根據(jù) 2026 年工信部等四部門聯(lián)合印發(fā)的《汽車行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實施方案》，到 2027 年，數(shù)智技術(shù)在企業(yè)研、產(chǎn)、供、銷、服環(huán)節(jié)深度集成應(yīng)用，實現(xiàn)關(guān)鍵工序數(shù)控化率超 70%，產(chǎn)品研發(fā)周期及交付周期縮短 20%，全面提升行業(yè)智能制造成熟度與生產(chǎn)效率；到 2030 年，推動汽車產(chǎn)業(yè)整體邁入高階數(shù)智化發(fā)展階段。

近些年，圖撲已成功落地多個汽車制造數(shù)字孿生項目，深度覆蓋焊裝、總裝、涂裝等車間場景。面對汽車產(chǎn)線設(shè)備密集、協(xié)議異構(gòu)、海量點位、實時性要求嚴(yán)苛等行業(yè)典型挑戰(zhàn)，我們憑借自研 HT 平臺，融合三維建模、多源數(shù)據(jù)采集、邊緣計算、高性能實時渲染技術(shù)，實現(xiàn)低時延數(shù)據(jù)采集，高性能數(shù)字孿生應(yīng)用。在多機器人協(xié)同、高精度焊接、多源數(shù)據(jù)并發(fā)接入等復(fù)雜工程環(huán)境下，始終保持畫面流暢、數(shù)據(jù)同步、動作精準(zhǔn)，充分展現(xiàn)前端可視化技術(shù)與工業(yè)實時數(shù)據(jù)融合的硬能力。

圍繞黑燈工廠“無人值守、全流程智能閉環(huán)、全天連續(xù)穩(wěn)定運行”建設(shè)目標(biāo)，本次數(shù)字孿生的汽車制造產(chǎn)線數(shù)字孿生管控體系，直擊車間數(shù)據(jù)孤島、運維響應(yīng)滯后、生產(chǎn)流程不透明等行業(yè)痛點，完成車間空間、生產(chǎn)工序、設(shè)備狀態(tài)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、告警事件一體化可視管控，真正實現(xiàn)虛實同頻、所見即現(xiàn)場。大幅提升設(shè)備綜合效率(OEE)與焊接良品率，削減非計劃停機損耗，加速產(chǎn)線柔性換型升級，為車企筑牢數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造底層基座。

車間布局

系統(tǒng)采用輕量化 HT Web 3D 建模技術(shù)，對汽車焊裝車間物理空間進(jìn)行高保真實景孿生還原，完整復(fù)現(xiàn)車間內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)、總拼產(chǎn)線核心設(shè)備設(shè)施、工藝動線，涵蓋輥床排布、工業(yè)機器人安裝點位、物料存放區(qū)域、輸送線走向、安全防護(hù)區(qū)域等全場景細(xì)節(jié)，實現(xiàn)車間布局的數(shù)字化、可視化呈現(xiàn)。

系統(tǒng)具備可交互、可縮放、可漫游特性，管理人員無需親臨生產(chǎn)現(xiàn)場，即可通過系統(tǒng)直觀掌握車間整體布局與設(shè)備空間分布關(guān)系，精準(zhǔn)定位設(shè)備位置、物料流轉(zhuǎn)路徑。為生產(chǎn)規(guī)劃、流程優(yōu)化、產(chǎn)能擴(kuò)容提供直觀、精準(zhǔn)的空間參考，徹底打破傳統(tǒng)車間布局“看不見、改不了、調(diào)不準(zhǔn)”的信息壁壘，助力車間布局實現(xiàn)最優(yōu)化配置。

生產(chǎn)流程

為實現(xiàn)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)管控，圖撲 HT 平臺對總拼產(chǎn)線關(guān)鍵工序進(jìn)行層級化、標(biāo)準(zhǔn)化拆解，涵蓋側(cè)圍外板安裝、外板點焊、頂蓋定位安裝、釬焊加固、表面打磨、焊接質(zhì)量在線檢測等全生產(chǎn)流程。通過工業(yè)以太網(wǎng)與 OPC UA 協(xié)議，系統(tǒng)實時對接現(xiàn)場 PLC、機器人控制器、視覺檢測設(shè)備等終端，實現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)、工序執(zhí)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸，機器人軸臂、抓手、焊槍等可活動部件實現(xiàn)低延遲聯(lián)動，生產(chǎn)動作與現(xiàn)場實際同步呈現(xiàn)。

