一種電子裝備智能制造模式—從流程驅(qū)動(dòng)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

史建成

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所，成都 610036)

0 引言

經(jīng)過(guò)多年來(lái)兩化融合建設(shè)，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)逐步完成職能式運(yùn)行到流程式運(yùn)行的轉(zhuǎn)型，通過(guò)對(duì)流程進(jìn)行體系化地改進(jìn)和重構(gòu)，將各職能部門(mén)、各相關(guān)業(yè)務(wù)緊密協(xié)作起來(lái)，并通過(guò)流程驅(qū)動(dòng)使企業(yè)的業(yè)務(wù)效率得到大幅提升。流程驅(qū)動(dòng)的思想為企業(yè)提升效率、改進(jìn)質(zhì)量和服務(wù)等方面帶來(lái)巨大的效益[1]。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息物理系統(tǒng)等新一代信息技術(shù)的興起，產(chǎn)品研制過(guò)程中海量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、傳輸及計(jì)算能力為數(shù)據(jù)的利用提供了新的可能，數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造受到了越來(lái)越多企業(yè)的重視，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)作為一種新的模式和機(jī)制逐漸成為制造企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的方向。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是以數(shù)據(jù)為核心的業(yè)務(wù)運(yùn)作模式。當(dāng)前數(shù)據(jù)在制造中的作用已被廣泛的重視，在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控[2]、故障檢測(cè)[3]、預(yù)測(cè)性制造[4]等相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究和探索，然而對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造模式研究仍處于起步階段。姚錫凡等[5]提出了一種大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的新型制造模式—主動(dòng)制造，充分利用大數(shù)據(jù)的價(jià)值，在數(shù)據(jù)分析支持下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)反饋、生產(chǎn)全方位監(jiān)控、模擬預(yù)測(cè)和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化。張志強(qiáng)等[6]認(rèn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型企業(yè)通過(guò)一套完整的數(shù)據(jù)價(jià)值體系，企業(yè)決策者將數(shù)據(jù)分析納入企業(yè)決策流程，并對(duì)企業(yè)的決策提供有價(jià)值的指導(dǎo)。鐘珂珂等[7]通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，建立了車(chē)間實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)效能評(píng)估模型，對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，進(jìn)而提供優(yōu)化調(diào)度方案。張國(guó)輝[8]等利用企業(yè)以往的制造數(shù)據(jù)及同步產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來(lái)可能發(fā)生情況，基于調(diào)度規(guī)則重新調(diào)整調(diào)度方案，以維持高水平的生產(chǎn)運(yùn)作，認(rèn)為數(shù)據(jù)的分析和挖掘功能是以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的制造核心價(jià)值的體現(xiàn)。在上述研究中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)涵和認(rèn)識(shí)沒(méi)有形成統(tǒng)一，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)作為一種新的運(yùn)作方式，對(duì)當(dāng)前制造模式轉(zhuǎn)型有重要的引導(dǎo)意義，仍需進(jìn)一步深入研究。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文討論了流程驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的關(guān)系，結(jié)合數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐，提出一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電子裝備智能制造模式，探討數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)模式和實(shí)施方法，并在企業(yè)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

1 流程驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)區(qū)別與聯(lián)系

數(shù)據(jù)和流程在現(xiàn)代制造企業(yè)相輔相成，流程中有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)往往通過(guò)流程傳播。在辨析兩種模式前，應(yīng)先理解“驅(qū)動(dòng)”的內(nèi)涵?！膀?qū)動(dòng)”是通過(guò)建立一定的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，改變以往人為的業(yè)務(wù)推進(jìn)模式，使系統(tǒng)在相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力的推動(dòng)下自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)行。這里驅(qū)動(dòng)力可以來(lái)自流程、數(shù)據(jù)或其他要素?？梢?jiàn)，驅(qū)動(dòng)的內(nèi)涵在于通過(guò)一定機(jī)制使系統(tǒng)自動(dòng)或半自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，人在這個(gè)機(jī)制下只負(fù)責(zé)執(zhí)行，在相應(yīng)的任務(wù)執(zhí)行完成后，不需要人去思考和推動(dòng)下一步做什么或怎么做。

