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【目录】

一、前言

二、项目背景

三、创新成果的内涵和创新点

四、创新成果的主要做法 

4.1仿真化模拟、操作性优化

4.2智能化焊接、革新性改善

4.3智能化排产、柔性化生产

4.4精益化操作、智能化作业

4.5流程化管理、安全性保障

五、创新成果的实施效果

六、结论

01

【前言】

北京现代汽车有限公司成立于2002年10月18日，由北京汽车投资有限公司和韩国现代自动车株式会社共同出资建立，注册资本20.36亿美元，中韩双方各占50%，合资期限为30年。是中国加入WTO后第一个汽车生产领域的中外合资项目。

北京现代沧州分公司是在国家京津冀协同发展战略指引下，首次在京外地区投资建设的集绿色、品质、智能于一体的现代化汽车制造公司，是京津冀协同发展战略提出以来，落户河北最高质量、最大体量的产业协同项目，也是北汽集团在京冀两地党委和政府的高度重视和具体指导下，积极践行京津冀协同发展战略、带动区域经济的重要成果。

在各级政府的大力支持下，秉承绿色、品质、智能、高效的工厂建设和运营理念，沧州工厂仅用18.5个月完成建厂及生产。沧州工厂及配套企业累计投资120亿元，占地2868亩，现投产一款经济型轿车(悦纳)、一款SUV车型（ix 35）和一款家用MPV车型（库斯途），整车产能30万辆/年。 

车身车间占地3.7万m2，采用能满足4种车型同时生产的车间布局和设备，可实现多车型混流生产。拥有341台机器人，主要为焊接机器人、搬运机器人、涂胶机器人、清洁机器人和检测机器人，焊接、涂胶和包边自动化率达100%，生产线全部实现了主要零部件及分总成的取出、上件和转运过程的自动化作业，生产运营也全部实现了数字化管理。这些不仅降低了员工劳动强度，而且大大提高了生产效率及产品质量。

02

【项目背景】

自 “中国智造2025”的发展方向被提出起，传统制造业开始向生产智能化、网络化、自动化进行转型升级。智能制造2025不断推动制造行业、汽车行业发展的方向。面对新时代的挑战，北京现代砥砺前行，组建优秀团队，打造高端智能生产企业，进一步提升智能化对车间的影响，实现车间的智能精益化生产。

传统制造业最主要的特点是以人员作业为主，以人工的流程作业实现对于制造品的生产、加工和运输，这是一个耗费大量人力且人员劳动强度过高、存在大量的非增值时间使得效率较低的过程，而工作强度高造成的人员疲劳也会在生产制造的过程中产生一些不必要的问题，从而对质量产生不良影响。

为了保障和提升生产质量，迈向中国智造2025，沿着行业发展的方向探索和前进，针对传统制造业的问题用理论方法分析影响因素，并针对性地运用仿真化软件模拟、智能化生产设备、数字化信息系统及精益化生产管理处理解决，在深化提升智能制造的方向上不断探索。

03

【创新成果的内涵和创新点】

质量的保障是制造行业的一大核心，如何有效地保障生产质量、改善传统制造业中存在的问题因素是作为制造业思考的方向。通过鱼骨图从“人机料法环”五个方面对传统制造业中影响质量的问题因素进行分析，如图3-1所示：

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图3-1 以“人机料法环”为基点的生产分析

使用管理工具鱼骨图，从“人机料法环”的五个方面对相关影响因素进行分析，得到传统制造业影响质量的因素，如下：

（1）人：人员作业负荷大，易产生疲劳；

（2）机：人工焊接作业，存在作业误差；

（3）料：人工上料且排产不灵活，作业强度高；

（4）法：人工安装、检测，多个人员共同作业，精度不够高；

（5）环：作业场所环境差；

综合分析：传统制造业多为人工作业，在质量把控方面具有一定的局限性，且人工作业问题出现的偶发性、随机性较高。需要在生产制造的过程中投入较多的时间用于处理相应影响因素产生的问题。

