航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)智能制造推廣研究

折丹瑞 張 曉 張耀方

（航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西西安 710065）

0 引言

傳統(tǒng)制造業(yè)存在效率低下、質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，一系列新興技術(shù)被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[1-2]，制造業(yè)面臨的問題得到一定程度解決。同時(shí)，政府出臺一系列政策支持智能制造產(chǎn)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展[3]。電子行業(yè)，華為、海爾等多家企業(yè)已在智能制造領(lǐng)域取得良好的實(shí)踐效果[4]；航空裝備領(lǐng)域，一批企業(yè)引領(lǐng)行業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[5]。

與航空制造業(yè)中其他類型的企業(yè)相比，航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)的生產(chǎn)制造具有技術(shù)復(fù)雜性高、多品種、小批量的特點(diǎn)。同時(shí)，產(chǎn)品的特殊應(yīng)用場景使其對質(zhì)量有更高的要求。在國家出臺各項(xiàng)政策支持，各行各業(yè)都積極開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型及智能制造建設(shè)的背景下，航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)也急需推廣智能制造，但其產(chǎn)品特點(diǎn)導(dǎo)致該類企業(yè)在建設(shè)和轉(zhuǎn)型過程中面臨的情況更加復(fù)雜?；谠擃惼髽I(yè)實(shí)際情況，通過分析現(xiàn)狀及需求，探討其在智能制造推廣過程中面臨的問題并提出建議。

1 智能制造的定義

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[6]。智能制造是信息化與工業(yè)化的深度融合，智能制造體系涵蓋智能產(chǎn)品、智能裝備、智能單元、智能產(chǎn)線、智能車間、智能工廠、智能研發(fā)、智能管理、智能物流等，它不僅是生產(chǎn)模式的創(chuàng)新，還是商業(yè)模式、運(yùn)營模式的創(chuàng)新。

2 開展智能制造的必要性

隨著技術(shù)的發(fā)展及客戶單位要求的提高，航空電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來越高，導(dǎo)致航空電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間增加、生產(chǎn)加工難度增大，進(jìn)而帶來產(chǎn)品交付進(jìn)度緩慢、質(zhì)量難以保障等一系列問題。如果企業(yè)不進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)、制造、管理能力，就無法更好地滿足客戶日益增長的需求。與傳統(tǒng)制造相比，智能制造在航空電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工制造、管理、產(chǎn)品服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)都有所創(chuàng)新和提升，能夠更好地滿足企業(yè)發(fā)展需求，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)個(gè)性化。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段對接客戶，面向客戶的需求進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

（2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)柔性化。具體體現(xiàn)為生產(chǎn)組織靈活多變，加工狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，生產(chǎn)調(diào)度及時(shí)調(diào)整。

（3）管理工具信息化。從底層設(shè)備層到頂層決策層，信息系統(tǒng)貫通，通過ERP、PLM、MES 等系統(tǒng)，將基于人經(jīng)驗(yàn)的決策轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)的決策。

（4）產(chǎn)品服務(wù)周期化。傳統(tǒng)制造模式只服務(wù)于產(chǎn)品本身，而智能制造服務(wù)于產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，服務(wù)對象以及服務(wù)方式都有較大的改變。因此，企業(yè)迫切需要開展智能制造以提高對航空電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及服務(wù)保障能力。

3 企業(yè)智能制造現(xiàn)狀和需求

3.1 企業(yè)智能制造現(xiàn)狀

3.1.1 自動(dòng)化不完善

對于航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)而言，生產(chǎn)過程中的多數(shù)產(chǎn)品、工序可以借助自動(dòng)化設(shè)備完成，但部分工序必須依賴人工完成，導(dǎo)致效率低、工序易遺漏、操作不統(tǒng)一等問題，出現(xiàn)該問題的原因有4 個(gè)。一是部分產(chǎn)品為非標(biāo)產(chǎn)品，沒有合適的加工設(shè)備。二是部分工序?qū)τ诓僮骶苄砸筝^高，市面現(xiàn)有設(shè)備不成熟或者不具有經(jīng)濟(jì)性。三是部分工序十分簡單，沒有使用自動(dòng)化設(shè)備的必要。四是部分自動(dòng)化設(shè)備老舊，它們雖然可以滿足日常的生產(chǎn)需求，但使用效果與最新設(shè)備相比存在一定差距。因此，企業(yè)的自動(dòng)化率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以支撐智能制造推廣，企業(yè)應(yīng)該以智能制造思想為指引，逐步提高自動(dòng)化程度。