側(cè)圍外板安裝工藝

負(fù)責(zé)完成車身側(cè)圍外板的精準(zhǔn)定位裝配，奠定整車外形基準(zhǔn)。數(shù)字孿生通過三維實時對位與姿態(tài)監(jiān)控，有效減少裝配偏差，提升安裝一致性。

外板點焊工藝

通過電阻焊實現(xiàn)車身外板結(jié)構(gòu)連接，保障整車強度與剛性。數(shù)字孿生可實現(xiàn)焊接參數(shù)全程可視化與質(zhì)量追溯，讓焊點狀態(tài)更穩(wěn)定可控。

頂蓋安裝工藝

完成頂蓋吊裝合裝，形成完整車身主體框架。通過數(shù)字孿生前端可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)安裝路徑仿真展示與間隙面差數(shù)據(jù)實時監(jiān)測呈現(xiàn)，降低裝配磕碰與誤差風(fēng)險。

釬焊工藝

以連續(xù)焊接工藝提升焊縫密封性與外觀平整度。依托數(shù)字孿生可視化平臺，同步呈現(xiàn)焊接軌跡與溫度變化數(shù)據(jù)，實時展示焊接狀態(tài)，有效減少漏焊、虛焊等問題。

側(cè)圍外板點焊工藝

對側(cè)圍關(guān)鍵部位進(jìn)行補強焊接，進(jìn)一步強化車身結(jié)構(gòu)剛度。數(shù)字孿生實時映射焊接狀態(tài)，對異常點位及時預(yù)警，提升連接可靠性。

打磨工藝

該工序?qū)缚p及車身表面進(jìn)行精細(xì)化修整，保障車身外觀平順美觀。依托數(shù)字孿生可視化平臺，實現(xiàn)打磨軌跡直觀展示與精度數(shù)據(jù)實時比對，提升表面質(zhì)量一致性。

焊接質(zhì)量檢測工藝

通過智能檢測識別焊縫缺陷，嚴(yán)控整車焊接品質(zhì)。數(shù)字孿生對缺陷信息進(jìn)行三維可視化展示，直觀呈現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)焊接質(zhì)量全過程可追溯。

管理人員可通過系統(tǒng)實時監(jiān)控每一道工序的執(zhí)行狀態(tài)、作業(yè)參數(shù)、完成進(jìn)度，精準(zhǔn)把控生產(chǎn)節(jié)奏，及時發(fā)現(xiàn)工序銜接不暢、設(shè)備動作異常等流程瓶頸，提前干預(yù)調(diào)整，保障生產(chǎn)連續(xù)性，同時為工序優(yōu)化、產(chǎn)能提升提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

在自動化生產(chǎn)場景中，工業(yè)機械臂憑借高精度、高穩(wěn)定性、高柔性的核心優(yōu)勢，成為總拼產(chǎn)線焊接、裝配、搬運、檢測等關(guān)鍵工序的核心執(zhí)行設(shè)備——尤其在汽車焊裝總拼車間，多關(guān)節(jié)機械臂可完成車身側(cè)圍、頂蓋、地板等關(guān)鍵部件的精準(zhǔn)點焊、釬焊作業(yè)，定位精度可達(dá) ±0.01mm 毫米級，直接決定車身焊接質(zhì)量與生產(chǎn)效率。

圖撲軟件利用自研 HT 產(chǎn)品數(shù)字孿生搭建的工業(yè)產(chǎn)線機械臂數(shù)字孿生環(huán)境，使機械臂的每個動作、每次維護(hù)和每次故障都能在虛擬空間中得到映射和分析。不僅提高了機械臂的運行效率，還通過預(yù)測性維護(hù)降低了意外停機的風(fēng)險。

設(shè)備告警

設(shè)備告警與故障閉環(huán)管控是保障焊裝產(chǎn)線連續(xù)運行、規(guī)避批量質(zhì)量風(fēng)險、降低非計劃停機時長的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。圖撲 HT 系統(tǒng)針對焊裝車間場景告警事件進(jìn)行分類管控，覆蓋以下告警場景：

設(shè)備本體故障告警：焊接機器人關(guān)節(jié)扭矩異常 / 卡滯、伺服電機過熱、焊槍噴嘴堵塞、傳送帶驅(qū)動單元故障、定位夾具精度偏移等核心設(shè)備故障；

