行工艺和调试仿真，极大地缩短了开发验证周期，提升了效率；●机械：整体ICT方案采用模块化设计安装，确保项目实施的可控性；●效率：输送系统分为两个部分，理论产量12～28ppm，与最初要求的0～24ppm相比，更加可靠，大大降低了用户的投资风险。影响产能。与此同时，产品量产爬坡周期长，而且涂布和叠片等设备参数难调整，这些都是业内企业急需解决的问题。在罗克韦尔自动化的帮助下，该公司最终实现了更高效、更可靠的动力电池生产。这里仅展现其中三个应用场景的案例。ICT赋能切叠线提产降本在590电池叠片的切叠线上，方形切叠机需要配套安全柔性的智能输送系统，使得整线产能达到24ppm。在极卷运输的过程中，需要避免因托盘振动和碰撞给电芯造成的损害，同时减少粉尘的产生。在Hi-pot工段，还需要高定位精度的运输托盘。传统的倍速链系统无法解决以上问题和挑战，即使采用ICT（磁悬浮输送技术）和倍速链混合的方式也无法达到。罗克韦尔自动化采取了与OEM合作的形式，用ICT方案完全替代了传统倍速链，最终12台方形切叠机均实现了单机产能2～2.5ppm，整线产能24～30ppm，完美达成了所有目标。智能运维Rockii解决方案由工业物联网、人工智能、AR/VR、大数据分析、预测性维护等技术支撑，藉由“智能运维”创新模式为企业开启数字化、智能化、远程化的智能运维之旅。助力产线增效降本在动力电池的生产线上，该公司面临着更严峻的挑战。动力电池行业的设备OEE普遍低于70%，严重实践案例CASESTUDY44www.rockwellautomation.com.cn基于ICT技术，该公司将关键工位的产能提升了30%～40%。此外，几乎免维护的硬件，大大降低了维护成本，场地占用也节省了30%。1、大数据技术指导涂布精准调试和工艺调优涂布是动力电池制造最关键的一道工序，在实际生产中面临诸多挑战，如：判断涂布工序面密度质量的参数很多，大部分情况下依赖人工经验调整参数；每次修改调整工艺参数后，只有等极片通过长距离的烘箱(长达60米)结果检测出来后才知道参数是否有效合适；涂布机稳定运行后，产品面密度会随浆料等因素发生漂移，由人工根据面密度的实际结果微调参数，保证面密度达标；量产后发现面密度不良，员工不明确异常真因，就直接调整参数来应对；产线换型损失产能约14～30天。为了解决这些问题，罗克韦尔自动化为客户打造了统一数据、分析和AI工作负载的一站式数据基础平台。该平台融合了数据流批处理、数仓和数据湖服务，采用存储与计算分离架构，可任意规模存储所有结构化和非结构化数据，同时满足数据分析师、数据开发工程师和数据科学家的分析需求，实现协同合作和数据共享，此外还可以满足用户在大数据下对离线数仓、实时数仓、数据湖分析、AI机器学习等场景需求。利用大数据和人工智能对涂布质量关键因子进行分析和计算是这个项目成功的关键。涂布面密度发生异常时，系统可协助人工快速定位异常参数组合和可能原因，减少异常原因追查时间，减少再发损失。发现部分规律之后，系统可进一步确定面密度各因子的重要度规律，将因子参数锁定在一定范围内，帮助人工调整缩小范围，加速调线，减少大量基材和浆料的浪费。面密度调产规律模型应用，让换产速度可越来越快，提高换产效率。2、数据中台技术解决质量追溯问题随着业务的快速发展，为满足日益增长的下游客户、生产过程及上游供应商的溯源信息需求，客户亟需建立完善的信息化溯源平台来优化追溯管理。罗克韦尔自动化帮助该公司建立并完善了一期溯源平台的功能，并深化质量追溯应用、拓展至工序参数级别的溯源应用场景。该项目整合了电芯工厂、模组工厂、Pack工厂中的产品数据、工序制程参数、质量检验参数，通过统一的数据中台系统，经过数据入湖、数据清洗、数据构建后形成溯源模型，通过溯源平台实现追溯数据接入、数据清洗、模型构建、数据查询及追溯数据图形化展示功能，满足客户的需求。基于已经建设的符合该公司管理现状的数据中台，罗克韦尔自动化还利用信息系统对平台进行二次开发与功能迭代，开展了更为高效的新能源汽车动力电池全生命周期溯源管理，全面打通了上游供应商及下游客户的追溯关系，提高质量数据追溯及风险排查的效率和快速响应能力。一站式数据基础平台新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例454.4构建工业物联网平台某自动变速器公司是一家国际汽车集团在中国的全资子公司。未来3年内，该工厂将向中国市场推出三种新型变速器，其高端技术将为最终汽车消费者在驾驶舒适性等方面带来全新的体验。为了实现新型变速器的高效生产，该公司建设了5个车间，采用了先进的工艺技术和生产设备，与此同时，为了打造面向未来的数字化生产和企业运营体系，大众天津还启动了MES项目和工业物联网平台的建设。罗克韦尔自动化与PTC中国合作，为客户提供了MES整体解决方案，并将罗克韦尔自动化的FTIS-ThingWorx作为企业的物联网平台，通过工业连接器实现了多种不同类型设备的连接与数据整合。作为客户的智能制造数字主线，该系统的整体架构如图所示。MES的成功经验将全面推广MES项目的目标主要是设备数据采集、数据源集成等，并为未来的扩展应用做好准备。每个车间的数据采集都涉及多种不同的生产设备、NCU网络通信单元、软件、电表以及其他传感器。这个MES项目的实施从4号车间开始，然后逐步扩展到1号车间、2号车间、3号车间和3A车间。