流程驅(qū)動(dòng)是以流程為主線，將相互關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)活動(dòng)串聯(lián)和協(xié)同起來(lái)，使這一組業(yè)務(wù)活動(dòng)以流程設(shè)定的方式有序進(jìn)行，從而完成特定的活動(dòng)目標(biāo)。通過(guò)流程改進(jìn)、管理制度改進(jìn)、組織職責(zé)優(yōu)化手段等實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的整合和運(yùn)轉(zhuǎn)，通常一套流程體系可以很好的規(guī)定流程驅(qū)動(dòng)管理方式的業(yè)務(wù)活動(dòng)。企業(yè)推進(jìn)信息化過(guò)程，往往是從梳理和重構(gòu)業(yè)務(wù)流程開(kāi)始，并將業(yè)務(wù)流程固化在相應(yīng)信息系統(tǒng)中，典型的業(yè)務(wù)場(chǎng)景如計(jì)劃管理、物料管理、質(zhì)量管理、合同管理等流程在企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)中的實(shí)施。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是以數(shù)據(jù)為核心，根據(jù)數(shù)據(jù)所映射的內(nèi)外部環(huán)境的要求及變化，通過(guò)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、建模、分析、執(zhí)行而驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)活動(dòng)的決策和運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造。在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)、預(yù)見(jiàn)等特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)操作進(jìn)行定義，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)和操作執(zhí)行依據(jù)數(shù)字定義運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)消除不確定性，科學(xué)客觀支撐生產(chǎn)管理的決策，進(jìn)而推動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行。

流程驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的對(duì)比如表1所示。

表1 流程驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的對(duì)比

在表1中，流程驅(qū)動(dòng)的典型特征是以流程為核心，其驅(qū)動(dòng)力是對(duì)流程的定義與考核，驅(qū)動(dòng)方式是工作流引擎?；谏a(chǎn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)，對(duì)流程進(jìn)行梳理和定義。工作流引擎根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則預(yù)先定義，判斷在流程中的下一步業(yè)務(wù)。在一定的監(jiān)控和考核激勵(lì)下，流程驅(qū)動(dòng)的模式具有高效明確、各環(huán)節(jié)緊密協(xié)同的優(yōu)勢(shì)，打破了職能化管理造成的業(yè)務(wù)灰色地帶和業(yè)務(wù)墻。但隨著制造模式向定制化、可重構(gòu)柔性制造等方向轉(zhuǎn)型，流程驅(qū)動(dòng)模式在部分業(yè)務(wù)場(chǎng)景中靈活柔性等方面的不足則被放大。另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)、CPS等技術(shù)的興起，帶來(lái)工業(yè)數(shù)據(jù)的海量增長(zhǎng)，在流程驅(qū)動(dòng)模式下，工業(yè)數(shù)據(jù)缺少充分的利用和價(jià)值創(chuàng)造。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式則有效地彌補(bǔ)了上述不足，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)以數(shù)據(jù)為核心，以數(shù)據(jù)分析與利用為驅(qū)動(dòng)力，以數(shù)據(jù)、知識(shí)、規(guī)則為驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行獲取、建模、分析、執(zhí)行，挖掘數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律和知識(shí)，直接作用于制造系統(tǒng)或輔助決策，具備靈活柔性、數(shù)據(jù)賦能、自動(dòng)響應(yīng)、科學(xué)決策的優(yōu)勢(shì)。

以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式不是不需要流程，在一些業(yè)務(wù)規(guī)則相對(duì)固化的環(huán)節(jié)，流程還是業(yè)務(wù)開(kāi)展的主要方式。對(duì)于有柔性可重構(gòu)要求、數(shù)據(jù)價(jià)值高的環(huán)節(jié)，則以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為主，流程驅(qū)動(dòng)為輔，流程為數(shù)據(jù)的傳播定義了基本的途徑。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是制造模式轉(zhuǎn)型的新階段，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在流程框架的基礎(chǔ)上，彌補(bǔ)流程驅(qū)動(dòng)的不足，提供了一種新的運(yùn)行模式來(lái)解決制造系統(tǒng)的問(wèn)題。