工藝節(jié)拍異常告警：單工位作業(yè)時長超出預(yù)設(shè)節(jié)拍閾值、工序間轉(zhuǎn)序等待超時、產(chǎn)線停線時長超限等生產(chǎn)節(jié)奏異常；

工藝參數(shù)越限告警：焊接電流 / 電壓偏離工藝窗口、焊接氣壓 / 液壓波動超出 ±2% 閾值、傳送帶線速度波動超標(biāo)等關(guān)鍵工藝參數(shù)異常。

系統(tǒng)針對觸發(fā)告警的設(shè)備孿生體，采用紅色高亮動態(tài)閃爍的方式在三維場景中進(jìn)行全域定位，同時自動彈出 2D 告警面板，呈現(xiàn)設(shè)備編碼、工位編號、告警代碼、故障等級、實時狀態(tài)、停機時長、告警觸發(fā)時間等全維度信息。支持基于故障影響范圍、停機風(fēng)險等級進(jìn)行告警分級管控。無論是部件故障、視覺檢測系統(tǒng)異常，還是工藝參數(shù)小幅越限，均能及時觸發(fā)分級預(yù)警，助力運維人員快速完成故障定位，提升處置響應(yīng)速度。

生產(chǎn)數(shù)據(jù)

結(jié)合數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)可對車間總拼產(chǎn)線關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與可視化呈現(xiàn)，打破數(shù)據(jù)分散碎片化的痛點，讓數(shù)據(jù)“說話”，為生產(chǎn)決策提供清晰、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

產(chǎn)線運營指標(biāo)看板

實時展示設(shè)備綜合效率(OEE)、生產(chǎn)節(jié)拍、良品率、設(shè)備利用率、產(chǎn)能完成率等核心數(shù)據(jù)，通過儀表盤、趨勢圖直觀反映產(chǎn)線整體運行水平。

設(shè)備綜合效率（OEE）：綜合設(shè)備、性能效率、合格品率三大維度，效率越高表明設(shè)備故障停機少、運行速度達(dá)標(biāo)、產(chǎn)出合格產(chǎn)品占比高；

良品率：符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品占總產(chǎn)出的比例，是衡量質(zhì)量管控水平的關(guān)鍵指標(biāo)，該指標(biāo)偏低直接反映質(zhì)量管控存在短板，需針對性優(yōu)化工序參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)；

生產(chǎn)節(jié)拍：單件產(chǎn)品從投入到產(chǎn)出的平均時間，節(jié)拍越短，單位時間產(chǎn)能越高，直接反映產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

質(zhì)量匯總分析看板

通過 HT Drawing 豐富的圖表組件，實時展示當(dāng)前生產(chǎn)批次的車身焊接缺陷分布、缺陷檢出率，自動排序輸出 Top3 高風(fēng)險缺陷工序與缺陷類型，鎖定質(zhì)量管控靶點，為焊接工藝優(yōu)化、參數(shù)迭代、人員技能提升提供明確的數(shù)據(jù)支撐，助力車身焊接質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。

SPC 統(tǒng)計過程控制看板

實時動態(tài)展示關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)的變化趨勢，如焊點拉剪力值、焊點直徑、熔深、虛焊/漏焊率、焊點間距偏差、焊接飛濺缺陷率等。通過設(shè)定上下限閾值，實現(xiàn)質(zhì)量異常提前預(yù)警，助力管理人員實現(xiàn)質(zhì)量過程管控，規(guī)避批量質(zhì)量問題發(fā)生。

告警信息看板

圖撲 HT 平臺對全時段產(chǎn)線告警事件進(jìn)行全生命周期記錄，按告警嚴(yán)重等級、觸發(fā)時間、處置狀態(tài)進(jìn)行多維度排序展示，完整留存告警觸發(fā)、處置、閉環(huán)的全流程數(shù)據(jù)，方便管理人員開展告警根因追溯、故障模式分析、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)策略優(yōu)化，從源頭降低同類故障的復(fù)發(fā)率，提升設(shè)備全生命周期管理水平。

HT 平臺具備開放的全鏈路集成能力，可通過標(biāo)準(zhǔn)接口與企業(yè)現(xiàn)有 IT/OT 系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接與數(shù)據(jù)深度融合，覆蓋 OT 層的 PLC 控制系統(tǒng)、機器人控制器、智能傳感器、視覺檢測系統(tǒng)，以及 IT 層的 MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)、ERP 企業(yè)資源計劃系統(tǒng)、WMS 倉儲管理系統(tǒng)、QMS 質(zhì)量管理系統(tǒng)、PLM 產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)。

