多品種小批量電子產(chǎn)品制造數(shù)字化智能化研究與探索

王湘，龔弦，左彩紅，周瑞浦，梁金木，施立紅

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

近年來(lái)，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，電子商務(wù)、交通物流、航空航天、消費(fèi)電器、5G 通信等行業(yè)進(jìn)入了新一輪快速發(fā)展周期，人們的生活方式也隨之發(fā)生了巨大的變化，信息化、數(shù)字化、智能化是這種改變的顯著特征。在這一輪科技革命浪潮中，特別是受國(guó)際政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化和各國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整的影響，我國(guó)的制造業(yè)面臨產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)高質(zhì)量發(fā)展的重大歷史機(jī)遇和壓力。面對(duì)更為復(fù)雜的全球競(jìng)爭(zhēng)，只有不斷提升制造企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理水平，在發(fā)展動(dòng)能、質(zhì)量把控、生產(chǎn)效率等方面變革提高，才能提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而占領(lǐng)行業(yè)的制高點(diǎn)。

長(zhǎng)期以來(lái)，勞動(dòng)力和土地等要素成本較低是我國(guó)制造業(yè)在國(guó)際產(chǎn)業(yè)分工的基礎(chǔ)性優(yōu)勢(shì)，但是隨著我國(guó)制造業(yè)人力成本的逐年上漲，在一定程度上弱化了這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，依靠新一代信息技術(shù)推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，培育并形成新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)已逐漸成為業(yè)界共識(shí)。具體到電子設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)來(lái)講，如何在設(shè)計(jì)生產(chǎn)協(xié)同、物資生產(chǎn)協(xié)同、檢驗(yàn)生產(chǎn)協(xié)同、調(diào)度生產(chǎn)協(xié)同等方面提高協(xié)作效率，在產(chǎn)品貼片、裝配、接線、調(diào)試等工序環(huán)節(jié)提高工作效率，在生產(chǎn)儀器設(shè)備、訂單進(jìn)度狀態(tài)等生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控上提高管理效率，是制造企業(yè)特別是多品種小批量電子產(chǎn)品制造企業(yè)所面臨也亟需解決的問(wèn)題。

1 制造業(yè)發(fā)展及其數(shù)字化智能化進(jìn)程

制造業(yè)按照發(fā)展階段分為四個(gè)時(shí)代：手工業(yè)時(shí)代、機(jī)器時(shí)代、信息時(shí)代、大數(shù)據(jù)時(shí)代。在制造業(yè)手工業(yè)時(shí)代，信息都是以紙質(zhì)為載體而存在的，信息技術(shù)和制造技術(shù)很難整合在一起。在兩次工業(yè)革命后，蒸汽動(dòng)力、石油電力、風(fēng)力水電的普及，給制造業(yè)的機(jī)器化提供了比人力更有效的動(dòng)力，使得生產(chǎn)效率大大提升。進(jìn)入信息時(shí)代后，通信和互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，信息流動(dòng)速度加快，網(wǎng)絡(luò)覆蓋更廣。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，通信設(shè)備以及用于自動(dòng)智能化機(jī)器流動(dòng)出各行各業(yè)的“大數(shù)據(jù)“，如何獲取和處理這些數(shù)據(jù)，從而為企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策提供科學(xué)支撐，是這個(gè)時(shí)代制造業(yè)數(shù)據(jù)信息驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)。

制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)對(duì)于發(fā)展或重塑各自的制造業(yè)愈發(fā)重視，也陸續(xù)發(fā)布了相應(yīng)的發(fā)展目標(biāo)和規(guī)劃。德國(guó)在2013年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式提出工業(yè)4.0，通過(guò)CPS（Cyber-Physical System）將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。2012 年2 月美國(guó)提出“先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃”，一方面調(diào)整、提升傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)及競(jìng)爭(zhēng)力，二是發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，提出發(fā)展包括先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)平臺(tái)、先進(jìn)制造工藝及設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施等先進(jìn)數(shù)字化制造技術(shù)。與德國(guó)提出的工業(yè)4.0 相對(duì)應(yīng)的，美國(guó)的叫做“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（Industrial Internet）”。日本也在2018 版的《日本制造業(yè)白皮書》中，提到其本國(guó)的自動(dòng)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈，難以形成高的附加值，希望通過(guò)自動(dòng)化與數(shù)字化融合解決該問(wèn)題。我國(guó)于2015 年5月由國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)簽批發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，要促進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，走創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展道路。

