作者：劉春光
內(nèi)容摘要
電子制造智能化是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是，業(yè)界普遍反映找不到符合他們實(shí)際情況的建設(shè)與改造方案。本文在總結(jié)幾年來在多個(gè)實(shí)施案例的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從所遇到的幾個(gè)關(guān)鍵問題入手，在對(duì)進(jìn)行分析的同時(shí)，提出了相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞：智能制造 生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES） 數(shù)字化車間 可制造性設(shè)計(jì)（DFM）
引言
隨著《中國(guó)制造2025》建設(shè)的深入，智能制造理念已經(jīng)得到普及，不少企業(yè)已經(jīng)開始實(shí)施智能化改造，但更多的企業(yè)嘗試規(guī)劃的前期，尚無法確定未來最終的規(guī)劃目標(biāo)。
眾所周知，實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)是生產(chǎn)數(shù)字化，即用數(shù)字化對(duì)傳統(tǒng)的制造業(yè)進(jìn)行改變，以實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)要素之間、車間與車間之間、工廠與合作伙伴之間的互聯(lián)互通，達(dá)到以虛擬的數(shù)字化方式映射物理的整個(gè)生產(chǎn)制造過程。
優(yōu)倍自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司應(yīng)用于電子制造的專業(yè)化制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該系統(tǒng)首先在自己的制造企業(yè)——優(yōu)倍電氣進(jìn)行了落地實(shí)踐，又先后應(yīng)用在了多個(gè)同類電子企業(yè)。
本文在總結(jié)了前期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合針對(duì)更多電子企業(yè)的調(diào)研與技術(shù)交流，著重分析了電子企業(yè)在智能制造建設(shè)與改造中所出現(xiàn)的幾個(gè)具有代表性的問題，并給出了相應(yīng)解決方案的建議。
一、 中國(guó)電子智造的現(xiàn)狀與特點(diǎn)
與其它行業(yè)不同，電子制造行業(yè)、特別是在中國(guó)具有如下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：
1）分布廣泛，產(chǎn)品深入各行各業(yè)及消費(fèi)品市場(chǎng)，容量巨大；
2）技術(shù)與材料涉及機(jī)、電、光、化、熱、軟/硬件等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，工藝過程精密且繁雜；
3）自動(dòng)化程度相對(duì)較高，但產(chǎn)品的質(zhì)量要求、形式與批量變化很大；
4）技術(shù)迭代迅速，生產(chǎn)速度快，產(chǎn)品集成度高；
5）生產(chǎn)用設(shè)備“萬國(guó)”制造，造成其技術(shù)背景復(fù)雜，且水平差異較大。
因此，電子制造行業(yè)在進(jìn)行智能化建設(shè)與改造時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn)：
1）領(lǐng)導(dǎo)重視：電子企業(yè)部門與人員眾多，智能化建設(shè)可能會(huì)導(dǎo)致部門與人員的整合與縮減，阻力在所難免。因此，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，特別是第一把手，必須有明確的思想與要求，堅(jiān)定支持相應(yīng)的變革與調(diào)整。只有這樣，智能化建設(shè)才能始終沿著正確的道路、向著既定的目標(biāo)發(fā)展。
2）全員參與：一定摒棄“智能化改造是信息化部門的工作”這種錯(cuò)誤理念。因?yàn)樯婕皩I(yè)廣泛，且相互差異很大。只有全員參與，將不同的專業(yè)知識(shí)實(shí)現(xiàn)真實(shí)的數(shù)字化表達(dá)，才能實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化車間與數(shù)字化工廠，為走向智能化奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3）認(rèn)清自我：較高的自動(dòng)化，并不意味著良好的工藝基礎(chǔ)。數(shù)字化與智能化改造一定要建立在正確的工藝基礎(chǔ)上。否則，智能制造的道路不可能走遠(yuǎn)，可能會(huì)很快被淘汰。