针对上述的问题因素，由北京现代ME规划工程师、设备保全工程师、生技支援工程师、工艺工程师、ME工业工程师、项目管理工程师、测试工程师、IT工程师及车身车间基层管理者组成项目团队，针对传统制造业中的问题，头脑风暴思考解决方案措施并深化智能化在生产中的应用。如表3-1所示。

表3-1 头脑风暴分析法分析思考

因素

分析

方案创新点

人

人员作业负荷大，易疲劳

动作分析-仿真模拟人员作业，优化人员操作作业

机

人工焊接作业，存在误差

数据统计及数据分析，自动化焊接、智能焊接管理

料

人工上料，作业强度高

流程法-柔性化生产，自动排产；机器人自动抓件上料

法

人工作业安装、调整，精度不够高

智能生产设备的应用，智能化精益化生产

环

作业环境差

优化作业环境与作业流程；建立安全巡检平台

以保障及提高质量为基点，以高效能生产角度为切入点，按 “人、机、料、法、环”的流程展开，进行智能化数字化精益化生产管理的深化使用说明。

04

【创新成果的主要做法】

4.1仿真化模拟、操作性优化

针对人员所涉及的方面，包含人员数量和人员操作性的问题。在“人”的环节，车间对人员的操作性进行分析：人员的操作是否合理、人员操作是否能够将非增值时间降低到最小化，是“人”这一环节分析的主要目的。

传统制造业中人员众多，这使得每个人操作性都不同，意味着工作过程中重叠时间和非增值时间大大增加，人员疲劳度会大大提升。

以车身车间后备箱盖旋转胎人工码放件作业为例：

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图4-1 后备箱盖旋转胎人员码放件作业

对人员的操作进行仿真模拟，实现对于人员操作性的优化，减少非增值时间，达到高效工作的目的。结合人员动作分析和操作分析理论，根据人机工程学的内容进行分析：

（1）实测法：夹具大板与地面夹角角度大小影响人员作业时，手臂抬起高度、作业水平度造成的非增值时间和人员疲劳度，经实测角度分别为18°和19.5°。

（2）实验法：对人员工作舒适度进行调研，舒适度以8h作业为基准，测试周期为一个月，舒适度分级如表4-1，最终实验结果如图4-2。

表4-1 疲劳度测试表

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图4-2 不同角度下人员疲劳统计

分析：角度差为1.5°，在日常生产中，人员感受差异化明显，且当生产量增加时，角度差异带来的人员疲劳差异会加大。两种角度相对比较，夹具大板与地面夹角为19.5°角时人员作业更优。

（3）调查研究法：经信息采集和平行对比其他工厂数据最终确认19°～20°疲劳度较低。

（4）模拟模型试验法：进行仿真模拟测试，利用DELMIA中的人机工程学模块中的虚拟人建模（Human Build）模块建立人体模型确定合理角度：

在人体尺寸编辑器（Human  Measurement  Editor）中，根据GB/T 10000—1988标准中我国成年人的身体尺寸编辑虚拟人体主要尺寸参数，完成对虚拟人体的设置，如图4-3所示。

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图4-3 人体模型尺寸参数设置

应对不同生产情况，结合人员动作分析与操作分析的理论方法，针对人员操作动作（如图4-4）和可视范围（如图4-5）进行模拟仿真，确保人员操作范围和可视范围覆盖整个变化趋势，运用Open Vision Window模块对人员的视野进行校核最终完成模拟（如图4-6），并通过保障人员作业的可操作性。

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图4-4 人员操作动作仿真

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图4-5 人员可视范围仿真

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图4-6 人员视野仿真校核

利用DELMIA中的人机工程学模块进行分析仿真，最终确定角度，优化人员操作性，确定合理角度减少人员操作中不必要动作产生的非增值时间，从而优化作业强度，减少人员疲劳度。