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造模式

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造模式是將數(shù)據(jù)作為制造系統(tǒng)的輸入，通過(guò)數(shù)據(jù)建模和制造過(guò)程定義，在數(shù)據(jù)分析和解析的支持下，以數(shù)據(jù)流為主要驅(qū)動(dòng)要素，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在制造系統(tǒng)的物理空間和信息空間傳遞，進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程和操作的自動(dòng)和半自動(dòng)執(zhí)行，以及生產(chǎn)車(chē)間的實(shí)時(shí)反饋、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、過(guò)程優(yōu)化，以減少或消除制造過(guò)程中的不確定性。

準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造模式的基礎(chǔ)，只有用于建模和定義的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的，才能保證數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)得以貫徹，否則將有可能帶來(lái)錯(cuò)誤生產(chǎn)或車(chē)間的混亂。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，更多地需要自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)融合等方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)，減少手工輸入的數(shù)據(jù)或者多手工輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)審核。數(shù)據(jù)建模及定義是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程抽象的描述，是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式的動(dòng)力源，也是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)中難度最大的部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模及定義需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程全局和細(xì)節(jié)都有深入的了解。數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的執(zhí)行過(guò)程是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造模式的賦能系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)精確地將制造過(guò)程從車(chē)間數(shù)字空間映射到物理空間。由此可得出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)模式，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)模式

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基本業(yè)務(wù)模式包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)執(zhí)行四個(gè)步驟。在數(shù)據(jù)獲取環(huán)節(jié)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲取制造相關(guān)數(shù)據(jù)，包括車(chē)間數(shù)據(jù)包括設(shè)備、物流、環(huán)境等，產(chǎn)品數(shù)據(jù)包括技術(shù)要求、模型、工藝等，任務(wù)數(shù)據(jù)包括批量、交期等。數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全面的數(shù)據(jù)對(duì)制造過(guò)程提供有效的支持。數(shù)據(jù)建模環(huán)節(jié)主要進(jìn)行制造過(guò)程定義和算法模型構(gòu)建，這個(gè)環(huán)節(jié)是在數(shù)字空間準(zhǔn)確地定義生產(chǎn)過(guò)程中的人、機(jī)、料、法、環(huán)等信息，描述產(chǎn)品的工藝流程、物料需求以及工序之間流向和邏輯關(guān)系，并形成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的抽象數(shù)學(xué)描述。算法模型構(gòu)建可針對(duì)特定的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)該場(chǎng)景的邏輯、結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象化。數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)主要進(jìn)行模型解析運(yùn)用和基于模型的分析，包括資源分析、過(guò)程分析、質(zhì)量分析等。數(shù)據(jù)執(zhí)行環(huán)節(jié)主要是對(duì)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析結(jié)果的執(zhí)行，包括面向管理的決策支撐及數(shù)據(jù)透視，面向生產(chǎn)過(guò)程的任務(wù)下達(dá)和數(shù)據(jù)下發(fā)，面向工序操作的數(shù)據(jù)導(dǎo)引和自動(dòng)執(zhí)行。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造模式架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造架構(gòu)

資源層主要為數(shù)據(jù)來(lái)源，包括來(lái)自物理空間的數(shù)據(jù)源，如設(shè)備儀器、車(chē)間工位、物流倉(cāng)儲(chǔ)等，和來(lái)自數(shù)字空間的數(shù)據(jù)源，如生產(chǎn)管理系統(tǒng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。

感知層主要實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集和交換，通過(guò)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集器、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)象感知、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)路由等功能。

數(shù)據(jù)層是感知獲得的數(shù)據(jù)集合，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)象級(jí)、時(shí)空級(jí)的數(shù)據(jù)對(duì)齊，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式構(gòu)建實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

驅(qū)動(dòng)層通過(guò)利用數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)集合，通過(guò)數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造模式，驅(qū)動(dòng)層主要作用于三個(gè)層面，包括數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策管理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行操作，將在后繼章節(jié)展開(kāi)詳述。

應(yīng)用層是在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)車(chē)間的智能管理、智能生產(chǎn)和智能操作。

