基于数字化工厂的新车投产精益化管理及实践
摘要
汽车市场的激烈竞争使汽车产品更加的智能化和多样化，同时对产品从设计到投产面市的时间要求也越来越短，传统的新车投产设计和实施的管理方法已经不能满足多品种混线生产、产品快速上市这一要求。本成果利用数字化工厂技术为依托，通过建立针对新车制造的生产系统的数字模型并进行模拟仿真，使新车生产系统的设计方案更加合理，对车间及其内在设施设备的设计、建造和维护各个过程的相关数据定义得更加明确精细，从而能优化工厂从设计到建造的整个流程，实现精益化管理。上海大众是国内第一家掌握新车投产全数字化设计和实施管理技术的整车生产厂家，后续新车型的投产将全部基于数字化工厂平台进行。该方法在多个车型的投产项目中得到应用，提高了规划的质量，缩短了规划的时间和上市前准备时间，取得了良好的经济效
基于数字化工厂的新车投产精益化管理及实践
摘要
汽车市场的激烈竞争使汽车产品更加的智能化和多样化，同时对产品从设计到投产面市的时间要求也越来越短，传统的新车投产设计和实施的管理方法已经不能满足多品种混线生产、产品快速上市这一要求。本成果利用数字化工厂技术为依托，通过建立针对新车制造的生产系统的数字模型并进行模拟仿真，使新车生产系统的设计方案更加合理，对车间及其内在设施设备的设计、建造和维护各个过程的相关数据定义得更加明确精细，从而能优化工厂从设计到建造的整个流程，实现精益化管理。上海大众是国内第一家掌握新车投产全数字化设计和实施管理技术的整车生产厂家，后续新车型的投产将全部基于数字化工厂平台进行。该方法在多个车型的投产项目中得到应用，提高了规划的质量，缩短了规划的时间和上市前准备时间，取得了良好的经济效
基于数字化工厂的新车投产精益化管理及实践
上海大众汽车有限公司成立于1985年3月，是中国改革开放后第一家轿车合资企业，由中德双方各出资50%组建而成。公司总部位于上海安亭国际汽车城，占地面积333万平方米。上海大众是国内规模最大的现代化轿车生产基地之一。基于大众、斯柯达两大品牌，公司目前拥有帕萨特、波罗、途安、Lavida朗逸、Tiguan途观和Octavia明锐、Fabia晶锐、Superb昊锐等十大系列产品，覆盖A0级、A级、B级、SUV等不同细分市场。上海大众的“四位一体”经销商和特约维修站总计达到1000多家，全国的地级市覆盖率超过70%，配套的零部件企业有400多家。上海大众曾连续八年荣获中国十佳合资企业称号，八度蝉联全国最大500家外商投资企业榜首，并连续九年被评为全国质量效益型企业。凭借质量、经济效益等方面的显著绩效，上海大众成为了中国汽车行业中首家获得全国质量管理奖的企业。
中国的汽车制造业正处在一个机遇与危机并存的关键发展阶段。一方面，资金的大量投入和消费市场的持续繁荣带动了汽车制造业的迅猛发展，2010年中国生产汽车1826万辆，销售1806万辆，创造了新的世界产销记录。另一方面，汽车制造能力“大而不强”的现象非常突出，表现为：(1) 整车制造资源分散。中国有上百家整车厂，但普遍规模很小；(2) 自主创新能力欠缺。国内制造的一些较高档次的汽车从车型设计到生产线布置(含设备和布局规划)基本上都自国外引进；(3) 汽车产品的国际竞争力弱，难以走出国门。随着国内市场日趋饱和，汽车利润率也将逐步降到全球行业的平均水平，汽车厂家的生存受到严重威胁。在这种严峻形势下，国内汽车制造企业在管理和技术上寻求革新势在必行。
为了满足不同消费阶层的需求，各大汽车厂都构建了不同品牌、不同系列的覆盖高、中、低各个消费阶层的系列产品。同一个产品，也提供客户化定制服务，每个用户都可以在一定的范围内对自己的汽车产品进行定制，以满足个性化的要求。这将会导致汽车厂直接面对多样化的产品生产模式，而且各个产品系列的制造需求都会随着市场的变化而变化。
