面向復(fù)雜電子裝備的制造運營管控內(nèi)涵與做法

摘要：復(fù)雜電子裝備是指組成設(shè)備的軟硬件復(fù)雜、設(shè)備規(guī)模大、涉及專業(yè)多的復(fù)雜機電耦合系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有更新?lián)Q代快、涉及領(lǐng)域廣、產(chǎn)品構(gòu)型變化大、品種多、批量少、結(jié)構(gòu)精度要求高、機電耦合性強等特點。其典型代表有電子對抗系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)。本文主要針對復(fù)雜電子裝備企業(yè)的多品種并行、研制批產(chǎn)混線生產(chǎn)、技術(shù)狀態(tài)多變等特性所帶來的難點問題及其對應(yīng)做法進行深入研究，以期達成多品種變批量模式下高質(zhì)量、高效率、短周期、低成本的裝備研制目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜電子裝備；生產(chǎn)決策；制造運營平臺；高級排程；協(xié)同生產(chǎn)

一、引言

國內(nèi)外一些先進裝備供應(yīng)商，圍繞企業(yè)制造運營能力的提升，開展了制造管控變革和流程再造，并在早年制造執(zhí)行管理的基礎(chǔ)上，提出了企業(yè)級的制造運營管控（MOM ，Manufacturing Operation Management）概念[1]，并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM、企業(yè)資源計劃管理ERP，以及各類自動化裝備[2]與控制平臺，打造智能工廠。

①西門子是德國工業(yè)4.0 [3，4]聯(lián)合發(fā)起人，擁有業(yè)界最接近工業(yè)4.0的生產(chǎn)電子產(chǎn)品的西門子安貝格數(shù)字化工廠，在國內(nèi)也有其姊妹工廠——西門子成都數(shù)字化工廠。成都數(shù)字化工廠建于2013年，其通過無縫集成的生產(chǎn)管理平臺以及生產(chǎn)過程軟件和硬件，覆蓋從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)整個價值鏈，大幅提升產(chǎn)品生命周期各主要環(huán)節(jié)的效率，每100萬件產(chǎn)品中的殘次品只有15件，生產(chǎn)線的可靠性達到99%。

②GE于2015年底，在波蘭別爾斯克－比亞瓦，投入運營其全球首個智慧工廠。總面積為45000平方米，投資5400萬美元，其中將包括先進制造工廠和一個客戶體驗中心。該工廠大量采用設(shè)計與制造虛擬仿真，提高產(chǎn)品可制造性和生產(chǎn)效率；同時利用生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計與制造的優(yōu)化迭代，并將智慧工廠橫向擴展至供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，制造運營成本平均降低逾30%。

③海爾空調(diào)膠州互聯(lián)工廠，以數(shù)字化平臺IMES為核心，橫向集成PDM、ERP、WMS、SCADA，縱向?qū)崿F(xiàn)了從網(wǎng)絡(luò)、傳感到設(shè)備的互聯(lián)互通，快速響應(yīng)用戶個性化訂單，一條線可以生產(chǎn)五百多種產(chǎn)品，平均生產(chǎn)周期縮短到7天。

總體上，這些先進裝備制造企業(yè)，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)，結(jié)合數(shù)控加工、自動物流、自動測試、機器人等裝備，對單/多工廠、制造單元、倉儲、生產(chǎn)執(zhí)行等進行智能化改造升級，核心通過制造運營管控平臺[5，6]，預(yù)測并發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場執(zhí)行與生產(chǎn)計劃的偏差，通過智能優(yōu)化算法及仿真持續(xù)改進制造性能，進而整合供應(yīng)鏈資源，以減少庫存、優(yōu)化供應(yīng)鏈、提升制造效率。

本文將結(jié)合某復(fù)雜電子裝備企業(yè)自身的生產(chǎn)制造信息化需求與業(yè)務(wù)內(nèi)涵，簡述開展適合復(fù)雜電子裝備行業(yè)的制造運營管控模式的主要做法。