2 多品種小批量企業(yè)的數(shù)字化智能化改造

目前生產(chǎn)類型大致分為三種：大量流水生產(chǎn)、多品種小批量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)。當(dāng)下中國(guó)制造業(yè)多集中在多品種小批量生產(chǎn)企業(yè)，這種生產(chǎn)方式開始占有越來(lái)越重要的地位。與大量生產(chǎn)方式相比，其效率低、成本高，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)計(jì)劃與組織較復(fù)雜。很多企業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用還處在單項(xiàng)應(yīng)用階段，信息孤島仍然存在，各計(jì)劃之間不能做到密切銜接。如何運(yùn)用先進(jìn)的制造技術(shù)和管理技術(shù)提升多品種小批量管理生產(chǎn)制造車間，提高生產(chǎn)各工序的工作效率，成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。數(shù)字化、智能化與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合開創(chuàng)了一種新型生產(chǎn)方式，也為上述問(wèn)題提供了一種解決途徑。有的企業(yè)通過(guò)對(duì)設(shè)備參數(shù)、產(chǎn)品參數(shù)的采集與統(tǒng)計(jì)分析，抽象出生產(chǎn)系統(tǒng)模型的輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)建立仿真模型并運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，了解生產(chǎn)系統(tǒng)的瓶頸工序。有的企業(yè)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、智能排產(chǎn)和工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，這種平臺(tái)集成了PLM、ERP、MES、PLC 等異構(gòu)系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，打通從“需求訂單-資源調(diào)配-優(yōu)化排產(chǎn)-協(xié)同研發(fā)-智能生產(chǎn)-智能服務(wù)”的數(shù)據(jù)鏈路。有的企業(yè)運(yùn)用數(shù)字化工具和智能裝備，進(jìn)行數(shù)字化工藝、模擬仿真、生產(chǎn)監(jiān)控和智能換型切換實(shí)現(xiàn)新能源變速器的智能制造。有的企業(yè)通過(guò)數(shù)字化智能系統(tǒng)構(gòu)建，把各種生產(chǎn)方式固化在軟件里，用各種自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備取代人力，把所有的人、機(jī)、料、法、環(huán)、IT 信息系統(tǒng)、自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)互聯(lián)。

3 結(jié)合公司實(shí)際的相關(guān)實(shí)踐探索

在生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化和智能化的發(fā)展升級(jí)過(guò)程中，我公司也作了許多改進(jìn)和探索，下面列舉一部分例子。首先，在制造的調(diào)試工序環(huán)節(jié)加強(qiáng)了自動(dòng)調(diào)試工裝和測(cè)試軟件的研發(fā)和應(yīng)用，通過(guò)編寫上位機(jī)軟件程序和設(shè)計(jì)調(diào)試工裝電路，實(shí)現(xiàn)了部分設(shè)備的調(diào)試自動(dòng)化。其次，在生產(chǎn)過(guò)程管控環(huán)節(jié)自主研發(fā)了工藝共享平臺(tái)，生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題可實(shí)時(shí)在線記錄，批次生產(chǎn)問(wèn)題總結(jié)共享可評(píng)估，常規(guī)問(wèn)題處理方法可在線查看，將過(guò)去紙質(zhì)或半信息化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行升級(jí)替換。另外，公司自研的科研生產(chǎn)管理系統(tǒng)與外購(gòu)ERP系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)系統(tǒng)間接口的訪問(wèn)調(diào)用，將生產(chǎn)管理、物資管理、訂單管理相結(jié)合，在投資較小的情況下實(shí)現(xiàn)一體化管理。

4 結(jié)論

多品種小批量模式下的制造企業(yè)，一方面需要借助新一輪信息技術(shù)提升生產(chǎn)效率、管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面也需要在投入產(chǎn)出之間進(jìn)行充分平衡考量。企業(yè)需要準(zhǔn)確評(píng)估從訂單-計(jì)劃-采購(gòu)-研發(fā)-生產(chǎn)-檢驗(yàn)-交付等各環(huán)節(jié)，找到最需要借助信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)改進(jìn)管理方式和生產(chǎn)方式的地方，還需要結(jié)合自身企業(yè)當(dāng)前的設(shè)備、系統(tǒng)、人力資源等因素選擇合適的解決方案。