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造架構(gòu)區(qū)別傳統(tǒng)的ISA-95自動(dòng)化金字塔，是以數(shù)據(jù)為核心而構(gòu)建，從下至上為逐層支撐的關(guān)系。在上述架構(gòu)中，部分功能通過(guò)自動(dòng)化金字塔來(lái)實(shí)現(xiàn)，如數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策管理中的數(shù)據(jù)獲取和執(zhí)行等，而整體的邏輯結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)流向和數(shù)據(jù)運(yùn)用為主進(jìn)行組織，通過(guò)上述架構(gòu)來(lái)梳理信息系統(tǒng)關(guān)系和框架。

2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策管理

制造數(shù)據(jù)在智能制造模式中具有決定性的作用，基于數(shù)據(jù)的建模、分析和挖掘，有助于洞悉制造過(guò)程的總體態(tài)勢(shì)、低效區(qū)域、潛在風(fēng)險(xiǎn)等，從而支撐決策管理改善制造過(guò)程、生產(chǎn)執(zhí)行及制造服務(wù)等環(huán)節(jié)，對(duì)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)和制造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)支撐車(chē)間決策管理在以下有三個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用。

1）車(chē)間綜合運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控評(píng)估與決策支撐

電子裝備生產(chǎn)線的運(yùn)行存在生產(chǎn)計(jì)劃預(yù)測(cè)難度大、質(zhì)量管控過(guò)程復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)繁多等問(wèn)題，難以對(duì)生產(chǎn)線的薄弱環(huán)節(jié)做出準(zhǔn)確而全面的判斷。針對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)行存在的問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下對(duì)生產(chǎn)線開(kāi)展綜合運(yùn)行態(tài)勢(shì)監(jiān)控分析，根據(jù)從數(shù)據(jù)挖掘中所獲得的信息、知識(shí)和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，支撐管理者進(jìn)行生產(chǎn)決策，以提高生產(chǎn)線的效益和管理水平、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的持續(xù)改進(jìn)。主要應(yīng)用方向包括將車(chē)間的信息透明化和存在問(wèn)題的顯性化，由此進(jìn)行快速響應(yīng)和持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，從而提升效率、提升質(zhì)量、降低成本和資源消耗；提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備的關(guān)鍵工藝參數(shù)，減少設(shè)備待機(jī)和排隊(duì)時(shí)間，提高設(shè)備的利用率，通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，以有效地安排設(shè)備維護(hù)窗口；進(jìn)行制造過(guò)程監(jiān)控預(yù)警、物料品質(zhì)監(jiān)控和良品率監(jiān)控，減少未預(yù)期的物料問(wèn)題或故障等造成的直接產(chǎn)能沖擊和質(zhì)量不穩(wěn)定；通過(guò)模糊層次分析法等評(píng)價(jià)方法，綜合分析車(chē)間的功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境，進(jìn)行車(chē)間多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對(duì)象系統(tǒng)做出全局性、整體性的評(píng)價(jià)，為車(chē)間改進(jìn)提供支撐。

2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的車(chē)間動(dòng)態(tài)配置及自適應(yīng)優(yōu)化

電子裝備車(chē)間內(nèi)部人機(jī)料法環(huán)各資源節(jié)點(diǎn)存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程存在著較強(qiáng)的不確定性。在實(shí)際的作業(yè)車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中，各種隨機(jī)擾動(dòng)的存在如設(shè)備故障、緊急插單等，都將造成車(chē)間發(fā)生一定的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致原有的生產(chǎn)排程難以有效執(zhí)行。在實(shí)時(shí)任務(wù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)遺傳算法等啟發(fā)式優(yōu)化方法，自動(dòng)適應(yīng)內(nèi)外部條件變化，進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化和物流優(yōu)化決策，動(dòng)態(tài)地對(duì)可用生產(chǎn)資源進(jìn)行分配，安排合理的生產(chǎn)作業(yè)次序和物流配送路線，讓生產(chǎn)系統(tǒng)變得更加動(dòng)態(tài)和靈活。