二、內(nèi)涵組成

圖1 " 面向多品種變批量復(fù)雜電子裝備的制造運營管控的內(nèi)涵組成

為適應(yīng)多品種復(fù)雜電子裝備的個性化特點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的相關(guān)要求，滿足面向企業(yè)內(nèi)外的供應(yīng)鏈體系的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造需要，打造面向復(fù)雜離散制造業(yè)、自主可控、“人機料法環(huán)測”一體化的制造運營管控平臺。它是智慧平臺中智能制造的重要組成部分。作為智能制造的基礎(chǔ)平臺和信息中樞，可打通端到端的工程數(shù)字化集成、計劃到指令的數(shù)據(jù)鏈縱向集成、供應(yīng)商間的價值鏈橫向集成，與工業(yè)現(xiàn)場形成“數(shù)字化雙胞胎”，解決復(fù)雜電子裝備企業(yè)的多品種并行、研制批產(chǎn)混線生產(chǎn)、技術(shù)狀態(tài)多變等特性所帶來的難點問題，是企業(yè)持續(xù)增強高端制造能力、打造智能工廠的基礎(chǔ)保障。

三、主要做法

（一）構(gòu)建全級次全領(lǐng)域全流程的智能生產(chǎn)決策要素體系

面向人、機、料、法、環(huán)、測全面生產(chǎn)要素和總裝、電裝、微組裝、調(diào)試、精密加工等全制造領(lǐng)域，構(gòu)建起多級次、多維度、全流程的生產(chǎn)決策要素，形成有質(zhì)量管控、計劃管控特色的智能生產(chǎn)決策要素體系。

圖2 " 全級次全領(lǐng)域全流程的智能生產(chǎn)決策要素體系

基于該要素體系，通過遍布生產(chǎn)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)、傳感器、自動設(shè)備和反饋終端，打造物聯(lián)網(wǎng)，隨時獲取生產(chǎn)進程、工藝參數(shù)、質(zhì)量檢驗、缺陷返工等信息；繼而通過各層級的大數(shù)據(jù)分析和體系化、圖形化的3D數(shù)據(jù)展現(xiàn)，實現(xiàn)對相關(guān)單位齊套、計劃、質(zhì)量、物流、設(shè)備情況的全面掌握與精準(zhǔn)決策。

平臺按模型需求自動抽取、清洗、整理數(shù)據(jù)；按模型提供的要素體系，平臺實現(xiàn)了快速自助分析、可視化呈現(xiàn)、多維度穿透，并可自動導(dǎo)出各級管理部門以及上級公司需要的文件、報表。平臺生產(chǎn)決策相關(guān)模塊，適應(yīng)于PC客戶端、多屏幕互動、大屏幕展示等多種交互場景，平臺可自動按照要素體系，生成各企業(yè)KPI達成情況、訂單執(zhí)行進度情況、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗情況、物料齊套性情況、物流情況、設(shè)備及人員負荷情況等可視化決策信息。

通過構(gòu)建全級次、全領(lǐng)域、全流程的智能生產(chǎn)決策要素體系，可以幫助制造企業(yè)提高管控效率，充分挖掘數(shù)據(jù)價值，滿足高、中、低各級管理決策的需要；促進企業(yè)基于問題和預(yù)警導(dǎo)向，實現(xiàn)快速決策、快速行動與響應(yīng)。

（二）打造多品種變批量復(fù)雜電子裝備制造運營平臺

深入貼合復(fù)雜電子裝備從投產(chǎn)到交付的端到端業(yè)務(wù)過程與工藝過程，將先進的大數(shù)據(jù)、知識庫、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等信息技術(shù)，與敏捷制造、精益制造、全面質(zhì)量管理等先進生產(chǎn)管理技術(shù)相結(jié)合，形成了適應(yīng)多品種復(fù)雜電子裝備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同生產(chǎn)的制造運營架構(gòu)。該架構(gòu)以制造BOM（MBOM）為核心，連接工藝BOM（PBOM）與實裝（BBOM），實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的連續(xù)傳遞。結(jié)合用戶具體的PBOM，協(xié)助技術(shù)人員構(gòu)建面向生產(chǎn)現(xiàn)場的制造MBOM。實現(xiàn)對顆粒度不足的工藝路線的產(chǎn)線實例化，使之適應(yīng)生產(chǎn)管理顆粒度的需要，可對應(yīng)到每個人員、每個工位。該架構(gòu)實現(xiàn)對不同制造類型的兼容，對于電鍍、印制板加工、精密機械加工、普通電裝、微組裝、總裝、總調(diào)等不同生產(chǎn)類型，通過設(shè)置個性化的工藝參數(shù)、自檢參數(shù)、裝配參數(shù)等信息，實現(xiàn)在同一平臺管理多種制造類型，與業(yè)務(wù)流程協(xié)同互通。