产品的多样化导致生产系统的多样化。目前，各大汽车制造企业都普遍采用混线生产的模式。混线生产就是在一条生产线中通过不同设备的配置方法，来生产不同类型、不同品牌的汽车。混线生产必然会对新车型的投产提出新的要求，一方面，需要对新的产品设计出和原来流水线相似的生产流程和设备；另一方面，需要合理调整生产线设备的参数和节拍，让混线生产成为可能。而传统的工厂设计规划方法由于没有数字化的规划设计数据，导致新车型的工艺路线和加工装备时不能很好地借用原来的设计方案。新的设计方案完成后又不能进行模拟仿真而必须在现有的生产线上做停产后的样机试生产，直接影响到了现有产品的生产。因此，迫切需要一种能对生产过程信息进行有效管理并能提供模拟仿真的新的生产系统规划设计方法。
汽车产品的设计复杂度在不断提高，使制造工艺也日趋复杂，技术含量越来越高。例如，轻量化的要求使得汽车需要使用更多种类的材料，这相应增加了车身焊接和总装工艺的复杂性。一些先进的制造工艺技术比如激光焊接逐渐应用到汽车的车身拼焊和零件焊接中来，它具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低重量、降低成本和提高尺寸精度等好处。此外，喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人的广泛采用也增强了技术含量。混线生产又对生产线的布局设计和产品设计都提出了很多约束。
车间自动化程度的提高也需要对规划设计方法的改进。以白车身生产线为例，目前主要采用自动化手段来传输、抓取、夹持金属薄板并将其焊接成复杂的白车身结构，在夹具以及传输和夹持零件所需的自动化设备、进行焊接作业的机械手、验证质量所需的测量/测试设备等方面投资巨大，因此必须对设备的布局和配置进行分析优化，提高设备的柔性、运行可靠性和利用率，实现现有资本设备的价值最大化。
在如今这个产品繁多、竞争激烈的时代，如何提高资金流转的效益、如何缩短新产品从研发到上市的时间、如何在销售领域延伸人性化的服务，是整个工业领域面临的挑战。因为对于制造业来说，时间就是金钱，个性就是优势。一款产品如果晚上市一周，对于企业来说很可能就损失惨重。
随着产品的越来越复杂和知识含量的越来越高，制造系统的复杂程度也越来越高，由于生产设备和制造系统日趋复杂，供应商和客户在规划和设计系统的前期、组装和调试新设备并将其投入到生产的过程中经常面临着日益严峻的问题。传统的手工处理方式，设计人员不能对新的制造技术和制造系统有正确的了解，可能导致产品设计上的错误，就需要在以后的设备现场安装调试中以更大的代价去更正。而生产制造过程的经验也不能很好地反馈到设计阶段。设计和制造两个环节的脱节就需要迫切提高企业的生产规划能力和制造系统的设计能力。
另一方面，传统的人工规划方面基本上是“粗狂性”的设计方法。新生产系统设计完成后，具体的设备进厂、试生产和投产都是一个不确定的纸上方案，给建造供应商提供了很大的发挥空间。这样会导致新工厂的建设时间、建设成本都不能很好地进行控制，最后往往会导致费用超支，工程的拖期。
数字化工厂技术通过建立工厂级的制造系统数字化环境，实现制造系统规划和设计的自动化。利用数字化工厂系统建立制造系统的模型，以数字化形式在计算机上全面实现生产制造过程的设计、规划和仿真，是制造系统设计及实际生产系统运行控制的有效辅助手段。
图 1 虚拟产品设计和数字化工厂的关系
数字化工厂之所以近来逐渐引起关注，这和产品制造过程的重要性密不可分，任何创新的产品如果不能被高效率的制造出来都毫无意义，并且制造过程的成本通常占总成本的70%以上，因此通过应用数字化制造技术来优化制造工艺及提高制造效率的意义十分重大，且前景广阔。到目前为止，数字化工厂已经在国外领先汽车制造企业中得到了普遍应用，调查显示，全球前15 大汽车制造企业都在不同范围内采用了数字化制造解决方案，并获得了降低规划成本、提高规划质量、加快规划时间等多方面的投资回报。
上海大众作为国内第一家应用数字化工厂技术的汽车制造商，经过几年漫长的探索和实践，成功的将数字化工厂技术应用到实际的车型规划项目中，从传统的规划方式逐渐过渡到数字化规划方式，这表明上海大众对新车型投产的设计规划和建造的管理水平已经得到了质的飞跃，是国内汽车制造技术发展的里程碑。目前国内众多一线汽车制造厂中，上海大众是唯一具有整车项目的数字化自主规划能力的厂家，上海大众数字化工厂技术的成功应用，为其他汽车制造厂的自主规划提供了信心和方向，标志着中国汽车制造行业将迈向数字制造时代，与世界领先的汽车制造技术接轨，体现了“创新驱动，转型发展”。
