多品種小批量電子產品制造數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任公司，重慶 400030）

近年來，隨著人工智能、大數據、物聯網、云計算等新一代信息技術的深入研究和廣泛應用，電子商務、交通物流、航空航天、消費電器、5G 通信等行業進入了新一輪快速發展周期，人們的生活方式也隨之發生了巨大的變化，信息化、數字化、智能化是這種改變的顯著特征。在這一輪科技革命浪潮中，特別是受國際政治經濟形勢變化和各國產業發展戰略調整的影響，我國的制造業面臨產業轉型升級高質量發展的重大歷史機遇和壓力。面對更為復雜的全球競爭，只有不斷提升制造企業研發、生產、管理水平，在發展動能、質量把控、生產效率等方面變革提高，才能提高企業的核心競爭力，進而占領行業的制高點。

長期以來，勞動力和土地等要素成本較低是我國制造業在國際產業分工的基礎性優勢，但是隨著我國制造業人力成本的逐年上漲，在一定程度上弱化了這種競爭優勢。因此，依靠新一代信息技術推動制造業的轉型升級，培育并形成新的競爭優勢已逐漸成為業界共識。具體到電子設備生產制造企業來講，如何在設計生產協同、物資生產協同、檢驗生產協同、調度生產協同等方面提高協作效率，在產品貼片、裝配、接線、調試等工序環節提高工作效率，在生產儀器設備、訂單進度狀態等生產設備和生產過程監控上提高管理效率，是制造企業特別是多品種小批量電子產品制造企業所面臨也亟需解決的問題。

1 制造業發展及其數字化智能化進程

制造業按照發展階段分為四個時代：手工業時代、機器時代、信息時代、大數據時代。在制造業手工業時代，信息都是以紙質為載體而存在的，信息技術和制造技術很難整合在一起。在兩次工業革命后，蒸汽動力、石油電力、風力水電的普及，給制造業的機器化提供了比人力更有效的動力，使得生產效率大大提升。進入信息時代后，通信和互聯網快速發展，信息流動速度加快，網絡覆蓋更廣。在大數據時代，通信設備以及用于自動智能化機器流動出各行各業的“大數據“，如何獲取和處理這些數據，從而為企業經營決策提供科學支撐，是這個時代制造業數據信息驅動的目標。

制造業發達國家近年來對于發展或重塑各自的制造業愈發重視，也陸續發布了相應的發展目標和規劃。德國在2013年漢諾威工業博覽會上正式提出工業4.0，通過CPS（Cyber-Physical System）將生產中的供應、制造、銷售信息數據化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產品供應。2012 年2 月美國提出“先進制造業國家戰略計劃”，一方面調整、提升傳統制造業結構及競爭力，二是發展高新技術產業，提出發展包括先進生產技術平臺、先進制造工藝及設計與數據基礎設施等先進數字化制造技術。與德國提出的工業4.0 相對應的，美國的叫做“工業互聯網（Industrial Internet）”。日本也在2018 版的《日本制造業白皮書》中，提到其本國的自動化產品競爭激烈，難以形成高的附加值，希望通過自動化與數字化融合解決該問題。我國于2015 年5月由國務院總理李克強簽批發布了《中國制造2025》，全面推進實施制造強國戰略，要促進制造業數字化、網絡化、智能化，走創新驅動的發展道路。

2 多品種小批量企業的數字化智能化改造

目前生產類型大致分為三種：大量流水生產、多品種小批量生產和單件生產。當下中國制造業多集中在多品種小批量生產企業，這種生產方式開始占有越來越重要的地位。與大量生產方式相比，其效率低、成本高，不易實現自動化，生產計劃與組織較復雜。很多企業的計算機應用還處在單項應用階段，信息孤島仍然存在，各計劃之間不能做到密切銜接。如何運用先進的制造技術和管理技術提升多品種小批量管理生產制造車間，提高生產各工序的工作效率，成為研究和應用的熱點問題之一。數字化、智能化與傳統的制造技術相結合開創了一種新型生產方式，也為上述問題提供了一種解決途徑。有的企業通過對設備參數、產品參數的采集與統計分析，抽象出生產系統模型的輸入數據，通過建立仿真模型并運行數據分析，了解生產系統的瓶頸工序。有的企業基于工業互聯網平臺實現協同設計、智能排產和工業大數據分析，這種平臺集成了PLM、ERP、MES、PLC 等異構系統，以數據驅動，打通從“需求訂單-資源調配-優化排產-協同研發-智能生產-智能服務”的數據鏈路。有的企業運用數字化工具和智能裝備，進行數字化工藝、模擬仿真、生產監控和智能換型切換實現新能源變速器的智能制造。有的企業通過數字化智能系統構建，把各種生產方式固化在軟件里，用各種自動化機器設備取代人力，把所有的人、機、料、法、環、IT 信息系統、自動化設備系統互聯。

3 結合公司實際的相關實踐探索

在生產過程數字化和智能化的發展升級過程中，我公司也作了許多改進和探索，下面列舉一部分例子。首先，在制造的調試工序環節加強了自動調試工裝和測試軟件的研發和應用，通過編寫上位機軟件程序和設計調試工裝電路，實現了部分設備的調試自動化。其次，在生產過程管控環節自主研發了工藝共享平臺，生產過程問題可實時在線記錄，批次生產問題總結共享可評估，常規問題處理方法可在線查看，將過去紙質或半信息化的數據存儲和處理方式通過網絡和數據庫進行升級替換。另外，公司自研的科研生產管理系統與外購ERP系統結合，通過系統間接口的訪問調用，將生產管理、物資管理、訂單管理相結合，在投資較小的情況下實現一體化管理。

4 結論

多品種小批量模式下的制造企業，一方面需要借助新一輪信息技術提升生產效率、管理水平和產品質量，另一方面也需要在投入產出之間進行充分平衡考量。企業需要準確評估從訂單-計劃-采購-研發-生產-檢驗-交付等各環節，找到最需要借助信息系統、物聯網、人工智能等技術改進管理方式和生產方式的地方，還需要結合自身企業當前的設備、系統、人力資源等因素選擇合適的解決方案。