3.1.2 信息化不完善

工業(yè)1.0 到工業(yè)4.0，4 次工業(yè)革命依次將人類帶入蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、自動(dòng)化及信息化時(shí)代、數(shù)字化及智能化時(shí)代[7]。然而，很多企業(yè)還未達(dá)到工業(yè)3.0 時(shí)代，即自動(dòng)化信息化。車間部分信息化管理系統(tǒng)的缺失，容易導(dǎo)致各種問題。一是無法對部分生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控與追溯。二是文件為紙質(zhì)版，不易進(jìn)行更新與查詢。三是未對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)積累，造成數(shù)據(jù)浪費(fèi)。四是一些工藝數(shù)據(jù)依賴員工手工輸入與操作。五是部分環(huán)節(jié)系統(tǒng)缺失，導(dǎo)致設(shè)備之間彼此獨(dú)立。

3.1.3 建設(shè)成本高、周期長

企業(yè)生產(chǎn)模式、產(chǎn)線布局、設(shè)備更換具有成本高、周期長、風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，不同于新建車間，對已經(jīng)建成并正常運(yùn)行的車間進(jìn)行改造的同時(shí)，也要完成日常生產(chǎn)任務(wù)，兼顧成本、質(zhì)量、效率等多方面關(guān)系，導(dǎo)致企業(yè)在推動(dòng)一項(xiàng)措施時(shí)面臨眾多約束條件。

3.1.4 管理難度大

一是員工與管理者認(rèn)知不一致。員工熟知日常工作細(xì)節(jié)，管理者則是項(xiàng)目整體規(guī)劃者，員工與管理者對于工作存在認(rèn)知不一致的情況。二是員工缺乏全局視角。一個(gè)復(fù)雜項(xiàng)目往往需要來自不同部門的團(tuán)隊(duì)共同完成，在此情況下，部分員工只關(guān)注自己的工作，不清楚崗位上下游的數(shù)據(jù)和信息，無法及時(shí)察覺脫節(jié)或缺失的數(shù)據(jù)。

3.1.5 產(chǎn)品具有特殊性

航空電子產(chǎn)品對于安全、質(zhì)量要求較高，決定了該類企業(yè)對于信息系統(tǒng)、信息設(shè)備、數(shù)據(jù)管理、車間環(huán)境的要求較為嚴(yán)格，在智能制造建設(shè)方面會與其他企業(yè)存在一定差異。

3.2 企業(yè)需求

根據(jù)航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)在智能制造方面的現(xiàn)狀及存在的問題，企業(yè)要推廣智能制造，根據(jù)智能制造目標(biāo)彌補(bǔ)各項(xiàng)差距。同時(shí)，企業(yè)需要針對自身特點(diǎn)及行業(yè)常見痛點(diǎn)，如人工依賴、物料管理、產(chǎn)品良率控制等，尋找合適的切入點(diǎn)開展智能制造。

4 智能制造推廣要點(diǎn)及建議

4.1 智能制造的推廣要點(diǎn)

為實(shí)現(xiàn)智能制造，企業(yè)首先需要達(dá)到自動(dòng)化、信息化與數(shù)字化。自動(dòng)化是在單個(gè)作業(yè)層面，盡可能將人工操作改為機(jī)器操作。其前提是企業(yè)擁有先進(jìn)的工藝基礎(chǔ)，對作業(yè)的內(nèi)容、動(dòng)作進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器代替人工。信息化是將多個(gè)作業(yè)通過合理的順序連接起來，進(jìn)行電子化建設(shè)。其前提是先進(jìn)、高效、標(biāo)準(zhǔn)的管理體系，在此基礎(chǔ)上對作業(yè)流程、崗位職責(zé)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)流程效率、管理效率的提升。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化后，才可以開展數(shù)字化，數(shù)字化是采集作業(yè)過程數(shù)據(jù)，進(jìn)一步進(jìn)行分析及決策。其前提是有效定義數(shù)據(jù)、識別有用的數(shù)據(jù)并進(jìn)行采集和分析，需要良好的自動(dòng)化與信息化環(huán)境。