精益管理的核心是减少一切不产生效益的环节，降低成本，提高质量。基于数字化工厂的新车投产精益化管理的主要内涵包括：
（一）数字化工厂通过把产品设计和产品制造密切地联系在一起来促进创新，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，降低从设计到生产制造之间的不确定性，提高制造工艺的可行性和可靠性，缩短整个规划和生产准备周期，加快产品上市。对产品制造过程进行建模和分析，优化制造过程和制造系统的配置，提高设计规划的质量；
（二）利用数字化的手段对新车的生产制造系统的设计规划和建造、试生产过程进行精细管理，协调各个供应商之间的关系，形成了数字化的工作流程和方法。其目的是降低生产系统建造施工过程的不确定性，从而提高新生产系统的建造速度，降低建造成本；
（三）数字化平台建立了反映整个企业制造能力的数字模型，整合了整个企业的制造资源信息，和企业的产品数据系统、企业资源计划系统进行了集成，实现知识共享。为新车型的投产计划、挖掘企业生产潜力等提供了直接的决策依据，促进企业的不断发展。
数字化工厂技术是一系列涉及数字化规划技术的总称，数字化工厂方法是一种数字化规划的方法，包括相关的技术路线和管理方法，它的目标主要是生产计划、工艺管理、生产过程组织、制造实施等领域的设计和优化问题。它通过建立统一的工艺数据库来支持计划人员和工艺人员完成复杂的生产工程管理和优化任务。图2就表示了基于这一统一的工艺数据库（eBOP）所建立的数字化工厂相关应用系统。这些应用系统整体形成了一个数字化工厂平台，它可以在数字化世界形成整个加工制造过程的“虚拟工厂”，它是真实工厂的反映，在真实工厂投产前就能对整个加工过程进行模拟仿真，并且能进行三维的浏览和分析。
数字化规划的实质是针对数字化产品定义，制订合适的制造工艺，选择合适的制造资源。规划过程就是为一个产品选择合适的制造资源，建立合适的工艺路线的过程。反映在数字化世界，就是建立产品、资源和规划（工艺）三者合适的关系。一个产品完成规划后，针对这个产品的三者关系会被存放于数据库中，形成了规划方案库，从而为下一个产品的规划工作提供借鉴作用。因此，数字化产品定义(Product)、数字化工艺流程规划(Process)和数字化制造资源(Resource)构成了数字化规划的eBOP核心数据模型（electric Bill of Process）。
图 2 基于工艺数据库的数字化工厂
针对汽车典型工艺过程和规划任务，本成果建立了数字化规划平台，配合相关的规划工具集，帮助规划人员更快、更好地完成规划任务。
图 3 针对工艺规划的数字化工厂方法
平台上集成的主要数字化工厂方法有：
工艺规划实现离散制造过程的建模、规划和分析，也是编制工艺过程的主要模块。工艺规划模块完成工艺过程设计，是连接产品设计与制造的桥梁，是整个制造系统中的重要环节，对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。
数字化工厂通过将产品数据、制造资源、工序操作和制造特征关联起来建立工艺过程模型，作为工艺规划的基础。综合利用各种工具，来提供工艺规划的质量。
制造工程师可以使用数字化工厂的各种工具定义产品的装配顺序，创建模拟并验证产品的可制造性和适用性。此外，还可以定义和管理一项工序或一组工序的工时，生产线平衡可以使用各种图表进行管理，这些图表说明了指定给每项资源的工作量。使用图表可以识别关键的生产路径，同时考虑产品变型组合和流程限制条件，如装配的方向和顺序以及装配的可用性。从而使整个eBOP工艺流程得到优化，提升了工艺规划的质量和效率。
图 4 数字化规划平台上的产品三维浏览
