文|中國電子科技集團公司第三十八研究所 胡晨光 楊燕寧

一、背景

新能源電動汽車是國家大力支持的重要產業(yè)。由于電動汽車的綠色環(huán)保、實用便捷和智能化程度較高的特點，人們對其接受度也逐步增高。近年來，整個電動汽車銷量成爆發(fā)性增長，呈現(xiàn)供需兩旺的態(tài)勢。電動汽車生產企業(yè)年生產量也由最早的幾千臺快速發(fā)展到現(xiàn)在的十幾萬臺。

雖然電動汽車銷量不斷擴大，但在汽車使用過程中也發(fā)現(xiàn)以動力電池為主的關鍵部件，由于技術的局限性和生產工藝控制問題，出現(xiàn)運行狀態(tài)不一致的現(xiàn)象。例如，有的電動汽車狀態(tài)一直較為穩(wěn)定，而有些車輛卻異常不斷。其主要原因是車輛入庫檢測時把關不嚴，沒有一個很好的檢測手段對汽車進行全方位、深入地檢測，導致一部分車“帶病”進入消費市場，給車企和消費者帶來了長期經(jīng)濟損失甚至是安全隱患。

一方面當前車輛生產檢測手段匱乏，在大批量生產壓力的情況下，產線檢測人員很難深入到每臺車輛的內部進行全方位數(shù)據(jù)體檢，且通過OBD 接口設備讀取當前車輛狀態(tài)的傳統(tǒng)手段，不僅對檢測場地要求較高，還費時費力，這樣依然還不能滿足產線的多次、批量檢測的要求。并且此種檢測方法無法追溯，一旦車輛出現(xiàn)了問題，不易定位，檢測效率較低。

另一方面，車企的生產部門在車輛生產過程中需要將車輛的各個屬性數(shù)據(jù)錄入到多個第三方系統(tǒng)中，以滿足生產過程的自動化控制要求。所以在每個工位都會分配錄入信息的電腦。在生產過程中，產線人員要頻繁切換系統(tǒng)操作界面，錄入多個系統(tǒng)所需信息，錄入效率較低。

如何在電動汽車上線生產后檢測出各關鍵部件，尤其是動力電池的不良狀態(tài)，將“帶病”車輛篩選出來。如何簡化產線多個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)復雜錄入操作問題，是電動汽車生產企業(yè)急需解決的兩大難題。

本文提出的電動汽車生產檢測系統(tǒng)設計，綜合利用企業(yè)MES 和TSP 等第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了一套完整的集車輛生產信息錄入、數(shù)據(jù)采集、車輛檢測和報表統(tǒng)計等多個功能的專業(yè)生產檢測系統(tǒng)。此生產系統(tǒng)，一方面能夠幫助檢測人員建立車輛檢測標準庫，篩選出問題車輛；另一方面能夠整合生產過程中涉及到的多個第三方系統(tǒng)的錄入接口，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)錄入操作界面，一次性即可完成多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄入工作，大大簡化產線操作步驟。同時系統(tǒng)記錄所有的生產工序操作信息，形成可追溯的操作報表，能夠監(jiān)控生產過程，分析生產過程中存在的問題，得到生產管理人員提供產線狀態(tài)和產品質量的相關信息，為進一步優(yōu)化產線工序的提供依據(jù)。

二、系統(tǒng)設計方案

電動汽車生產檢測系統(tǒng)主要實現(xiàn)了兩個方面的功能：一方面是優(yōu)化車輛生產過程中數(shù)據(jù)錄入過程，另一方面是建立車輛檢測標準，提供車輛入庫檢測手段，最大限度地防止“帶病”車輛進入銷售環(huán)節(jié)。

圍繞這兩個主要功能，電動汽車生產檢測系統(tǒng)還為不同的用戶角色提供不同的信息化服務。對于系統(tǒng)管理人員，系統(tǒng)提供電腦Web 管理頁面對系統(tǒng)進行配置和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。對于產線人員和檢測人員，系統(tǒng)提供移動手機操作APP，可隨時隨地靈活地錄入數(shù)據(jù)和檢測車輛。