3）基于數(shù)據(jù)挖掘的質(zhì)量形成過(guò)程決策改進(jìn)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工藝決策改進(jìn)是基于制造過(guò)程數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程、工藝、設(shè)備等方面未知的規(guī)律和知識(shí)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，促進(jìn)制造系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)按特征進(jìn)行組織，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析，揭示工藝參數(shù)、質(zhì)量性能的相互作用規(guī)律，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能影響的精確映射，進(jìn)而支撐工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)決策，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)等影響產(chǎn)品質(zhì)量的要素進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化的優(yōu)化提升。

2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)是在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息流、任務(wù)信息流、產(chǎn)品物料流、工具資源流貫通和綜合集成，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息、準(zhǔn)確的任務(wù)信息、準(zhǔn)確的物料供應(yīng)、準(zhǔn)確的資源保障，在準(zhǔn)確的時(shí)間匯集到準(zhǔn)確的地點(diǎn)。生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以分為生產(chǎn)定義、生產(chǎn)齊套、加工裝配、測(cè)試實(shí)驗(yàn)、交付入庫(kù)。采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行模式，通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化定義，自動(dòng)產(chǎn)生任務(wù)和下發(fā)制造數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。以生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)為主線，推動(dòng)生產(chǎn)活動(dòng)的前進(jìn)，其中BOM數(shù)據(jù)做為抓手，集成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)、管理要求，物料清單、工具資源清單，并記錄整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。

圖3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

在生產(chǎn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)主要作用于產(chǎn)品信息貫通、任務(wù)信息下達(dá)、產(chǎn)品物料流轉(zhuǎn)和設(shè)備資源配送四個(gè)方面。

1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品信息貫通

產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝等制造數(shù)據(jù)在一定平臺(tái)或載體上按照一定流程被創(chuàng)建、更新、使用等過(guò)程，主要包含了設(shè)計(jì)-工藝-制造方向的流動(dòng)。以數(shù)字化模型為載體，在產(chǎn)品的數(shù)字化模型中定義設(shè)計(jì)信息和制造信息，完整地表達(dá)產(chǎn)品信息。生產(chǎn)單元通過(guò)掃碼等方式自動(dòng)下載產(chǎn)品數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)單元進(jìn)行生產(chǎn)。

2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的任務(wù)信息下達(dá)

生產(chǎn)計(jì)劃、訂單等生產(chǎn)任務(wù)信息的在一定平臺(tái)或載體上按照一定流程被創(chuàng)建、更新、使用等過(guò)程，主要包含了ERP-MES-PLC方向的流動(dòng)。以工藝模型和BOM作為數(shù)字線程的載體，用集成的工藝模型完整地表達(dá)產(chǎn)品定義信息，將設(shè)計(jì)信息、工藝信息、制造信息集成到產(chǎn)品的數(shù)字化模型中，同時(shí)用BOM要素地表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)件信息和生產(chǎn)過(guò)程定義信息，持續(xù)推進(jìn)數(shù)字驅(qū)動(dòng)的精益生產(chǎn)模式。通過(guò)數(shù)字線程的貫通、推送與驅(qū)動(dòng)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)消除模糊有歧義的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)指令和規(guī)章制度。BOM是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、計(jì)劃生產(chǎn)、成本核算、物流采購(gòu)中不可或缺的信息來(lái)源，是各部門(mén)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的橋梁紐帶。以BOM為抓手，將產(chǎn)品的工程數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和關(guān)聯(lián)，在BOM上對(duì)生產(chǎn)制造過(guò)程的數(shù)字定義，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程高效運(yùn)行和制造過(guò)程的精益控制。

3）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品物料流轉(zhuǎn)

通過(guò)在BOM中定義工序級(jí)物料的準(zhǔn)確信息，驅(qū)動(dòng)物料在供應(yīng)商、倉(cāng)庫(kù)、不同工位之間的流轉(zhuǎn)，按照工藝路線經(jīng)過(guò)逐個(gè)工序的制造，實(shí)現(xiàn)由原材料、器件、零件等向產(chǎn)成品的轉(zhuǎn)變，主要包含了供應(yīng)商-工廠-生產(chǎn)線-工位方向的流動(dòng)。同時(shí)通過(guò)條碼等方式實(shí)現(xiàn)物料信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋。