“人”环节实现人员疲劳度由70%疲劳度降低到45%的优化，解决因人员工作强度和非增值时间多致使疲劳的问题，从而避免因人员疲劳操作带来的质量问题。

4.2智能化焊接、革新性改善

传统汽车制造业人工焊接作业的过程，是一个大量耗费人力的过程。焊接过程中由于人员对于焊接参数及焊接角度的把控具有一定的变化性且人员操作方法的不同也会带来焊接效果的不同，在焊接较复杂的焊缝时，很难做到焊缝美观且牢固，这使得焊接质量的一致性不易受到保障。

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图4-7 传统汽车制造业的人工焊接作业

除上述问题点外，传统制造业人工焊接工位所需时间在80-100s之间，作业时间较长带来了生产效率低下、成本较高的问题。

针对传统汽车制造业的问题点，应用大数据分析和数字化工具，运用智能化的焊接机器人和焊接工艺优化管理实现车身车间白车身焊接品质。

（1）应用焊接机器人，不断提升焊接效率

应用焊接机器人代替人工焊接，自动化率达到100%，提升焊接效率约34%，工位平均焊接时间由80-100s缩减到56-64s；同时避免因人员等不可控因素导致焊接质量不良影响，保证白车身的焊接质量一致性。

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图4-8 图为电阻焊、钎焊

（2）建立生产系统反馈信息网络，及时处理解决问题

打通生产现场和管理岗的信息壁垒，提高信息反馈效率，以现场终端为网络节点搭建网络，建立局域网服务器，收集各个节点的数据信息进行实时推送及储存，达到信息反馈及时、人员快速响应的目的。

生产系统信息反馈流程如图4-9，其中包括问题反馈机制及信息流向：

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图4-9 网络通道反馈流程图

利用设备综合监视系统、机器人监控系统、BOV（Body Over View）监视系统将生产线运转情况、设备故障状况、运转率状况等数据均可清楚展示，达到实时监控、快速反馈的目的，以便快速处理解决问题，确保高效率高质量生产。

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图4-10 HMC设备综合监视系统

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图4-11 机器人监控系统（HRMS）

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图4-12 BOV监视系统界面

在运用智能化焊接设备及管理系统的基础上，为进一步加强对焊接生产的管理，车身车间主要针对MPV新车型重点焊接工位进行焊接工艺重新排布，以此不断提升焊接效率。

以后备箱盖生产线为例：

在MPV新车型量产后，管理者发现后备箱盖生产线生产效率较低，单小时单一车型（K车型）只能生产36件，大大延误了主生产线的生产节拍。通过调取大数据库，包括系统监控、人员测量等记录统计，结合此生产线各个工位设备与人工时间数据分析原因。

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图4-13  各个工位所用时间表

通过设备监控系统信息列表快速判断统计出#461工位所用时间过长，利用机器人监控系统分析出#461机器人焊接数量、位置及运行轨迹，发现#461机器人焊接焊点存在散布导致焊接时间过长。

现场工程师共同研讨制定改善方案，利用软件对#461/#462/#463机器人作业进行仿真模拟，测试焊接工艺重新排布的合理性与可行性。结合现场实际情况，对焊点数量、位置及焊接顺序进行排布，机器人运行轨迹反复试验调整，最终将#461-R1机器人第3点转移到#463-R1机器人第3点，#461-R1机器人第9点转移到#462-R1机器人第16点，使焊接工艺趋向最优化，焊接效率提升了17%。改善前后对比如表4-2。

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图4-14 后盖#461焊点散布位置

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图4-15 机器人仿真模拟

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表4-2  改善前后对比

（3）应用焊接工艺数据监控系统，把控焊接精度

通过焊接工艺监控系统可以实时监控每条生产线焊接状态，并实时记录每个机器人的焊接参数，并可被大数据分析调用，通过该系统可以在线上对生产线机器人焊接预热时间、预热电流、焊接时间、焊接电流等参数进行优化调整，保证焊接质量和焊接精度。