1、總體架構

電動汽車生產檢測系統(tǒng)采取微服務的開發(fā)架構，涵蓋車輛生產數(shù)據(jù)錄入，車輛檢測入庫，車輛實時數(shù)據(jù)查詢以及生產數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能的專業(yè)系統(tǒng)。系統(tǒng)分成三層，從下到上依次是數(shù)據(jù)存儲層、后臺服務層和前臺操作層如圖1 所示。

圖1 電動汽車生產檢測系統(tǒng)總體架構

（1）數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層主要是存儲各種業(yè)務需要的數(shù)據(jù)?？紤]到系統(tǒng)后期的可擴展性，將數(shù)據(jù)以業(yè)務為單元分庫存放。分別為人員管理庫、車輛管理庫、檢測管理庫和程序信息庫。人員管理庫是存儲系統(tǒng)用戶信息，包括生產人員和生產管理人員的個人基本信息和系統(tǒng)權限配置信息。車輛管理庫存儲車輛的基本信息，如結構號、車型、底盤號、VIN 和生產時間等。檢測管理庫存儲車型相關的檢測標準、車輛狀態(tài)管理信息和檢測結果等內容。程序信息庫存儲系統(tǒng)配置信息、移動終端軟件信息和系統(tǒng)公告信息等。

由于業(yè)務對各類數(shù)據(jù)的訪問頻率不同，系統(tǒng)將熱數(shù)據(jù)存放到緩存中加速訪問。

（2）后臺服務層

后臺服務層是為前臺操作層提供數(shù)據(jù)服務和計算服務。包括人員管理、車輛管理、車輛檢測、APP 管理、定時任務、報表管理、車輛數(shù)據(jù)錄入以及公告管理。

人員管理包括系統(tǒng)用戶的個人信息和系統(tǒng)訪問權限信息。在各種操作前依據(jù)用戶權限來判斷操作地合法性，從而提高系統(tǒng)安全性。

車輛管理是維護車輛的各類屬性，如底盤號、VIN 碼和車型等車輛基礎數(shù)據(jù)。

車輛檢測模塊維護一套用戶自定義的檢測標準，并在車輛滿足檢測條件時提供檢測服務。

車輛數(shù)據(jù)錄入功能是為多系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)錄入入口，簡化數(shù)據(jù)采集錄入流程并確保數(shù)據(jù)錄入的準確性。

APP 管理是對生產線移動終端APP 的管理，如升級檢測、版本信息查看和操作異常處理日志等。

定時任務包括定時從MES 系統(tǒng)抽取數(shù)據(jù)形成本系統(tǒng)車輛的最初數(shù)據(jù)、定時檢測車輛狀態(tài)和定時導出報表等業(yè)務。

報表管理是向生產管理人員提供靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。

公告管理是向系統(tǒng)管理人員提供下發(fā)各類公告信息，為終端用戶提供讀取公告的功能。包括公告信息的管理和讀取狀態(tài)管理。

后臺服務層采取微服務的實現(xiàn)方式，將各個模塊獨立成多個微服務系統(tǒng)。各微服務系統(tǒng)統(tǒng)一使用下層的存儲層數(shù)據(jù)，并為操作層提供一致的業(yè)務服務。這樣的實現(xiàn)方式的好處是提高了系統(tǒng)的復用性，通過多副本的部署，滿足可擴展，高并發(fā)的系統(tǒng)要求。

◎ MES 系統(tǒng)交互

在車輛上生產線之前，生產檢測系統(tǒng)還沒有待生產車輛的基礎數(shù)據(jù)，如底盤號、車型等。需要通過定時任務從MES系統(tǒng)導入車輛排產信息作為其最初數(shù)據(jù)。當車輛上線生產后，產線工人通過生產檢測系統(tǒng)APP 提供的錄入功能將其余數(shù)據(jù)，如VIN 碼、電機號和電池包序號等錄入至MES 系統(tǒng)中。因此生產檢測系統(tǒng)與MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互傳輸，不可分割。

