汽车研发验证中心模块化组网及智慧应用场景研究

金涛　郑治强　刘彦荣

摘 要：本文以某新能源汽车研发验证中心为研究对象，结合当前智能化前沿技术，从网络架构、系统平台及应用场景等方面出发，给出整体设计思路及方案建议，以促进企业数字化转型。

关键词：研发验证 模块化组网 管理平台 智慧应用

1 引言

随着消费者需求的不断变化以及国内新能源汽车行业的快速发展，汽车产品正在迈向全新的设计研发阶段，不少汽车企业为了适应市场、提升研发能力，规划或建设了先进的研发中心，旨在不断提升研发能力、提高市场竞争力。汽车研发中心作为推动汽车行业技术向前发展的的主要载体，是实现行业数字化和智能化的关键一环。只有智能化和数字化框架下的研发中心才符合行业发展潮流，才能促进企业转型发展。

本文提出的数字研发中心是在研发中心的规划、建设、运营全生命周期中系统性融入智慧、安全、效率、节能、保密等理念，以数字化技术手段推动研发中心的统一调度和模块化管理，促进企业低碳发展、高效管理、安全运营、智慧创新，形成全面优化、高度创新、深度探索的新型数字化研发中心。

数字研发中心不是局部的创新与智能，而是多场景全流程联动，体现在数据融合、场景联动、敏捷创新、高效管理等方方面面，数字研发中心的实现离不开新型智能化基础设施的硬件支撑，也离不开智慧平台、智慧应用、智能联动等层面的软件实现。

2 需求分析

本文以某新能源项目的电驱动总成试验室为研究对象，分析数字化汽车研发验证中心的模块化组网方式及一些典型的应用场景，以充分应用数字化或智能化手段保障试验安全、提高试验效率。

该电驱动总成试验室一层主要进行新能源电动车及油电混合类车的电机及动力总成的性能和匹配类试验；二层主要为设备间，根据试验需要放置配套的工艺辅助设备以及空调机组等公用设备。试验室三层及四层主要为带载综合试验区、高压部件试验区、电机控制器试验区等，试验对象为控制器以及单体电机，实验室内设置温度箱等试验设备。同时，三层设置了专用仓库，用于存放试验仪器、试件、工具等。各区域功能划分较为明显。

经调研了解，试验室各区域由不同部门或不同试验小组进行管理。试验及各辅助系统独立运行，无相应连锁机制，针对突发事件或安全性事件均无可靠保障系统，试验仪器、试件、工具出入库没有有效管控，经常发生试验人员找不到仪器的情况，影响实验效率。项目在试验安全管理、试验设备网联、能源监测及试件管理等方面存在较高的智能化要求。

为符合项目整体定位，满足汽车研发中心在安全管理、业务效率提升、高效运营方面的整体需求，有必要规划好基础网络设施系统，为试验室的数字化管理及智能化运行形成强大的基础支撑。

同时针对这些传统问题，基于试验室综合管理平台，本研究提出了几种典型的应用场景，以弥补多系统联动的空缺，为汽车测试试验可靠、安全运行提供保障，同事提高试验室的运行效率和试验效率。

3 系统组网及管理平台

根据业务需求，本试验室网络分为业务网和设备网。有线网络、无线AP、IP电话、信息发布等，需要连接外网的设备或网口，均部署在业务网；视频监控、门禁、试验设备、能源管理等，基本不需要外網支撑或对保密性要求较高的设备或网口，均布署于安防网。同时通过划分VLAN将不同用途的末端设备进行相互隔离，切将视频监控系统布署于固定带宽的专用VLAN，以解决视频监控的大流量对整个网络带来的不良影响。

园区业务网和设备网均采用核心-汇聚-接入三层架构。核心交换机设置于网络主机房，汇聚交换机设置在各建筑内。用户服务器系统、存储系统等设置于网络主机房，提供整个网络系统的管理功能。接入交换机按照试验管理单元，模块化布署。试验区域业务网需求相对明确，本文不做探讨。对于设备网，模块化组网架构示意如下图1所示。

根据需求调研，试验区域组网设备可以分为四类：安全设备、公用设备、工艺设备、能耗计量设备，系统总体实现以太网组网，并根据末端设备的通讯及控制接口类型，设置相应数据采集模块或控制模块，以实现数据分类采集功能。