設(shè)備狀態(tài)

設(shè)備的穩(wěn)定運行是產(chǎn)線高效運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)設(shè)備運維模式依賴人工巡檢，存在巡檢不全面、故障發(fā)現(xiàn)不及時、運維成本高、設(shè)備壽命短等痛點。HT 平臺實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的多維度可視化監(jiān)控，管理人員點擊系統(tǒng)中的任意設(shè)備，即可快速查看其運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)“一目了然”，無需逐一現(xiàn)場巡檢。

運行狀態(tài)：實時展示設(shè)備當(dāng)前“運行/待機/停機/故障”的工作模式，快速掌握設(shè)備利用情況；

定位精度偏差：機器人實際作業(yè)位置與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏差值，直接反映機器人作業(yè)精度，偏差超出閾值時及時預(yù)警，避免影響產(chǎn)品質(zhì)量；

電機核心溫度：驅(qū)動電機內(nèi)部實時溫度，直觀體現(xiàn)電機健康狀態(tài)與負(fù)荷情況，溫度異常時預(yù)警，避免電機燒毀，延長電機使用壽命；

EOAT 作業(yè)狀態(tài)：機器人末端執(zhí)行器（抓手、焊槍等）“閉合/張開/卡滯”狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)執(zhí)行器故障，避免影響工序執(zhí)行；

實時稼動率：設(shè)備實際運行時間占計劃運行時間的比例，反映設(shè)備利用效率，為設(shè)備運維、生產(chǎn)計劃優(yōu)化提供支撐；

安全回路狀態(tài)：安全防護(hù)系統(tǒng)“閉合/斷開”狀態(tài)，保障設(shè)備運行安全與操作人員人身安全，避免安全事故發(fā)生。

2D 產(chǎn)線視圖

結(jié)合不同管理場景的需求，圖撲 HT 除提供 3D 視圖外，還可提供低代碼 SCADA/HMI/MMI 產(chǎn)線組態(tài)模式，以簡潔清晰的矢量圖形式，還原總拼產(chǎn)線機器人、輥床、輸送線、物料區(qū)等設(shè)備的位置布局與連接關(guān)系，去除冗余細(xì)節(jié)，聚焦管控要點。

2D 組態(tài)圖通過實時對接車架實時點位數(shù)據(jù)與機器人運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)標(biāo)注設(shè)備運行狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度、告警信息，管理人員可快速掌握產(chǎn)線全局運行情況，無需切換三維場景即可完成基礎(chǔ)管控操作，有效提升管理效率，適配快速巡檢、全局調(diào)度等輕量化管理需求。

超低時延采集關(guān)鍵技術(shù)點

采集

采集環(huán)節(jié)是實現(xiàn)低時延可視化的基礎(chǔ)，核心圍繞協(xié)議支持、物理接口、工作模式及采集周期關(guān)鍵點優(yōu)化，確保數(shù)據(jù)采集高效、快速。

■協(xié)議批量采集支持：為實現(xiàn)設(shè)備測點數(shù)據(jù)的低時延采集，需優(yōu)先選用支持批量讀取功能的通信協(xié)議，通過批量獲取測點數(shù)據(jù)，替代逐點讀取的方式，有效縮短采集總耗時，保障采集效率符合項目需求。

■物理接口：數(shù)據(jù)采集器或采集網(wǎng)關(guān)與被采集設(shè)備的物理接口，以串口和網(wǎng)口最為常見。由于串口速率有限，在數(shù)據(jù)傳輸速度和并發(fā)處理能力上遠(yuǎn)不及網(wǎng)口。因此，對于具備網(wǎng)口的被采集設(shè)備，優(yōu)先選用網(wǎng)口作為采集物理接口，進(jìn)一步降低采集時延。

■輪詢和訂閱：采集協(xié)議最常用的工作模式為輪詢，即按設(shè)定周期持續(xù)讀取所有測點，即便大部分測點無數(shù)據(jù)變化。這種模式存在明顯弊端：