◎ TSP 系統(tǒng)交互

TSP 系統(tǒng)是Telematics Service Provider 系統(tǒng)的縮寫，是收集車輛運行信息，控制車輛行為，為車輛提供安全的遠程網(wǎng)絡信息服務的系統(tǒng)。具體則是利用車載設備（TBOX）采集電動汽車各部件的狀態(tài)信息，通過無線網(wǎng)絡上傳至TSP平臺存儲。由于國家相關部門要求，所有電動汽車生產企業(yè)必須建立企業(yè)級TSP 平臺，用以監(jiān)控汽車運行實時狀況，以達到安全監(jiān)管的目的，因此整車廠的TSP 平臺掌握著本企業(yè)所有電動汽車的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)。

一方面電動汽車生產檢測系統(tǒng)利用TSP 上報的實時數(shù)據(jù)作為生產檢測依據(jù)。在車輛下線檢測時，通過事先建立的檢測標準與實際車輛上報數(shù)據(jù)的對比，確定此車輛關鍵部件運行的準確性和穩(wěn)定性。如果與標準不一致，則判定為不合格車輛，不允許入庫，否則為合格車輛，允許入庫。

另一方面，車輛在生產過程中需要向TSP 系統(tǒng)錄入此輛車的關鍵屬性，TSP 系統(tǒng)才允許車輛在接入平臺。產線人員同樣利用生產檢測系統(tǒng)的車輛信息錄入功能，可以直接在車輛生產時同時向TSP 系統(tǒng)錄入。

◎ 其他第三方業(yè)務系統(tǒng)交互

區(qū)別于生產檢測系統(tǒng)，包括MES 和TSP 系統(tǒng)在內的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為第三方業(yè)務系統(tǒng)。通過整合這些系統(tǒng)向外暴露的REST 接口，生產檢測系統(tǒng)可以將各類業(yè)務系統(tǒng)所需求的數(shù)據(jù)一次性錄入，避免生產線人員頻繁更換系統(tǒng)界面一一錄入。

（3）前臺操作層

前臺操作層就是向管理員，生產人員提供操作的界面服務，便于對數(shù)據(jù)的管理和業(yè)務執(zhí)行。面向管理人員，系統(tǒng)提供的是電腦WEB 管理界面；面向生產人員和檢測人員，系統(tǒng)提供的是移動終端操作界面。在技術實現(xiàn)上，采用前后端分離開發(fā)模式，共用后臺各類服務。

◎ 電腦WEB 管理界面

為管理人員提供對生產檢測系統(tǒng)中的各類數(shù)據(jù)增刪改查的操作。通過電腦WEB 管理界面，為用戶提供安全的操作環(huán)境和清晰的顯示方式。包括人員管理、權限的分配、車輛管理、車型檢測配置管理、公告管理和各類報表。

◎ 生產線移動終端操作界面

生產線移動終端客戶端程序稱為APP，它為產線人員和檢測人員提供移動化的數(shù)據(jù)錄入和車輛檢測等便捷功能。利用APP，能夠最大限度地簡化了數(shù)據(jù)的錄入流程，突破場地的影響，提高工作效率。通過手機攝像頭掃碼識別的方式對車輛屬性數(shù)據(jù)進行采集。在APP 上實現(xiàn)智能的焦點跳轉功能，最大限度減少生產人員對屏幕或者按鍵觸碰的次數(shù)，提高錄入效率。在數(shù)據(jù)掃描至手機操作界面后，前端界面會基于規(guī)則驗證數(shù)據(jù)的合規(guī)性，提高錄入準確率。

利用移動終端操作界面，可以圖形化查看車輛實時狀態(tài)和操作過程。通過一鍵式檢測功能可以針對一臺或者一批車進行檢測，將符合條件的車輛批量入庫。

在實現(xiàn)上，采用React Native 跨平臺的開發(fā)方式，同時滿足Android 和iOS 兩大主流操作系統(tǒng)用戶的使用需求。

2、重點技術實現(xiàn)

