罗克韦尔：自动化新能源汽车及动力电池行业白皮书_52页_23mb.pdf

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白皮书50 行业洞察 INDUSTRY INSIGHT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CATA LOG U E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4 行业洞察 INDUSTRY INSIGHT1.1 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。2 0 2 1 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。2 0 2 0 年 9 月，中国政府明确提出了 2 0 3 0年“碳达峰”与 2 0 6 0 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 6 0 0 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 2 0 1 1 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。2 0 1 6 年开始爆发式增长，2 0 1 8 年快速突破了 1 0 0 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 1 0 0 0 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：2 0 2 2 年 1 6 月，我国新能源汽车产销分别完成了2 6 6.1 万辆和 2 6 0 万辆，同比均增长 1.2 倍，市场占有率达到 2 1.6%。其中，新能源乘用车销量占乘用车总销量的比重达到 2 4.0%，中国品牌乘用车中新能源汽车占比更是达到了 3 9.8%。2 0 2 2 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6040200 2020 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59.6 2011 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40030020010003.4 7.9 1.8 1.3 0.82011 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 2 0 2 1 年开始，比亚迪已经超越了特斯拉。根据 2 0 2 2 年 6 月相关数据，比亚迪的新能源汽车销量连续 4 个月破 1 0 万，成为 2 0 2 2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 1 0 0 万辆。上汽计划到2 0 2 5 年在全球实现新能源汽车销量超过 2 7 0 万辆，2 0 2 2 年上汽将继续加快发展新能源汽车，同时希望 2 0 2 2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：W AY S 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 T OP 10 厂商 2022 年 1-8 月新能源市场排名 T OP 10 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156,108 209.4%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863,604 291.0%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%292,862242,777128,834121,478103,98991,56389,96282,11376,5816 行业洞察 INDUSTRY INSIGHT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 2 6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 1 7 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 2 0 2 5 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 5 0 0 k W、峰值电流 6 5 0 A 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 2 0 2 5 年的战略目标是 2 0%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，2 0 2 2 年 1 5 月，全球动力电池装机总量为1 5 7.4 G W h，同比上升 77.3%，已连续 23 个月呈增长态势。在 2 0 2 2 年 1 5 月的全球动力电池行业月度排名中，中国企业占了 T O P 1 0 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 5 3.3 G W h，同比提高 1 1 2%。比亚迪位列榜单第三位，其今年 1 5 月装机总量达到19 GWh，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：SNE Research排名企业装机量(2021 年 15 月)装机量(2022 年 15 月)同比增长%市占率%(2021 年 15)市占率%（2022 年 15 月）1 宁德时代 25.1 GWh 53.3GWh 112.1 28.3 33.92 LG 20.9GWh 22.6GWh 7.9 23.6 14.43 比亚迪 6.1 GWh 19 GWh 210.5 6.9 12.14 松下 13.3 GWh 16.5 GWh 24.3 15 10.55 SKON 4.7 GWh 10.8 GWh 131.6 5.2 6.86 三星 SDI 5.2 GWh 6.9GWh 32.5 5.9 4.47 中创新航 2.6 GWh 6.7GWh 154.3 3 4.38 国轩高科 1.7GWh 4.2GWh 144.8 1.9 2.79 欣旺达 0.3GWh 2.4GWh 780.4 0.3 1.510 蜂巢能源 0.8GWh 2 GWh 153.9 0.9 1.3 2022 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（G W h）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 1 0 0%，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，2 0 2 2 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，2 0 2 5 年我国新能源汽车销量有望突破 5 0 0 万辆，届时新能源汽车保有量将达到 2 0 0 0 万左右。在国务院发布的新能源汽车产业发展规划（2 0 2 1 2 0 3 5 年）中，更是明确提出 2 0 3 5 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 2 0 3 5 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 2 0 3 5 年，碳排放总量较峰值下降 2 0%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 2 0 3 5 年，新能源汽车市场占比超过5 0%，燃料电池汽车保有量达到 1 0 0 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。8 行业洞察 INDUSTRY INSIGHT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。2 0 2 2 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 INDUSTRIAL UPGRADING10 2.1 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 I T/O T 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（Rail Guided Vehicle，有轨制导车辆）式立库系统、AGV（Automated Guided Vehicle，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、I T 等完整的整车生产工艺，年产能 1 0 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 1 0 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 2 0 2 0 年增长 1,6 0 0%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 F M C S 厂房设施管理系统和数字化中控管理系统，利用 5 G 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 INDUSTRIAL UPGRADING12 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 S E E E（安全 Safety、节能 Energy、环保 Environmental 和高效 E f f i c i e n c y）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 I T/O T 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 INDUSTRIAL UPGRADING14 2.3 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 I T/O T 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)A P S(高级排产)MES(制造执行)MMS(设备管理)刀具管理 WMS BOM 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CAE CAM ERP(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 INDUSTRIAL UPGRADING16 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 4 R 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、