4号车间从2020年4月开始实施，并已于2021年7月开始投入使用。其他4个车间的实施从2020年10月底开始实施，2022年投入使用。MES及工业物联网系统架构MES系统可实现如下功能●加工自动规划●全厂无纸化●考勤管理●邮政特快专递●在线工具管理●车间追溯性●全厂质量控制●全厂在制品管理●机器缓冲区/超市区域的可视化●机器状态可视化46www.rockwellautomation.com.cn基于MES项目在4号车间取得的实效和成功实施经验，该系统将作为建设基准和标准，被全面推广部署到这家公司在中国的其他生产基地。构建工业物联网平台该公司采用了罗克韦尔自动化的工业物联网平台方案，将FTIS-ThingWorx作为企业的物联网平台载体，通过工业连接器实现了多种不同类型设备的连接与数据整合，并打通了企业内部的不同分散系统之间的壁垒，实现了企业内部分散的设备&系统之间的信息整合。由FactoryTalkInnovationSuite驱动的应用敏捷开发，解决了涵盖生产、物流、关键工艺管理过程中的一系列业务问题，为用户提供了数字化、无纸化、一体化的工业物联网数字主线应用程序。基于工业物联网的数字平台，该公司的每日KPI一目了然，并根据当前KPI范围进行了颜色提醒，红、橙、黄、绿、灰等不同的颜色代表不同的KPI状态，再深入一步，还可以看到KPI的历史数据以及相关备注信息，可以随时随地生成KPI报告，为企业决策提供了一个完美的数字平台。该系统还覆盖了不同的会议时间窗口与级别，并通过无缝的信息传递链，为企业构建了跨管理层级、跨业务部门、跨专业系统的综合决策平台。通过组织、用户和组的定义，对执行、读取以及写入权限进行精细化管控。当用户登录时，系统将对认证和授权进行验证，并最终获得专属于所在业务的分析数据。基于FTIS-ThingWorx的综合决策平台新能源汽车及动力电池行业白皮书·实践案例474.5可视化的智能制造云平台某车桥公司是全球领先的汽车零部件和金属成型产品制造商，为乘用车、运动全驱车、SUV、卡车和客车设计、制造、测试并验证成套的汽车动力传动、驱动系统和底盘悬架模块。该公司是一个国际化的企业，业务遍布全球各地，生产基地设立在13个国家和地区，为100多家客户提供优质的产品和服务，客户包括欧美车企，也包括中国的诸多合资车企和自主品牌企业。随着全球业务的不断发展，该公司遇到了一些新的挑战，缺少对整个公司各个生产基地运营情况的实时可视化信息。虽然目前有两个重要部门都有独立的ERP系统，但是却没有简单的方法整合数据，以获得整个公司层面反应实际运营能力的视图，而公司的管理层的确非常需要访问每个部门的运营数据，以便全面了解业务的执行情况，从而更加快速地做出明智的决策。客户目前有两个重要部门正在使用Oracle的ERP系统，在此基础之上，罗克韦尔自动化帮助客户实施了Plex智能制造云平台，并将其与ERP系统连接，实现了企业范围的财务合并和绩效管理。在引入Plex智能制造云平台之前，此类报告的大量工作都是由员工手动完成的，但客户需要的是一种集成的、自动化的方式来收集运营数据，从而做出更好、更快、更明智的业务决策。现在，Plex智能制造云平台帮助客户解决了运营数据集成、自动采集的问题，系统架构如图所示。某车桥公司在全球范围内为100多家客户提供优质的产品和服务实践案例CASESTUDY48www.rockwellautomation.com.cn整个项目实施仅用了12个月就完成了所有的解决方案部署，一个系统就可以了解从底层车间到顶层决策的所有信息。Plex系统的可视化给客户带来了很大的便利，它横跨各大工厂，可以监管不同地理位置的组织。与此同时，生产工厂的产量增加了5%，库存周转率提高了10%，采购经理可以根据16周的窗口期（物料交付周期的结果）去计划、预测和订购物料，现金流得以优化，企业整体运营效率大幅提高。基于这样的成果，该公司的8家金属加工工厂都改以Plex系统为标准。Plex的成功实施给该公司带来了巨大的受益，同时也带来了企业范围的变革，在没有任何宕机的前提下，实现了销售的持续性增长。这一难以置信的商业成功证明了Plex系统可以轻松地在一个复杂的大型组织中顺利部署并发挥作用。当然，在整个项目执行的过程中，实施团队也遇到了一些挑战。从多个系统更改为Plex系统并引入新的ERP（以前没有ERP的工厂需要引入ERP）是一项复杂的工程，还可能使业务面临一定程度的风险。此外，该公司的金属成型部门是一个高收入部门，其客户不会容忍系统无法平稳过渡导致的停机。Plex智能制造云平台系统架构罗克韦尔自动化的团队通过严格培训Plex的用户，为执行者和操作者每周举办一次研讨会，引导所有员工胜任他们特定角色的新流程，从而很好地完成了新系统的导入。通过Plex系统中的文档管理系统，该公司的员工可以在整个组织中共享重要信息，使用活动管理器实时跟踪流程，并通过数据分析告诉用户哪些方面需要改进。现在，客户的员工花在分析上的时间越来越多，而花在收集数据上的时间越来越少，整个工作流程更加高效和有效。鉴于Plex系统的成功导入，该公司计划在未来的新项目中继续导入该系统，包括：将Plex系统部署到其他的新工厂，进一步进行Plex系统与PLC设备层面的数据集成，并通过Plex系统深入优化采购和财务流程。罗克韦尔自动化微信