生產檢測系統(tǒng)在實現(xiàn)上，針對具體的業(yè)務需求采取功能模塊化的技術實現(xiàn)思路。

（1）車輛狀態(tài)轉換設計

系統(tǒng)將車輛的生產周期切成若干個階段，車輛在每個階段為不同的狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)輸入，車輛由一個狀態(tài)轉換成另一個狀態(tài)，直到入庫終止狀態(tài)。

具體狀態(tài)總最初狀態(tài)到終止狀態(tài)過程分別如下是：

◎ 排產狀態(tài)：整車廠在收到訂單后，產生生產計劃，此時車輛為排產狀態(tài)。

◎ 生產狀態(tài)：車輛上線生產時即進入了生產狀態(tài)。

◎ 數(shù)據(jù)錄入狀態(tài)：在產線中一旦錄入車輛數(shù)據(jù)時，車輛即進入數(shù)據(jù)錄入狀態(tài)。根據(jù)電動汽車生產廠商的實際生產情況，數(shù)據(jù)錄入狀態(tài)可能會持續(xù)到車輛生產結束后的若干天。

◎ 檢測未通過狀態(tài)：在達到檢測條件后，檢測人員需對車輛進行檢測。如果當前車輛狀態(tài)不符合預先設定的檢測標準，則車輛處于檢測未通過狀態(tài)。

◎ 檢測通過狀態(tài)：如果車輛在檢測中滿足檢測標準，車輛則處于檢測通過狀態(tài)。

◎ 入庫狀態(tài)：在車輛檢測通過后，檢測人員確定車輛是否可以入庫待銷售，如果滿足則此車輛處于入庫狀態(tài)。入庫狀態(tài)為車輛的生產過程中的終止狀態(tài)。

（2）車輛生產數(shù)據(jù)錄入

車輛生產數(shù)據(jù)在錄入時需要檢測數(shù)據(jù)的合法性，防止臟數(shù)據(jù)進入生產檢測系統(tǒng)以及第三方業(yè)務系統(tǒng)。另外，為了讓車輛在生產時就成為TSP 平臺的合法車輛，應及時將必要的數(shù)據(jù)錄入到TSP 平臺。這樣才能盡快通過TSP 平臺獲取車輛實時信息，以便執(zhí)行后期的車輛檢測操作。

（3）車輛檢測過程

車輛在入庫之前需要對車輛數(shù)據(jù)各個方面進行檢測。結合預定義的檢測標準對各類第三方業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性的檢查，對車輛上報數(shù)據(jù)時效性的檢查，對車輛各電子部件軟件版本準確性的檢查，以及對車輛上報的狀態(tài)數(shù)據(jù)合法性的檢查。在做過這些檢查之后，以系統(tǒng)自動設置車輛是檢測通過狀態(tài)還是檢測未通過狀態(tài)。根據(jù)整車廠對車輛入庫的要求，一次或多次檢查通過后的車輛，方可入庫。操作界面提供批量入庫的操作，省時省力。

（4）數(shù)據(jù)安全

用戶在車輛生產過程中需要從多個第三方系統(tǒng)中獲取和錄入車輛信息。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)通過權限及JWT 技術對核心數(shù)據(jù)的訪問操作進行控制。此外，車輛生產部門可以通過TSP 平臺接口直接訪問車輛的實時數(shù)據(jù)。如果不加限制，會給消費者隱私帶來泄露的危險。因此，在車輛生產結束入庫后，系統(tǒng)將不允許用戶訪問在TSP 中的數(shù)據(jù)，只能夠訪問檢測系統(tǒng)中車輛到入庫之前最后一次檢測成功的狀態(tài)快照數(shù)據(jù)。

三、結論

本文介紹了一種電動汽車生產檢測系統(tǒng)的設計方案和具體設計思路。它解決了電動汽車生產企業(yè)產線數(shù)據(jù)錄入不便和車輛檢測方法匱乏兩大棘手問題，進一步提高了整車廠電動汽車生產效率和車輛入庫質量，也大大提高了電動汽車智能制造水平。