图4展示了在数字化工厂平台上的产品浏览界面。图5表示了指定完生产工艺后，可以利用Pert图进行显示和分析。图6是用Gantt图平衡生产线等来实现工艺过程优化的目的
图 5 用Pert图分析工序
图 6 用Gantt图平衡生产线等来实现工艺过程优化的目的
工厂布局是制造企业的前期工作，涉及厂房、设备和工装夹具等主要资源的空间规划设计，是整个企业生产的前期工作，也是基础工作。在数字化工厂的三维仿真环境中，以厂房布局图等相关数据作为输入，以制造设备的数字模型作为支撑，以设备规划纲领作为控制，对三方面的数据进行处理，形成静态的车间设备和生产线的虚拟空间分布，真实的再现生产线的制造设备布置情况。输出车间设备的布局模型图。
3D布局可以比2D更直观地反应产品或设备的信息，使规划过程更加方便、准确，提高了规划质量。数字化工厂的工厂布局可充分利用已有的世界著名生产线设备制造商的主要产品模型数据，如Siemens、ABB、Bosch等。用户可以根据自身设备型号加以选用，该库包含的设备满足国际标准。系统可以方便地进行生产线、工位设备定位布局，支持“自顶向下”和“自底向上”的设计流程，包括自动和人工工位。系统提供多种CAD系统的接口并支持多种中间格式的输入，如：UG、Pro/E、I-deas、Iges、Stl、VDA、Cat等，方便数据交换。图7是机器人工位的仿真界面。
图 7 机器人工位仿真
图 8 干涉检查及人机工程
工位仿真模块可以建立一个可视化的三维图形环境，帮助用户交互地设计生产线和加工单元。运动功能用于实现对机器人的控制并分析其效果；运动学功能可用于定义、修改和操作机器人运动部件以便检验它们对运动指令执行的效果。对制造单元的仿真功能可以检验、修改和优化机器人放置位置和运行程序并完成干涉检查。图8是人机工程的检查方法。
利用三维的数字化工厂平台，可以建立数字化的工位布局流程，各个布局设计部门、供应上可以协同工作，消除设计中的冲突和错误。图9是这个数字化的布局流程过程图。
图 9 工位布局流程
利用已经选定焊枪的数字模型在数字化工厂的三维仿真环境中验证是否可以满足每个焊点的焊接要求，若不能，则需要对焊接工艺进行调整或者重新更换焊枪。数字化工厂可以自动剖切焊点夹具和工件建立截面，用这个横截面完成零件分析，实现焊枪的搜索和对特定局部的考察。使用这一截面，帮助用户选择一个适于特定点焊作业的最佳焊枪，系统自动从用户的焊枪库里选择并按优先级的顺序建议最适合的解决方案。
根据各部分焊点的工艺要求，可以设定焊枪参数，并在已有的标准资源库中搜索，查看是否有符合指定工艺要求的焊枪，若能满足工艺要求，则无需重新设计制造，这样可以大大提高焊枪资源的重复利用率。若不能满足工艺要求，也可以根据分析情况来指导新焊枪的设计。图10是焊枪选择过程的界面。
图 10 焊枪优选
在数字化工厂软件中预先定义好相对完善通用性强的工艺规划模板，将产品EBOM（电子物料清单）到入到数字化工厂软件后，利用工艺规划模板进行实际的工艺规划，规划过程中要同时将各种设备如厂房结构、工艺节拍、工装夹具布局、工艺物流、装配设备等因素统一考虑，形成真实的总装工艺流程，并通过软件的分析功能对总装生产线的生产能力进行平衡分析，并对产品的工艺分配、工位数量、人员分配、工装自动化程度等内容进行不断的优化。最后将规划结果存入数据库中。同时可作为今后相近车型工艺规划的参考资料，方便了日后的新车型的混线生产设计。
图 11 自动线平衡
生产线仿真（如Plant Simulation）模块主要进行生产线物流仿真、工时分配仿真和线平衡仿真，它可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业，建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。它使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型，这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。