重復(fù)讀取無變化測點，浪費時間；

全量數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)量大且時延增加。而 OPC UA 等部分協(xié)議支持訂閱模式，被采集設(shè)備僅在數(shù)據(jù)變化時主動推送變化測點，無需持續(xù)輪詢，對于測點多、數(shù)據(jù)量大的場景，可顯著優(yōu)化時延。

■采集周期：在輪詢模式下，需定期讀取數(shù)據(jù)，采集周期需大于等于單次輪詢所需時間，確保數(shù)據(jù)采集的完整性和及時性，避免因周期設(shè)置不合理導(dǎo)致的時延異常。

傳輸

采集到的數(shù)據(jù)需高效傳輸至顯示端，傳輸環(huán)節(jié)的協(xié)議選型、性能指標(biāo)及優(yōu)化方式，直接影響可視化系統(tǒng)的實時性。

■傳輸協(xié)議：為保障數(shù)據(jù)實時性、降低帶寬與資源消耗，同時提升網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性，優(yōu)先選用 MQTT 傳輸協(xié)議。對于基于 Web 的孿生解決方案，需通過推送保證數(shù)據(jù)實時性，因此 WebSocket、SSE、MQTT in WebSocket 也是首要考慮的協(xié)議。

■傳輸性能指標(biāo)：協(xié)議落地的軟件或設(shè)備性能，直接決定傳輸時延與質(zhì)量。以 MQTT 協(xié)議為例，不同廠家提供的 MQTT broker 軟件，在 MQTT v5.0 支持性、單節(jié)點最大連接數(shù)、消息吞吐量（條/秒）、集群能力、資源占用等指標(biāo)上差異顯著。實際選型時，需結(jié)合項目測點數(shù)量、采集周期、硬件性能等因素綜合評估，確定最優(yōu)落地方案。

■傳輸優(yōu)化：與采集階段類似，實際項目中大部分測點數(shù)據(jù)變化頻率較低，全量數(shù)據(jù)傳輸會大量占用帶寬、消耗資源。采用推送變化數(shù)據(jù)的方式，可大幅減少數(shù)據(jù)傳輸量，實現(xiàn)更快的傳輸速度和更低的資源消耗，進(jìn)一步降低傳輸時延。

圖撲 45ms 時延的汽車制造三維場景

技術(shù)方案

汽車產(chǎn)線控制器（被采集設(shè)備）：西門子 PLC 1500 系列

采集協(xié)議：西門子廠家協(xié)議 S7，批量模式

測點數(shù)量：約 500個/PLC

數(shù)據(jù)采集器：圖撲軟件低代碼平臺數(shù)據(jù)采集器

傳輸方案：MQTT + WebSocket

性能指標(biāo)

采集周期：25ms

傳輸時延：20ms

最大時延：采集周期+傳輸時延=45ms

已支持采集協(xié)議

本案例通過采集器獲取設(shè)備實時數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制命令。系統(tǒng)可接入工業(yè)產(chǎn)線的各類設(shè)備，支持多種接入?yún)f(xié)議：

國產(chǎn)化信創(chuàng)

圖撲 HT for Web 引擎目前已構(gòu)建覆蓋“芯片-操作系統(tǒng)-數(shù)據(jù)庫”的全棧國產(chǎn)化適配體系，成功斬獲鯤鵬、飛騰、兆芯、海光等主流國產(chǎn)芯片廠商，以及麒麟操作系統(tǒng)、達(dá)夢數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)軟件廠商的多項適配認(rèn)證。

汽車先進(jìn)制造車間可視化系統(tǒng)作為自動化智能工廠的核心管控工具，深度融合前沿技術(shù)與生產(chǎn)實際需求，實現(xiàn)車間布局、生產(chǎn)過程、告警信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)的全維度可視化，有效破解傳統(tǒng)生產(chǎn)管理的痛點難點。

該系統(tǒng)為總拼產(chǎn)線高效、精準(zhǔn)穩(wěn)定運行提供全流程支撐，助力企業(yè)加速自動化智能工廠建設(shè)，夯實黑燈工廠落地基礎(chǔ)，持續(xù)推動制造業(yè)向高端化、智能化、綠色化高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級。

多年來，圖撲軟件深耕工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)全域建設(shè)，依托自研數(shù)字孿生與輕量化三維可視化技術(shù)，貫通汽車智造、產(chǎn)線管控、工藝流程仿真等多元工業(yè)場景，構(gòu)建全鏈路智慧可視化體系。

審核編輯 黃宇