二、 智能化改造實(shí)踐中的問題：
如前所述，優(yōu)倍自動(dòng)化在推出專業(yè)化電子智造NP-MES后，進(jìn)行了一系列的落地實(shí)踐，兩次在NEPCON展會(huì)上組織展示了電子制造夢(mèng)工廠項(xiàng)目。在以上多次實(shí)踐過程中，遇到了各式各樣的問題與困難，但經(jīng)過努力均一一解決。因篇幅所限，本文將列舉幾項(xiàng)具有一定共性的問題進(jìn)行探討：
1. 缺少完整的頂層設(shè)計(jì)與總體規(guī)劃
可能是由于國(guó)內(nèi)智能制造專家們大多給出的是概念上、理論上的指導(dǎo)，并不斷更新迭代，這使得企業(yè)在執(zhí)行落地時(shí)無從下手，甚至更多的企業(yè)不得不停下腳步觀望，即便開始著手規(guī)劃，也往往會(huì)忽視頂層設(shè)計(jì)與總體規(guī)劃，而是從車間最底層開始摸著石頭前行，但隨著工作的不斷深入，會(huì)感覺越來越困難重重。僅從信息化的規(guī)劃而言，其主要表現(xiàn)為：
1）生產(chǎn)設(shè)備無法接入信息網(wǎng)絡(luò)，從而形成了一個(gè)個(gè)信息孤島；
2）在進(jìn)行橫向集成時(shí)，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，通訊方式與接口協(xié)議各不相同，從而造成產(chǎn)線之間、車間之間無法互連，這又形成了一個(gè)個(gè)信息孤立的群島；
3）工作走回頭路的情況發(fā)多，反復(fù)重復(fù)，這不僅影響了工作的進(jìn)展，同時(shí)也嚴(yán)重影響了工作熱情的持續(xù)性；
4）缺乏全盤考慮，制訂出科學(xué)的、兼容未來的編碼規(guī)則，而過于簡(jiǎn)單或不統(tǒng)一的規(guī)則，不僅難以實(shí)現(xiàn)“一碼通天下”，而且也很容易引起管理的混亂，最直接的表現(xiàn)就是庫(kù)存不降反升。
為此，優(yōu)倍通過自我實(shí)踐，并結(jié)合即將頒布的智能工廠、數(shù)字化車間等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)了智能工廠層級(jí)關(guān)系與切實(shí)可行的實(shí)施規(guī)劃路線圖，如圖1、圖2所示：
圖1 智能工廠總體架構(gòu)
圖2智能工廠分步實(shí)施方案
采用優(yōu)倍方案，企業(yè)從開始就可以看到自己的未來，并能夠腳踏實(shí)、一步一步向前邁進(jìn)。
對(duì)照?qǐng)D2可以看出，如果企業(yè)在尚未執(zhí)行或未完成一期工作時(shí)貿(mào)然突進(jìn)，由于基礎(chǔ)不支撐，必然會(huì)不得不返回頭做重復(fù)的工作。
2. 沒有進(jìn)行診斷與改善
從圖2還可以看到，精益化是一期的基礎(chǔ)之一，6S、六西格瑪?shù)裙芾矸椒ㄒ捕际潜匦拚n。但需要強(qiáng)調(diào)說明的是，我們這里所表述的精益化生產(chǎn)還包括生產(chǎn)工藝的合規(guī)性改善與技術(shù)提升。
北航的劉強(qiáng)教授就曾經(jīng)提出過著名的“三不”原則：
l 不要在落后的工藝基礎(chǔ)上搞自動(dòng)化
l 不要在落后的管理基礎(chǔ)上搞信息化
l 不要在不具備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上搞智能化
優(yōu)倍董事長(zhǎng)董健先生，在深刻總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)制造業(yè)的特點(diǎn)后，又增加了一個(gè)“不”:
l 不要在落后的產(chǎn)品上嘗試智能設(shè)計(jì)
綜上所述，我們向業(yè)界推薦的實(shí)施智能制造的基本條件如圖3所述。
圖3 實(shí)施智能化建設(shè)與改造的基本條件
實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，確有企業(yè)沒有認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)建設(shè)的重要性，在沒有進(jìn)行改善的情況下開始了信息化。由于產(chǎn)品研發(fā)及工藝基礎(chǔ)比較薄弱，管理方面也有明顯的不足。盡管經(jīng)過努力，基本實(shí)現(xiàn)了初步信息化。但是，依然沒有達(dá)成最終預(yù)期。但由于不敢于對(duì)已成雛形的信息化系統(tǒng)動(dòng)大手術(shù)，只是隨著工藝與管理的改善進(jìn)行了補(bǔ)丁式調(diào)整，幾經(jīng)反復(fù)后，最終使得的信息化系統(tǒng)變得系統(tǒng)龐雜、運(yùn)行緩慢、BUG頻現(xiàn)，最后又不得不忍痛放棄。