图 12 生产线仿真方法
利用工厂数字模型（工厂DMU）方法，建立整个厂区、各个车间、内部基础设施及其工艺线三维数模的工厂DMU集成模型，用来解决各规划专业在布局规划方面的干涉问题及其空间优化问题，提高了工厂规划的质量。
各个规划专业在自己布局分析的基础上，建立三维数字模型。这些不同专业的三维数字模型集成形成总的工厂DMU模型。利用模型分析工具对工厂DMU模型进行分析，找出模型中干涉的部分，然后进行讨论改进。整个流程可见图13。图14是一个集成了各个设计部门的布局方案后进行的布局干涉检查界面，在实际的设计过程中，由于不同部门独立进行布局设计，因此这些干涉不可避免。通过数字化工厂的检查，可以减少日后在设备进场后的更改工作，提高了设计规划方案的质量。
图 14 不同专业的布局模型在检验中发生碰撞干涉
在数字化规划平台上，针对新车生产制造系统的规划方案可以快速建立并且进行优化。由于数字化规划数据库中已经有相关的方法库、资源库，因此新产品的规划方法、配套制造资源可以直接从库中调用获取，进行必要的修改、调整后，就能形成新的规划方案，进入招标、外包生产阶段。
数字化工厂之所以能缩短生产周期，节约开发费用，进行“精益生产”，是因为它能够根据市场需求，实现产品设计、制造工艺设计、产品仿真、虚拟试生产等多个环节的数字化，在无需投资制作样品的情况下，也可以模拟未来产品，并预见生产这件产品时可能遇到的问题，这可以最大限度上节约研发的时间和费用。将各开发流程联合起来，对产品全生命周期进行管理，才能缩短新产品的开发过程，提高新产品的质量，降低新产品的成本。数字化生产除了提供柔性化服务、缩短产品制造周期、节约生产成本之外，还能提供传统工业生产所无法提供的高端品质。
这种灵活性也体现在工厂的设计之初。整个工厂的设计中不再是研发、流程、机械、电气、自动化、行政各自为战，而是连成了一个可以无缝集成的模块化整体，各个模块处在相同的数据传输平台，不再有部门间的鸿沟。基于整个工厂的整体设计，各个模块的实施不需要按照时间顺序进行，而是可以同时建造，极大缩短了建厂周期。
工艺规划应用标准包括两部分——上海大众工艺规划流程标准和上海大众规划供应商的规划和数据要求标准。上海大众工艺规划流程标准规范了规划部门内部使用数字化工厂进行工艺规划的标准流程和规范要求，一方面使规划人员更容易、更迅速得完成从手工规划到数字化规划的过渡过程，另一方面使规划数据有一个统一的标准和规范，便于进行管理和供应商询价、发包等。上海大众规划供应商的规划和数据要求标准的制订，可以规范供应商的数字化工厂规划数据格式及资源三维格式，便于进行数据验收和整合。
本成果建立了上海大众自身的模型库、资源库、方法库和标准工艺知识库。例如，针对车身的焊枪库、机器人库，针对布局规划的设备三维模型库等。通过数字化工厂平台，将已有的典型工艺数据保存在工艺知识库中，方便在后续的规划项目中重复利用，可大大缩短整个工艺规划周期，加快产品的上市过程；还可以避免工艺规划经验的个人垄断，快速提高新规划员的工艺规划能力。
同时，在数字模型、数字化规划方法等库建立的基础上，本成果也包括了利用数字化工厂工具来完成规划的上海大众数字化工厂工作流程标准。
数字化工厂软件工具是通用的，数字化规划的方法也是全新的，为了更好地指导规划员完成规划工作，协调好各个规划部门的工作流程，组织好相关供应商加入到数字化规划平台中，都需要根据上海大众自身的特点来构建数字化工厂工作流程标准。本成果构建了针对专业工艺生产系统设计、工厂运行仿真、工厂布局规划（工厂DMU检查）等相关规划专业领域的一些程序文件，形成了自主的数字化规划方法流程，有效地指导了数字化工厂方法的应用和实施。图17是针对车身工艺规划设计的一个数字化的工作流程。