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图4-16 焊接工艺数据监控系统界面

以车身补焊线#319工位为例：

为加强焊接管理，车身车间每日由专人定时对系统数据及焊接现况进行统计监控。在工具窗口观测到车身补焊线#319工位的焊接参数异常，在超出系统自动补偿范围时发生报警信号，管理人员第一时间到现场确认该工位焊接设备、焊接板材、焊接参数等方面进行一一确认排查，发现此工位焊接板材为三层板，因板材叠加厚且间隙超过1.0mm，使通过板材的焊接电流小于标准范围下限。管理人员上调设备焊接电流及焊接压力，并对焊接工艺监控系统的焊接参数修正，将自动补偿值上调5%，利用监控系统快速解决焊接问题，从而规避了半焊、开焊的风险，保障了焊接品质。

依托于“中国智造2025”的大背景趋势，车身车间结合大数据统计分析、网络化渠道及监控系统的建立，保障智能焊接100%自动化以及焊接一致性，达到信息快速反馈，车间管理者同时能够快速处理解决问题的目的，在智能设备与人员管理的同频协作下，进一步推动车间的智能化发展。

4.3智能化排产、柔性化生产

“人”环节，人员操作性的优化是对传统制造业的一大改进。而人员所涉及的问题，不只是人员操作性的问题，还有人员数量的问题。通过对“料”环节的优化，实现对于人员数量的精简。

基于理论方法-流程法，针对“料”环节中影响到质量的问题点进行分析：在传统的制造业中，智能化应用设备不普及，大多数都是以人作为生产的核心劳动力，这意味着在汽车行业中使用人工作业将会产生大量的人员成本，且人员的作业强度过大，易疲劳产生质量问题。

传统车间生产的一般流程为：排产信息统计→排产→生产。而排产的不灵活性会使得在不同车型生产切换时人员的作业强度变大，且一个工位上料就需要2-3个人进行辅助作业。如图4-17所示。

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图4-17 流程法分析相关的问题因素

面对传统制造业中的问题，现已利用数据统计的方法及数字化工具，以数字化车间的方式智能排产，提高排产灵活性，满足柔性化生产：

在多部门配合协作的基础上，通过有效地信息传递如利用ERP(Enterprise Resource Planning)系统实现数据收集及分析、利用GCS（Global Consolidating System）系统实现各车间智能仓储、利用EBOM系统实现生管与厂家协同各车间保证按清单生产物料充足、利用MES系统将信息提供各车间并保证物流、部品件品质等条件下在生管物料供给充分的情况下保证生产等实现数字化车间的有机运行。如图4-18所示。

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图4-18 生产计划及生产信息处理传递过程

车身车间自动化生产通过建立的ERP系统、MES系统等系统将生管生产信息进行整合并提供的包含车型、配置等生产信息以识别待产车辆来实现自动化生产。

在生产中，车身自动化设备和机器人通过固定工位接收信息先后传递进行车型信息核实，以实现在生产计划里的自动化生产，避免因生产信息多造成的制造过程混淆、避免人工失误、且可根据市场、销售订单等因素调整多车型的柔性化生产。

在此基础上，车身车间建立对夹具、机器人、台车与设备安全的单独网络，进行分体化控制，再通过工业以太网将车间整体的设备进行互联和数据交换，车间数据交换的I/O端口都有至少20%的预留量，可供日后新车型投入时使用，实现车间整体化管理运营。系统构成如图4-19所示。