優(yōu)倍有自己的生產(chǎn)企業(yè)作為實(shí)踐基地，又匯集了行業(yè)的多名資深專家，同時(shí)又與眾多專業(yè)性咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)建立了良好的合作關(guān)系。目的只有一個(gè)，幫助準(zhǔn)備進(jìn)行智能化建設(shè)與改造的企業(yè)進(jìn)行診斷與改善，修補(bǔ)好2.0階段的基礎(chǔ)。
3. 數(shù)字化不完全徹底
上文談到，董健董事長(zhǎng)增補(bǔ)的“不要在落后的產(chǎn)品上嘗試智能設(shè)計(jì)”表達(dá)出了我們對(duì)于智能化建設(shè)與改造的另外一個(gè)重要認(rèn)識(shí)與心得——智能制造要從產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)開始做起，而產(chǎn)品研發(fā)是實(shí)施智能制造的先決條件。如圖4。
圖4 產(chǎn)品研發(fā)是實(shí)施智能制造的先決條件
產(chǎn)品質(zhì)量的60%和成本的70%取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中形成的固有技術(shù)缺陷是無法通過自動(dòng)化與信息化來解決的，這才是產(chǎn)品質(zhì)量和成本的根源所在。
在此基礎(chǔ)之上，如果實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字化，就可以采用計(jì)算機(jī)輔助的性能仿真、DFx分析等工具手段，快速查找并解決問題。
但是，在我國(guó)長(zhǎng)期以來存在著研發(fā)與生產(chǎn)相脫節(jié)的現(xiàn)象。這種情況，在一些特殊企業(yè)顯得更為嚴(yán)重。曾經(jīng)有過一個(gè)案例，將一個(gè)已經(jīng)定型的設(shè)計(jì)產(chǎn)品的PCB布局設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行DFM（可制造性設(shè)計(jì)）數(shù)字化分析，竟然報(bào)出了上千項(xiàng)問題項(xiàng)！
許多企業(yè)在數(shù)字化方面還普遍存在另外一個(gè)不完善的地方，即沒有真正將生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化。具體現(xiàn)象是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與生產(chǎn)設(shè)備沒有連通，生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)備狀況需要人工錄入。
造成這種現(xiàn)象的原因有多種，例如：有的設(shè)備比較陳舊，不具備信息化接口；有的設(shè)備廠家不開放其信息接口；有的是信息接口屬于設(shè)備選購(gòu)項(xiàng)，而在設(shè)備采購(gòu)時(shí)被忽略等等。
針對(duì)這些情況，在實(shí)踐中，我們采取了針對(duì)性的解決措施：
l 選擇接口開放的設(shè)備廠商進(jìn)行合作；
l 采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式。盡管許多設(shè)備廠，特別是國(guó)外設(shè)備廠商，有其自己的接口格式，但可喜的是，為滿足由于行業(yè)的需求，已經(jīng)出現(xiàn)了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議：如美國(guó)SEMI的GEM接口協(xié)議；美國(guó)IPC的CFX接口協(xié)議；日本機(jī)器人協(xié)會(huì)推出的ELS協(xié)議等；
l 付費(fèi)購(gòu)買廠家的接口許可或與廠家共同開發(fā)接口。
因此，在選擇只能制造服務(wù)商時(shí)，不能采用單一產(chǎn)品的服務(wù)商，而應(yīng)選擇具備軟、硬件集成能力，并具備總體規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)及實(shí)際實(shí)施能力，同時(shí)需具備行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的服務(wù)商，這樣才能達(dá)成預(yù)期中的智能工廠建設(shè)的目的。