為適應(yīng)多品種變批量復(fù)雜電子裝備的個性化特點、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造的相關(guān)要求，滿足面向企業(yè)內(nèi)外的供應(yīng)鏈體系的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造需要，打造面向復(fù)雜離散制造業(yè)、自主可控、“人機料法環(huán)測”一體化的制造運營管控平臺。該平臺主要由生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、物料管理、工藝管理、人員管理、日報管理、可視化運營決策以及基礎(chǔ)信息管理八大功能模塊組成，業(yè)務(wù)覆蓋微組裝、電裝、機加工、總裝、總調(diào)等多種制造類型，通過與ERP、PDS、WMS、SCADA等應(yīng)用集成，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)融合互通，為各制造部門和外協(xié)單位計劃、質(zhì)量、成本信息的全面掌握與精準(zhǔn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。

（三）建立多品種變批量復(fù)雜電子裝備高級排程方法

多產(chǎn)品混線并行需求以及各不同產(chǎn)品配套的人、機、料、法、環(huán)等都是影響生產(chǎn)線計劃排布合理性的邊界條件。傳統(tǒng)依靠人工經(jīng)驗的車間任務(wù)排產(chǎn)，由于對現(xiàn)場狀態(tài)了解的不透明和不實時，抑制了生產(chǎn)線效能的發(fā)揮。制造運營管控平臺（MOM平臺），在電子組件以及其制造過程數(shù)字化的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)生產(chǎn)車間內(nèi)已有訂單的執(zhí)行情況以及生產(chǎn)線資源占用情況進行綜合性分析，形成科學(xué)合理的訂單執(zhí)行計劃。當(dāng)有新計劃和工藝文件輸入時，MOM平臺從企業(yè)層接收生產(chǎn)計劃與任務(wù)要求信息。MOM平臺根據(jù)當(dāng)前車間人員、設(shè)備、物料等實時資源信息以及知識庫中各工序工步工藝條件，實時分析生產(chǎn)需求與生產(chǎn)負荷關(guān)系，并根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)計劃，將計算優(yōu)化后的生產(chǎn)計劃發(fā)送給生產(chǎn)車間，班組可清晰地看出當(dāng)日所需完成的工作任務(wù)。基于有限資源的任務(wù)編制，提高了計劃的科學(xué)性，促進了制造執(zhí)行效率的提升。基于MOM平臺的敏捷制造，通過構(gòu)建虛擬組織、協(xié)同運作流程、快速反應(yīng)工具，可根據(jù)用戶對裝備需求的變化，快速重組組織、員工與技術(shù)資源，快速響應(yīng)變更與新需求。平臺全面適應(yīng)產(chǎn)品的工藝規(guī)程復(fù)雜性，對技術(shù)狀態(tài)變更、產(chǎn)品批量變化、臨時插單、器件批量性缺陷等異常情況，構(gòu)建了高效執(zhí)行流程和監(jiān)控看板。

（四）構(gòu)建多制造類型的跨地域網(wǎng)絡(luò)一體化協(xié)同生產(chǎn)方式

通過供應(yīng)鏈上下游協(xié)同，實現(xiàn)上下游業(yè)務(wù)流和信息流協(xié)同；支持跨地域多工廠縱向并行協(xié)同，在一套工藝流程中，滿足多個工廠同時生產(chǎn)同一產(chǎn)品的跨工廠、工序移交；支持多工序加工上下游協(xié)同，實現(xiàn)了跨工廠的工序之間上下游協(xié)同，所內(nèi)轉(zhuǎn)外協(xié)加工，外協(xié)回所內(nèi)的入庫或移交下道工序分廠；支持多委外加工協(xié)同，打通了多級委外廠商和多工序之間的協(xié)同關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)造價值的理念，實現(xiàn)外協(xié)訂單分類分級管理；具備外協(xié)訂單生產(chǎn)的全過程管理能力，主要包括計劃管理、生產(chǎn)執(zhí)行、工藝審核、質(zhì)量檢驗、問題處理、更正反饋等功能，加強對訂單執(zhí)行里程碑的監(jiān)控。