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图4-19 车间I/O端口配置图

以车身车间左侧围生产为例，如图所示：

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图4-20 车身车间左侧围生产示意图

在生产过程中，#201、#202工位接收来自系统的生产信息，设备处理并调用机器人程序，识别相应车型的外板、内板件，同时向后序机器人设备提供信息，后序对信息进行核实，保证生产的准确性。在经过#201机器人抓取侧围外板→#203机器人喷涂防飞溅油→#204机器人涂胶→#205内外板组合工位和#204机器人抓取侧围内板→#205内外板组合工位。在进行内外板组合的工序时，机器人及设备会对信息进一步进行核实，确保生产的准确性。同样的，后序的#206、#207车型配置、#213-#217台车切换、焊接程序调用等信息的准确核实。

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图4-21 机器人自动抓放件

通过“人”和“料”两个环节的改善，使得生产浪费更少、灵活性更大、生产流程更加精益，进一步深化智能化的应用。

4.4精益化操作、智能化作业

保证作业的精度、白车身精度是达成精益生产的基本条件，传统制造业对于精度的把控是通过人工来完成的，主要通过观察和测量来保障产品精度，是存在一定的误差。面对统一的标准规范，不同的人员读取和测量数据均有一定程度的偏差。因此，为保障白车身精度，引用智能化设备来实现对于精度的把控。

运用智能化设备，实现对于白车身精度的把控：

（1）#303组立工位

车身车间组装线#303整车组立工位是车身车间的核心工位（如图4-22），拥有焊接机器人12台，配件搬运机器人2台，是确保白车身整体焊接精度以及整车品质的最重要工位，将顶盖横梁、导流罩、平台板、地板和侧围几大总成单元组立焊接成白车身主体框架。车身组装线设置四面式旋转转台，通过四面夹具的改动，大大减少生产组装工序的车型切换时间浪费，实现一条生产线对不同车型生产的柔性化控制。

定期对白车身的三坐标进行检测（如图4-23），夹具维修班根据三坐标分数对台车与夹具精度分析并对不良影响部位进行合理化调整。在定期三坐标精度检测、夹具维修班精度调整的情况下，保证了白车身整体精度，为后续活动件和整车部品件安装精度提供保障。

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图4-22 #303组立工位

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图4-23 三坐标检测

（2）#308顶盖安装工位

组装线#308为应用顶盖检测调整系统的顶盖安装工位（如图4-24）。顶盖检测调整系统是通过照相系统和红外线距离测量系统对顶盖和左右侧围间隙、断差进行测量，并根据测量的数据反馈至电脑进行分析，自动计算出补偿调整值，机器人根据补偿值进行自动调整，测定数据全数履历管理, 可连接品质一体化管理系统，从而避免安装散布，确保顶盖安装精度。

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图4-24 #308顶盖安装

以上述工位为例，智能制造的过程是对传统制造业人工作业的一个反思和作业优化过程：如#303组立工位的智能精度保证、#308工位利用检测调整系统的顶盖自动补正安装过程。

智能化设备的应用，将原人工操作可达96%的精度提升至现今的97.5%，进一步提升白车身的整车精度，为整车品质打下坚实的保障。

4.5流程化管理、安全性保障

“环”- 指产品制造过程中所处的环境，即作业环境，影响作业质量的环境和涉及人员安全性的环境都需要得到保障。如图4-25，传统制造业作业环境较差，不利于保障产品的质量和人员安全性。

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图4-25 传统制造业作业环境安全性低

现应用智能化的设备和平台保障作业环境：

（1）保障生产质量的作业环境

1）焊接飞溅处理

结合实际做出如下调整：

侧围生产线#202防飞溅油的喷涂机器人，对喷涂机器人进行改造优化，改善后机器人可以自动感应不同部品件的大小、位置来确定喷油量与喷涂角度；通过焊接工艺数据管理系统实时监控焊接工位及参数，管理人员合理调整焊接参数减少焊接飞溅，保障整车质量。