4. 不重視MES的專業(yè)屬性
目前，國(guó)內(nèi)MES公司非常多，產(chǎn)品價(jià)格也從幾十萬到數(shù)百萬不等。但總體來看，他們大都有一個(gè)共同的屬性：純粹的軟件公司。
同時(shí)，少數(shù)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)于MES認(rèn)識(shí)的還不夠深刻，認(rèn)為它只是一個(gè)數(shù)據(jù)采集與追溯的軟件系統(tǒng)，更沒有將MES與制造的專業(yè)屬性相聯(lián)系。因此，某些有寫軟件實(shí)力的企業(yè)，就自己組織人員進(jìn)行自我開發(fā)，而沒有軟件實(shí)力的公司就考慮以盡量低的價(jià)格購(gòu)買MES系統(tǒng)并快速完成實(shí)施。而幾年用下來的結(jié)果是，自己開發(fā)軟件的企業(yè)（如文章前面提到的），由于缺乏對(duì)MES的全面理解，很多被開發(fā)成極難擴(kuò)展的項(xiàng)目型應(yīng)用程序，無法適應(yīng)企業(yè)不斷變更的工藝及企業(yè)擴(kuò)展需求而進(jìn)退兩難。而那些用低價(jià)購(gòu)買了MES的公司，由于這些MES服務(wù)商中很少有針對(duì)電子行業(yè)的版本及專業(yè)的實(shí)施人員，更談不上有針對(duì)本行業(yè)的工藝性模塊，最終有的因?yàn)榉浅２缓糜枚艞墸袆t不斷繼續(xù)付費(fèi)進(jìn)行完善。用他們自己的話說：MES的實(shí)施永遠(yuǎn)在路上。
通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，優(yōu)倍以自身近二十年的電子制造的基礎(chǔ)，并引進(jìn)了西門子、IPC等國(guó)際電子行業(yè)MES、電子工藝專家，在規(guī)劃、編寫NP-MES之初，就特別注意了專業(yè)化與通用性的協(xié)調(diào)。采用了模塊化設(shè)計(jì)，配置靈活，部署快捷。
圖5 優(yōu)倍MES界面
并嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)要求，并且在數(shù)字化設(shè)計(jì)與導(dǎo)入模塊有獨(dú)到的技術(shù)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的主要模塊包括了物料管理、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理及可視化設(shè)計(jì)等。
同時(shí)，為深度體現(xiàn)電子制造專業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化屬性，我們還依據(jù)國(guó)軍標(biāo)、IPC等國(guó)內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)，將MSD（潮濕敏感元器件）、ESDS（靜電敏感元器件）、焊錫膏等特種物料的管理、使用、報(bào)廢等作了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，極易與企業(yè)的生產(chǎn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在短期內(nèi)充分落地。
三、 結(jié)論
總結(jié)在我們自己的企業(yè)——優(yōu)倍電氣的智能化改造，效果十分明顯。具體的實(shí)施項(xiàng)目和取得的業(yè)績(jī)簡(jiǎn)述如下：
優(yōu)倍電氣主要從事工業(yè)測(cè)控用安全儀表等產(chǎn)品的研發(fā)與制造。從2013年起，開始進(jìn)行智能化改造，共采用了自行開發(fā)的NP-MES、NP-PDM和金碟的ERP，通過五年來的不斷完善及深入應(yīng)用，使得物料庫(kù)存下降了30%，準(zhǔn)時(shí)交付率提升了20%，設(shè)備利用率提升20%?？梢暬潭忍嵘?0%。
總之，電子制造智能化建設(shè)并非無章可循、難以落地，這需要專業(yè)的技術(shù)支持和良好的團(tuán)隊(duì)配合，學(xué)習(xí)和總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，科學(xué)規(guī)劃、分步實(shí)施，才能逐步獲得最終的成功——那就是給企業(yè)帶來可觀的、實(shí)際的經(jīng)濟(jì)收益。
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