ES表更新？ 导入ExternID，创建新产品结构树 否 是 KATE中下载产品数据 （数模/焊点文件） 在ExternID中进行 产品结构树更新 KATE中 更新产品数据 创建eM-Planner 车身项目 ES表 eM-Planner中 产品信息更新 eM-Planner 产品数据关联 是否有新增零件 焊装顺序(Fuegelfolge) 是 根据焊装顺序定义生产线结构并关联零件 制定工位操作工艺 定义工位资源 Layout布局/仿真验证 输出V-Plan 否 数据准备阶段 工艺规划 阶段 工艺方案优化 否 是 管理员工作内容 项目组关键用户工作内容 一般用户工作内容
图 17 车身数字化规划流程
数字化工厂规划的有效进行，必需要产品数据、生产资源数据、生产计划数据等相关的辅助信息的支持。在构建数字化平台的过程中，本成果也建立了和上海大众已经有的其它相关系统的集成。例如，产品数据从KVS系统获取，数字化规划的一些结果也要和上海大众已经有的工艺卡系统进行交互。本成果建立了KVS系统与数字化规划软件Tecnomatix系统的接口KATE，并根据上海大众的实际情况开发了相应的软件接口，将KVS、Robcad（机器人编程系统）、工艺卡系统等多个系统都有机的结合在一起，实现了各个系统之间的多种数据的交换，并实现了数据与德国大众的同步。
经过多年的实施，数字化工厂的工作逐步与上海大众已有的KVS、工厂设计系统HLS、工艺卡等系统进行了集成，在整个工厂之间形成了完整的数据流，使产品的设计、规划和制造过程结合更加紧密，使各部门之间可以更好的进行协同工作，提高工作效率。
同时，基于数字化工厂平台，可以通过网络实现与供应商之间的数据交流。这种数据交流方式的数据量较小，应用非常便利，可以使上海大众更好地掌握供应商的规划设计、项目实施情况。
汽车生产企业的规划、建设、投产过程是一个完整的供应链，期间包括了工厂和工艺规划、设备制造、设备装配和调试、试生产、量产等典型环节，涉及众多供应商。这些企业的数字化工厂能力的好坏，也直接影响到了整个企业的数字化工厂的实施效果。
为了提高整个供应链数字化规划设计能力，实现利用数字化手段来对新车投产生产系统规划建造过程的有效管理，上海大众在提高自身数字化工厂应用范围和水平的同时，也注重供应商的数字化工厂应用能力的培养和提升。在数字化工厂技术引入阶段，帮助供应商建立自身的数字化工厂应用能力；而当进入数字化工厂技术全面推广应用阶段，又通过建立相关的标准、规范等来提出对供应商能力的要求，从而促进供应商不断提高自身能力来因对上海大众的各项技术要求，提高了整个供应链的数字化规划能力。
供应商通过数字化工厂平台定期反馈其规划数据，上海大众可以对其规划进度及规划状态进行检查和控制，及时发现供应商规划中存在的问题，并要求供应商进行更改，这样可以大大减少现场安装调试的工作量和工作周期，提高供应商的规划质量。
数字化工厂的推广实施不是一蹴而就的。在上海大众的实施过程中，数字化工厂方法的应用是从重点切入，开拓创新，然后逐步推广，不断发展。
数字化工厂的引入需要选择最能体现效益的领域进行。根据汽车行业工艺规划的特点，本成果选择了白车身规划过程中焊点管理、焊枪选择等这一繁琐的规划过程作为切入口。工厂运行仿真是针对工厂规划过程中的物流过程等进行计算分析的一种方法，能计算生产线生产节拍，计算物流负荷和缓冲区大小，也是一个能体现数字化工厂特点的切入点。
在一个车型项目部分采用数字化工厂方法取得效果后，数字化工厂方法逐渐推广到后续车型项目，数字化规划的内容也从车身规划逐渐扩展到了总装规划、工厂规划等多个规划领域。目前，上海大众已经计划在后续所有的新车投产过程中采用数字化的方法。与此相对应的是，上海大众规划部门规划员对数字化工厂方法的熟悉程度也越来越深入。
数字化工厂技术的实施涉及大量的先进技术，需要很多专业技术人员进行支持。上海大众一方面培养自己的规划人员熟悉数字化工厂技术，同时，借用软件供应商的力量逐步培养起上海大众的数字化工厂能力。
另外，通过参与德国大众集团相关企业的数字化工厂技术的交流，使上海大众的数字化工厂的技术选型和规划流程都紧跟世界先进发展趋势。