通過構(gòu)建車間內(nèi)、跨部門、跨供應(yīng)商三級問題反饋、監(jiān)督體系，促進生產(chǎn)異常快速閉環(huán)，逾期未處理問題，自動升級知悉等級；問題牽引，從問題類型、責(zé)任部門、提出部門等維度，處理率、及時率、周期等指標(biāo)，統(tǒng)計問題，協(xié)助分析；計劃排產(chǎn)、執(zhí)行與日報問題處理、返工返修、變更控制這些負反饋融合，形成管控閉環(huán)。提升企業(yè)與外協(xié)單位的即時交互能力、外協(xié)產(chǎn)品加工全過程的精細化管控能力、提高外協(xié)過程與質(zhì)量管控能力，實現(xiàn)跨企業(yè)、跨區(qū)域、跨行業(yè)的資源和能力集聚，鍛造以本企業(yè)為中心的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造能力。

（五）提出基于大數(shù)據(jù)分析的引導(dǎo)式目視化質(zhì)量檢測方法

基于MBOM，在MOM平臺中記錄需要檢驗的工步、工序、半成品、成品信息，定義需要檢驗的明細內(nèi)容，并在檢驗工序中掛接檢驗指導(dǎo)書等相關(guān)質(zhì)量檢驗文檔，現(xiàn)場檢驗人員據(jù)此進行目視化質(zhì)量檢測。

MOM平臺可記錄各工步檢驗過程中產(chǎn)生的所有檢驗數(shù)據(jù)；通過設(shè)備提供數(shù)據(jù)采集接口，直接采集質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)。調(diào)試工步調(diào)試時產(chǎn)生的調(diào)試數(shù)據(jù)，記錄在MOM平臺中，MOM平臺報檢時，調(diào)試數(shù)據(jù)作為檢驗的依據(jù)。質(zhì)量信息中需要記錄自檢的數(shù)據(jù)，并可以查詢生產(chǎn)訂單歷史自檢數(shù)據(jù)，以供后續(xù)的質(zhì)量分析使用。對于過程質(zhì)量數(shù)據(jù)信息包括正向結(jié)果（如檢測數(shù)據(jù)記錄、報告）和異常信息（如設(shè)計更改、質(zhì)量問題），全面集成到MOM中，形成裝備全生命周期質(zhì)量檔案，實現(xiàn)裝備全生命周期質(zhì)量活動可實時監(jiān)控、活動信息集中可視和裝備質(zhì)量態(tài)勢實時感知，以支持裝備質(zhì)量基于質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的分析與改進。現(xiàn)場基于工藝故障信息以及測試結(jié)果信息，為制件在生產(chǎn)過程中提供實時的統(tǒng)計分析，形成各種定制化的質(zhì)量統(tǒng)計報表，并隨著生產(chǎn)的推進自動更新。平臺可以實現(xiàn)對質(zhì)量趨勢進行實時SPC監(jiān)視、質(zhì)量預(yù)警、控制、促進工藝改進。如果合格率下降到可以接受的極限以下，平臺則將產(chǎn)品不合格審理、質(zhì)量問題等歷史信息，以及基于MBOM的工序級加工、裝配工藝指導(dǎo)，推送給操作人員、質(zhì)檢人員，增強質(zhì)量控制意識，實現(xiàn)對質(zhì)量管理從事后檢查到事前控制的轉(zhuǎn)變。

四、結(jié)束語

本文在分析復(fù)雜電子裝備企業(yè)的精細化生產(chǎn)管控需求的基礎(chǔ)上，針對復(fù)雜電子裝備企業(yè)的多品種并行、研制批產(chǎn)混線生產(chǎn)、技術(shù)狀態(tài)多變等特性所帶來的難點問題給出了主要做法。通過基于端到端的數(shù)據(jù)流模型，形成“人機料法環(huán)測”一體化的制造運營管控架構(gòu)，實現(xiàn)多制造類型的協(xié)同化生產(chǎn)、面向工業(yè)大數(shù)據(jù)的可視化決策、有限資源的計劃調(diào)度、高效穩(wěn)定的質(zhì)量管控。平臺通過遍布生產(chǎn)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)、傳感器和反饋終端，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)，及時獲取生產(chǎn)進度、工藝參數(shù)、質(zhì)量檢驗、缺陷返工等信息，通過可視化的大數(shù)據(jù)駕駛艙，管理層可及時獲得現(xiàn)場執(zhí)行情況，針對問題，做出行之有效的調(diào)度決策。促進企業(yè)面向多品種變批量復(fù)雜電子裝備的制造運營管控模式的落地，提升整體生產(chǎn)效率。

作者單位：劉麗花 田俊 南京電子技術(shù)研究所

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