同時(shí)，企業(yè)需要明確數(shù)字化與傳統(tǒng)信息化的區(qū)別，傳統(tǒng)的信息化是對流程的信息化，這一過程關(guān)注的對象是流程本身的各項(xiàng)節(jié)點(diǎn)與涉及的人員，而數(shù)字化是構(gòu)建一個(gè)數(shù)字空間，將數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體聯(lián)系起來，包括產(chǎn)品數(shù)字化、工藝數(shù)字化、制造設(shè)備數(shù)字化等。數(shù)字化技術(shù)涵蓋產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到管理的各個(gè)環(huán)節(jié)及領(lǐng)域，負(fù)責(zé)打通企業(yè)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，識別數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)，充分利用和發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，促進(jìn)企業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、服務(wù)等環(huán)節(jié)的高效協(xié)同。

4.2 智能制造推廣建議

4.2.1 開展科學(xué)管理

科學(xué)管理的核心是標(biāo)準(zhǔn)化管理，包括作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和工藝標(biāo)準(zhǔn)化。管理人員對作業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析、改善、驗(yàn)證，制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；對不合格品分析以及追溯，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化、驗(yàn)證，形成工藝標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化是保證一個(gè)系統(tǒng)有效運(yùn)作的基本條件，制定標(biāo)準(zhǔn)后，操作者按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。如果實(shí)際結(jié)果和預(yù)定目標(biāo)出現(xiàn)偏差，原因有兩點(diǎn)。一是標(biāo)準(zhǔn)存在不合理之處，相關(guān)人員需要對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論和修改。二是操作者對標(biāo)準(zhǔn)的理解不到位，需要企業(yè)對操作者進(jìn)行統(tǒng)一培訓(xùn)與指導(dǎo)，確保日后不會因?yàn)檎J(rèn)知差異導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位。

4.2.2 工作流程精益化

航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)是典型的離散型制造企業(yè)，產(chǎn)品具有技術(shù)復(fù)雜性高、多品種、小批量的特點(diǎn)，產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)重復(fù)性低，企業(yè)需要從精益管理的角度對流程進(jìn)行梳理與優(yōu)化。從價(jià)值創(chuàng)造的視角來看，企業(yè)內(nèi)部的活動(dòng)分為增值活動(dòng)和非增值活動(dòng)，企業(yè)需要注重運(yùn)用精益生產(chǎn)理念，對工作進(jìn)梳理、優(yōu)化、精簡，確認(rèn)合理的人員、設(shè)備、物料等資源配置，識別并盡量消除不能增加整體價(jià)值的隱藏成本，打破傳統(tǒng)組織機(jī)構(gòu)邊界，使企業(yè)內(nèi)部運(yùn)作更加高效。

4.2.3 設(shè)計(jì)、制造模塊化

模塊化具有相對獨(dú)立性、通用性和互換性的特征。在航空電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以采用基于模塊的設(shè)計(jì)方法，將產(chǎn)品系統(tǒng)分解為各自具有特定功能的獨(dú)立模塊，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速創(chuàng)新與調(diào)整。多品種產(chǎn)品對生產(chǎn)系統(tǒng)的柔性提出較高要求，企業(yè)需要將個(gè)性化生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模塊結(jié)合起來，以最小的工作量形成新的生產(chǎn)單元，該單元可以獨(dú)立存在并單獨(dú)運(yùn)行，同時(shí)它也可以被快速整合到生產(chǎn)體系中，與其他模塊一起運(yùn)行。企業(yè)需要規(guī)劃好各個(gè)模塊的功能，并為模塊定義整體規(guī)范，確保模塊之間銜接順暢、快速集成。

4.2.4 完善自動(dòng)化建設(shè)