4）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備資源配送

通過(guò)在BOM中定義工序資源的需求，在信息系統(tǒng)的綜合調(diào)度下，實(shí)現(xiàn)刀具、儀器、工具、設(shè)備、輔料等通過(guò)工位固定或流轉(zhuǎn)的方式，作用于產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的組織形式，主要包含工廠內(nèi)部流轉(zhuǎn)，包括倉(cāng)庫(kù)-工位兩種流動(dòng)。

2.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行操作

以數(shù)字模型完整地表達(dá)產(chǎn)品定義信息，使模型作為生產(chǎn)制造過(guò)程中的唯一依據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息精準(zhǔn)定義與表達(dá)。通過(guò)數(shù)字化實(shí)現(xiàn)設(shè)備、工位的聯(lián)網(wǎng)集成，根據(jù)下載待生產(chǎn)產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)處理程序、模型等產(chǎn)品數(shù)據(jù)流，驅(qū)動(dòng)設(shè)備或者輔助操作人員進(jìn)行相應(yīng)的工藝過(guò)程。同時(shí)可通過(guò)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)反饋設(shè)備的狀態(tài)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上下數(shù)據(jù)貫通。

對(duì)于具有單件小批量特征的復(fù)雜電子裝備，手工作業(yè)難以避免，目前主要有以設(shè)備為主和以手工操作為主的工位兩種，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在這兩種工位上采用不同的實(shí)現(xiàn)方式，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的操作執(zhí)行實(shí)現(xiàn)

1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝自動(dòng)執(zhí)行

對(duì)于以設(shè)備為主的工位，通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化，使設(shè)備具備完善的信息和通信能力。設(shè)備數(shù)字化信息包括設(shè)備的序列號(hào)、描述、模型及參數(shù)的數(shù)字化描述，使得設(shè)備在數(shù)字空間可被感知和識(shí)別。通過(guò)通信接口，使該設(shè)備能夠與其他設(shè)備、裝置以及控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息互通。在生產(chǎn)過(guò)程中，將工藝文件如測(cè)試程序、加工代碼等下達(dá)到設(shè)備指導(dǎo)生產(chǎn)，通過(guò)參數(shù)定義和操作指令驅(qū)動(dòng)各項(xiàng)制造活動(dòng)。

圖5 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式的典型應(yīng)用

2）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的手工操作

以手工操作為主的工位，通過(guò)數(shù)字化改造使其具備一定的可視化能力和人機(jī)交互能力，以條碼及電子標(biāo)簽等編碼技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資源的可識(shí)別能力。以此為基礎(chǔ)，操作人員通過(guò)掃碼等方式下載產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)到工位，制造數(shù)據(jù)包括執(zhí)行程序、工藝模型等。通過(guò)對(duì)制造數(shù)據(jù)的解析，驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備、防錯(cuò)裝置、機(jī)器視覺(jué)裝置等輔助操作人員完成相應(yīng)工藝過(guò)程。輔助裝置的應(yīng)用可通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的指引、防錯(cuò)、檢驗(yàn)的方式提高生產(chǎn)效率、減少圖物不一致等問(wèn)題。

3 應(yīng)用驗(yàn)證

本文提出的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造模式在西南電子設(shè)備研究所的生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行實(shí)施，如圖6所示，基于獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)基于模型與BOM的生產(chǎn)過(guò)程定義、制造系統(tǒng)執(zhí)行、車(chē)間可視化監(jiān)控、綜合分析以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造模式轉(zhuǎn)型。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是企業(yè)智能制造實(shí)施的有效途徑和重要方向，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的影響下，數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造逐步從僅作為流程的輸入輸出，轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯域?qū)動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程和管理運(yùn)營(yíng)。本文探討了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電子裝備智能制造模式，通過(guò)決策管理、生產(chǎn)系統(tǒng)、執(zhí)行操作三個(gè)層面來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)價(jià)值創(chuàng)造，在制造模式轉(zhuǎn)型應(yīng)用過(guò)程中，已經(jīng)初步發(fā)揮成效。隨著制造模式轉(zhuǎn)型的深化進(jìn)行，針對(duì)不同的產(chǎn)品及其生產(chǎn)特點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程定義，將是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)智能制造模式的重要關(guān)注點(diǎn)。