同时，以分类及清洗的数据为基础，通过搭建园区智慧检测管理平台，不仅可以实现可以提供园区统一入口、统一管理、应用接口开放、可视化展示、移动应用、数据分析等服务，还可实现集中监控，统一管理，使它们协调工作，做到充分数据共享，并根据管理需 要形成试验安全、智慧检测、智慧能源、仓储管控等应用功能。 当然，可以根据管理需要扩展一些智慧应用功能。本文主要介绍试验安全、智慧检测、仓储管控三个典型应用场景。

4 典型应用

4.1 智慧检测

本文所述智慧检测，可以包括从委托申请到报告发布的所有环节，每个环节可对应相应的功能模块，比如试验管理、设备管理、人员管理、样品管理、数据管理、运营管理等功能模块，按实际需要进行设置。

以试验管理为例，又可以包括智能排程、自动巡检、自动报告生成等功能。智能排程功能是用于监控试验排程的优先级、工艺流程、人员的空闲情况、设备的占用情况、物料的冲突情况、样品的到样情况；自动巡检功能用于设备、物料、样品、夹具以及试验环境的试前巡检，及识别试验开启的条件、到检验的方法、检验的大纲和检验样品和人员的确认。报告自动生成功能，是通过自动采集加工并存储试验数据、自动生成报告、报告按规范化流程进行审批、发布报告、分配人员查看权限等，自动报告生成模式如图2所示。

4.2 试验安全

试验室安全运行管理主要包含试验消防管理、试验安防管理、安消联动等，从试验设备到试验环境，全面监控，实现试验过程的全流程安全保障。

对于试验消防管理，除了设置火灾探测、危险气体探测、报警及警报装置、联动控制装置外，针对新能源车辆试验的特殊工艺需求，可以根据现场情况设置工艺消防设施。比如在本文例举的项目中，电池充电测试的相关试验室内，设有水池或自动撤离机构，当试验中发生起火时，通过联动设置自动停止试验并自动将事故电池或车辆沉入水池，或拖拽到室外空地进行处理。

试验安防管理主要是通过选择人脸识别功能摄像机，将前端摄像头中人脸图片和注册库中的人脸进行实时比对及布防，如果非本试验室人员进入该管理区，可进行轨迹跟踪且可调阅，同时黑名单人员可自动报警提示，或直接上墙。系统可按试验单元对人脸进行布防，每个试验单元可以单独配置人脸库，实现单独布防并联动视频进行目标跟踪。当前端触发报警后，系统会联动监控点对警情现场进行录像及抓图，事后通过查看录像文件和图片来还原报警时现场的情况。

安消联动主要是根据火灾报警控制器的火灾报警信号，设定该区域相关的摄像机联动，当火灾报警发生后联动查看关联的监控摄像机，监控大屏自动弹窗，通过视频监控快速核实；也可通过平台联动设置，当报警发生时，自动联动门禁解锁，方便人员在紧急情况下进行疏散和逃生；同时可通过统一的管理平台发出多种形式的报警提示信息。试验安全管理平台界面示例如图3。

4.3 倉储管理

仓储管理模块主要针对试验区域涉及的试件样品、工具仪表、备品备件等形式多样的物品。

本文研究对象的仓储区，采用了多种形式RFID 电子标签，赋予物品唯一电子身份识别码，可绑定或修改对应物品明细、规格、型号、借还、报废、转移、调拨等操作信息，将电子标签和物品信息绑定，实现了物码合一。

同时，通过识别员工卡，并利用高性能手持终端对RFID 电子标签进行扫签出入库，生成电子化明细传入后台或导出本地，便于管理。

而且，系统利用RFID出入检测装置，将进出入物资数据无感识别后传入至系统管理平台解析，授权出库。异常出库时，进行声光报警并就近联动摄像机抓拍，出库记录可实时查询。

5 综述

根据项目实地调研，汽车研发验证企业在智慧检测、试验安全、仓储管理方面的智能化或智慧化非常重视，且需求较为迫切，本文以此为背景，结合项目实际情况，从网络架构及管理平台方面进行简单分析，并例举几种典型的应用场景，以抛砖引玉，探索新型研发中心的数字化转型模式。

参考文献：

[1]姚艳青，刘海凤，闫子杰.从智能化向智慧化迈进的会展建筑—以天津国家会展中心为例[J].建筑科学，2020，9，（36）：80-85.

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