自動(dòng)化設(shè)備的缺乏對生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響，因?yàn)椴糠之a(chǎn)品或零件為非標(biāo)準(zhǔn)件，市面難以直接購買到合適的設(shè)備，建議企業(yè)可以自行研發(fā)非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備或者進(jìn)行個(gè)性化定制，為建立自動(dòng)化產(chǎn)線奠定基礎(chǔ)。雖然智能制造的前提之一是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但是并不意味需要100%的自動(dòng)化，智能制造一部分工作需要人進(jìn)行控制和決策。

4.2.5 開展數(shù)字化建設(shè)

數(shù)字化制造增加了信息系統(tǒng)，使設(shè)備的數(shù)據(jù)收集、分析、控制能力有了較大提高。開展數(shù)字化建設(shè)要遵從3 個(gè)要點(diǎn)。首先，企業(yè)對于各種數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，包括制造工藝數(shù)字化、設(shè)備及工裝夾具的數(shù)字化等。其次，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模仿真、生產(chǎn)管理等各個(gè)階段運(yùn)用各種工業(yè)輔助軟件、信息管理軟件，將圍繞產(chǎn)品復(fù)雜多變的信息通過數(shù)據(jù)、數(shù)字化模型管理起來，方便統(tǒng)一分析與處理。最后，數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通及系統(tǒng)的集成，基于事先構(gòu)建的統(tǒng)一語義及格式的數(shù)據(jù)，通過ERP、PDM、MES、WMS 等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息在各個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同。

該階段需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理篩選，可在藍(lán)圖規(guī)劃指引下，先以較簡單的數(shù)據(jù)作為切入點(diǎn)，選取易看到效果、可快速實(shí)現(xiàn)的場景進(jìn)行突破，采取“小步快跑，迭代創(chuàng)新”的方式將業(yè)務(wù)串聯(lián)起來。理想的狀態(tài)是平臺架構(gòu)推動(dòng)信息化，但在實(shí)際工作中，因?yàn)闃I(yè)務(wù)、生產(chǎn)需要正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不會停工主動(dòng)兼容一個(gè)新的平臺，所以只能逐步進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移，導(dǎo)致企業(yè)只能在現(xiàn)有平臺基礎(chǔ)上逐步對各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。在推動(dòng)新系統(tǒng)逐步融入原有系統(tǒng)的過程中，可以先找試點(diǎn)，從涉及員工較少的環(huán)節(jié)入手，形成一定效果。同時(shí)，數(shù)字化所需的數(shù)據(jù)和模型需要長時(shí)間的積累與優(yōu)化，因此效果不會立竿見影，而是一項(xiàng)長期的任務(wù)，在實(shí)際工作中，也需要不同的部門不斷溝通與配合。

4.2.6 進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造階段

網(wǎng)絡(luò)化是由數(shù)字化階段發(fā)展而來，它以大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、機(jī)器視覺、增材制造等技術(shù)為支撐，以信息為紐帶，實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬世界的深度融合。它達(dá)到了企業(yè)間橫向集成與企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，打通了整個(gè)物流、信息流、資金流。企業(yè)需要按照步驟逐步推進(jìn)，經(jīng)歷自動(dòng)化、數(shù)字化，最終才到達(dá)網(wǎng)絡(luò)化、智能化階段。

5 結(jié)語

首先，對智能制造這一概念進(jìn)行了理論探索，結(jié)合行業(yè)、企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析航空電子產(chǎn)品制造企業(yè)開展智能制造的必要性，企業(yè)需要在外部環(huán)境變化及自身轉(zhuǎn)型升級的過程中積極利用智能制造技術(shù)的優(yōu)勢，提升企業(yè)效率。其次，對企業(yè)智能制造現(xiàn)狀和需求進(jìn)行分析、梳理與總結(jié)，企業(yè)需要先完善自動(dòng)化、信息化建設(shè)，再推廣智能制造。最后，基于企業(yè)特點(diǎn)、產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合工作實(shí)際，提出智能制造推廣要點(diǎn)及建議。希望本研究能夠?yàn)槠髽I(yè)智能制造推廣提供參考與啟示，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。