新车型的开发设计到生产制造涉及多个环节。产品开发完成后，需要由规划部门进行生产系统的设计规划，然后和供应商一起完成车间和工厂建造，设备的安装、调试，最后实现产品的投产。利用数字化工厂方法，初期只是在新车制造系统的规划阶段使用。规划员利用方便的计算机工具及其统一的规划数据库来提高规划的速度和规划的质量。使用数字化工厂系统提供的多种辅助工具可以快速输出符合上海大众要求的工艺文件和图表，极大的降低了工艺规划过程中文档编制和输出的工作量。上海大众车身数字化规划系统可以自动批量输出V-Plan工艺文件和产品结构表，在产品版本更新时，还可以进行产品对比，分析出新老产品版本之间的变化，并自动完成产品数据的更新。
随着数字化规划方法的不断深入实施，整个新生产系统的建造过程乃至以后的生产过程都能得到有效的管理。在厂房、车间的建造过程，利用数字化手段建造的模型可以指导现场施工，并且对材料的分类统计报表能有效地控制施工成本。设计规划方案的准确性也能让现场施工的不确定性得到最大程度的降低，也能使整个工期计划得到很好的执行。
使用统一的数据库管理平台对所有的工艺规划数据进行分类管理，大大方便了生产阶段用户查找和浏览工艺规划数据，使参数查询和数据检索在数秒钟内即可完成。通过对制造资源数据和操作工艺的积累，形成上海大众自己的资源库和工艺库，可以在以后的工艺规划中重复利用，提高了资源和数据的利用率。
随着数字化工厂平台的日趋成熟和扩大，上海大众的新车投产逐渐已经发展到了全数字化的模式。供应商的方案提交、信息交流、项目管理等相关工作都在数字化平台上开展，精益管理的效益日趋明显。
早在2000年，上海大众就开始意识在数字化技术在将来的生产制造领域的重要性，3年间先后成功的引进了发动机规划生产线仿真软件Simple＋＋、车身机器人仿真软件Robcad和发动机生产数控设备仿真软件eM-Power Machining。经过几年的研究和调查，于2003年8月正式开始启动数字化工厂建设项目，实施白车身工艺规划设计系统eM-Planner(即Tecnomatix的Process Designer)，这做到了与德国大众的同步，在国内也是非常领先的。
通过本成果的成功应用，大大提高了上海大众的工艺规划水平，缩短汽车投产前的规划时间，提高各部门规划方案的协同，降低设备进厂安装调试后的返工和协调工作。数字化工厂能模拟整个生产过程，因此方案可以细化到具体实施的相应环节，减少了供应商报价的不确定性，提高的工期计划的准确性，能实现从规划设计到设备进厂调试、试生产和量产的整个过程的精益化管理。
本成果自2006年起在朗逸、昊锐、途观、新帕萨特等车型项目中得到了应用，已经取得累计经济效益为6789万人民币。2009年在德国大众集团数字化工厂成果交流年会上，上海大众在新帕萨特车型项目上数字化工厂应用成果被评选为集团内部的应用领先奖第二名。此外，新帕萨特车型项目数字化应用成果在2010年被评为上海大众专业技术与管理成果特等奖。
本成果对国内制造企业，特别是汽车制造企业的规划、建立起工艺规划协同平台起到示范和指导作用。具体而言，通过本成果的实施取得的效果有以下几个方面。
新车型的投产过程是一个多部门、多厂家协同工作的过程，这个过程中一方面需要和企业内部的设计部门、制造部门相联系，按照产品设计数据完成制造过程和制造系统（工厂）的设计；另一方面，新生产系统的规划部门需要和设备的供应商进行紧密联系，保证工厂设备的安装和改造过程顺利进行，早日投入生产。
全球化的生产带来了产品设计、工厂规划和产品制造各个环节分布在全球、全国各地，生产系统的建造过程的协同也涉及了跨国和跨地域的合作。基于数字化规划平台，采用数字化工厂方法来协同各方面的管理人员和技术人员，能提高相互交流的便捷程度和信息量，减少交互过程中的模糊与不确定因素，减少对于异地出差的需求。
通过数字化工厂方法的采用，车身工艺规划部门在朗逸车型的规划过程中供应商工艺规划设计时间由原来的60个工作日减少为40工作日，减少了前期工艺规划阶段的国外规划援助人数一人。在朗逸车型冲压线的规划过程中，由于采用了数字化工厂方法，生产线调试占用时间从原来120个班次减少为40个班次。