2）焊接烟尘处理

为保持环境质量良好稳定，在保证焊接质量的同时，车身车间最大限度的减少CO2保护焊的使用，减少焊接烟尘排放，整个车间仅有两个二保焊工位，保证车间内部良好的作业环境，在工位上方设置焊接烟尘收集处理设备；在安装线新增静电集尘装置，噪音小、能耗低，集尘效率能够达到98%。

3）能源实时监控

车间建立能源监控系统，将车间的水、电、气以数据的形式上传至能源管理系统数据终端，建立能源管控智能网络，对各个使用数据进行实时监控管理，一旦发生使用异常，系统会实时反馈，快速响应。在保证良好作业与生产环境的同时，达到节能最大化。

（2）保障人员安全的作业环境

严格把控人员作业安全，保障生产安全，不断提升车间综合安全水平。

1）搭建安全巡检平台

结合现场实际情况，识别现场风险点，搭建线上安全巡检平台，确保安全零事故。

全车间危险源重点辨识，共设置巡检点位13个，明确巡视路线、巡检频次与巡检人员，将相关信息输入至线上平台生成条形码并张贴在对应位置。

巡检人员实名制管理，每日进行扫码巡检并上传点检记录，做到车间覆盖率达100%，发生异常问题系统将把具体信息直接反馈至管理者，管理者也可以通过平台实时查看巡检记录和现场照片，确保安全管理到位、信息反馈到位、监督整改到位。同时，无纸化办公既能提高工作效率，又能节俭成本，更能确保结果的可追溯性。

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图4-26 安全巡检平台搭建

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图4-27 安全巡检路线

2）智能化安全装置

在主要工位设置安全光栅306处、安全地毯169处、线体安全门107处，当人员码件和进入线体更换电极头时，系统可以检测到该工位的人员操作状态，确保设备不启用，当人员作业完毕，加载系统信号，系统确认后及时启动，确保了人员安全。一旦出现人员即刻急停或操作不当，生产线该位置会启动报警系统。人员每天上岗作业前检查安全装置是否有效。

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图4-28 安全光栅、安全地毯

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图4-29 急停按钮

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图4-30 人员进线安全操作

3）进线作业安全化

人员进线作业前劳保穿戴整齐，必须从安全门进入锁闭安全锁，随身携带钥匙；复位前，必须由KEEPER以上人员确认生产线内无人情况下，方可打开安全锁关闭安全门，必须由KEEPER或KEEPER以上人员负责按下复位按钮进行复位，为员工安全作业保驾护航。

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【创新成果的实施效果】

从“人机料法环”五大方面对影响质量的问题点进行分析，并结合智能设备系统与精益管理得到有效改善及提升： 

表5-1 项目实施效果

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从“人机料法环”五大方面对原因进行分析并制定改善措施，优化车间管理与设备工艺，不断提高生产品质，高效率地完成生产任务，通过五大方面的创新改善，在车间生产能力提升与人工/能源成本等方面，节俭费用共计160万元/年。

06

【结论】

智能制造的深化探索带来的不只是对于传统制造业的变革，智能设备深化应用与革新性的改善优化了白车身生产的过程、简化人员劳动强度并在智能生产的过程中精简人员，使得人员的作业更加专注于白车身精度的把控上，从而有效地提高了白车身的精度质量；生产的智能化有效地提高了生产质量与生产效率，降低了人工成本和后续的维修成本，优化资财的使用，实现车间的精益化生产。

在推进智能制造深化应用的过程中，车身团队顶住压力、逆流而上，抓住问题不放手、时时刻刻想对策、不达目标不放松。经过历练，车身团队更加凝聚，面对问题能够从多角度思考，灵活运用管理工具、科学方法，结合现有的优势、发散并打破固化思维及思考的局限性，实现应用智能化解决问题的能力目标。

团队的发展也离不开团队成员的努力，通过该项目的历练，人员能力得到进一步的锻炼，人员能力的提高将会助推车间的进一步发展，为企业带来巨大的收益，助力企业蓬勃发展。