在新帕萨特车型的生产系统建造过程中，总装工艺和设备设计规划时间可缩短20%，也减少了国外规划人员在国内的服务时间，供应商的项目管理费用缩减为总费用的1/10左右。工厂厂房规划部门通过三维模型的应用，可减少多部门的南京异地工作费用，也降低了项目管理费用，节约费用为总费用的10％。
由此可见，通过数字化工厂方法的使用，方便了规划项目交流，减少了实施过程的管理成本和时间，节约了费用。
数字化工厂方法的一个优点就是能够在实际工厂（车间）正式安装、生产前，对生产的各个环节进行模拟分析，从而提高了新生产系统规划设计方案的准确性，减少了安装过程因为方案错误而导致的返工、误工等的问题。同时，数字化验证后的方案更加精确明细，能够提高供应商报价的准确性，降低了部分不可见成本。
在朗逸车型投产项目中，通过数字化方法的采用，对工位进行动态仿真，工时分析，人机工程分析等，使设计方案质量更高，改造后期出现的修改大大减少，设备投资预计可下降5%左右。
在新帕萨特车型的投产规划中，由于全面采用的数字化规划设计方法，因此这方面的效果更加明显，主要有：
l 通过对油漆设备模型的计算机分析，优化了方案，提高了供应商报价的准确性，节约方案修改和不确定性带来的费用；
l 通过三维模型的建立，及时发现南京四厂图纸轴网的错误，减少了后续设计方案错误的发生，缩短了可能导致的方案更改和误工等费用；
l 通过对输送吊具的建模分析，优化了方案，避免制作实际样机的费用，节约了时间和费用；
l 通过输送线的通过性仿真，发现了车身车间上层输送线和管道的距离过近，导致车体输送过程中和管道的干涉情况。在安装前发现问题并及时调整方案，节约了现场调整费用；
l 通过生产线仿真对新帕萨特车型生产线的缓存区进行了计算和优化，避免了不必要的设计浪费。
数字化规划平台的建立过程，也是一个规划知识积累的过程。所建立的模型库、方法库等都能被下次规划所参考和借用。上海大众具有自己的设备、工具和方法规范，这些规范都可以用数字化的方法存放到数字化软件平台中，这样工艺人员在新车型的制造规划过程中能直接调用标准的设备和工具，减少重复设计或选型所带来的成本，而且还可以对方案进行优化。在新帕萨特的车型制造规划项目中，车身规划人员通过焊枪可达性验证及焊枪优选，有效的对已有焊枪进行了重复利用，并根据仿真结果大大减少了设计焊枪的数量，节约了大量的焊枪设计费和备枪费用。
数字化工厂平台的知识也能方便新的制造规划人员快速上手，完成新车型的制造规划任务。在EA888发动机生产线规划阶段，需要在工艺方案中确定模拟缸盖及数据采集芯片两种设备的数量，但由于以往缺少此方面的规划经验，无法进行有效的评估，而发动机生产线性能仿真系统则给规划员提供了一个解决此问题的工具和手段。通过对生产线进行建模和仿真分析，规划员很精确的掌握上述两种设备在实际生产中的用量，既能够满足生产需求，又不会造成设备闲置和浪费，有效得提高了设备有效利用率，降低了生产线成本，创造了实实在在的经济效益。
采用数字化工厂方法的一个重要结果就是缩短了产品从设计到上市的时间，为企业产品抢占市场提供的有力的保证。实施数字化工厂的车型，如朗逸车型和新帕萨特车型，其试生产到批量生产阶段的生产周期由原来计划的6个月减少到5个半月；车身、总装方面整合产品、工艺、工装设备的数据信息，预规划工作效率更高，方案评价更准确直观，投资估算更准确，方案规划周期比以往类似项目节省时间约2个月；通过工厂DMU的实施使各部门的方案规划一致性更高，可以提前1个月完成工厂输送规划方案设计并减少设计方案的现场更改，带来安装时间的节约。这些都使投产（SOP）时间能有所提前，所带来的效益不可估量。
数字化工厂所建立的三维模型也能直接为企业的社会宣传提供服务，通过数字化规划展示模型的建立和宣传，提高了企业高科技的形象和影响力，为品牌的宣传提供更加有力的支持。如新帕萨特车型项目所建立的数字化模型在工厂宣传中直接为宣传制作提供工厂三维模拟动画，减少了宣传片制作合同的费用。
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