大型企業多業態、離散型電裝智能車間運營管理

李 婷，趙玉潔，童 輝

（中國電子科技集團公司第十四研究所，江蘇 南京 210039）

1 引言

智能車間運營管理，是貫徹落實制造強國、數字中國戰略的重要一環，也是傳統制造向智能制造轉型中的一個關鍵課題，更是制造業企業自身滿足多任務需求、提升生產效率和降低生產成本的迫切需要，這對于承擔多品種、小批量生產任務的“非標”企業而言尤為關切。十四所基于自身行業領先的數字化轉型經驗和智能制造深度運用實踐，圍繞智慧研究所整體構架，系統建設了具備運營層、控制層和設備層三個層級的電裝智能車間，探索出了“人機協同、數字賦能、智能管理”為特征的智能車間運營管理模式，取得了顯著的成效。

2 應用場景

十四所作為軍工電子國家隊，承擔了一大批高端武器裝備的研制任務，由此面臨著軍工產品典型的訂單小批量、非標程度高和品種多樣化等生產特點。以電子組裝車間為例，車間長期面臨著研制、批產、維保以及大修等多業態高度交叉的訂單常態，生產對象復雜程度高，品種多樣化水平高，工序連貫性差，不同形態的生產任務沒有分線管理，產線柔性化、敏捷化程度不夠，生產標準化、一致性較弱，人工成本高、生產效率較低下，成本效益急需提升。智能車間通過信息化數據采集分析，確保任務決策、生產組織、問題管控精準高效，促進管理優化和流程再造，提高產線柔性生產能力，提升車間運行效率和產品質量，適應離散型制造的任務需求。

3 核心做法

3.1 建立“智能管理”的組織方式，實現生產運營智能化

（1）建立一體化運營管理系統，智能管控生產計劃

聚焦生產制造過程的問題現狀，十四所打造生產計劃管理一體化自適應的電裝車間生產運營管理系統。一是通過連接各項業務單元之間的數據關系、邏輯關系，將生產運營過程中各業務單元之間的投入、轉換和產出等橫向相互依賴的關系整合集成；二是對企業級、車間級和班組級三級計劃體系進行實時監控、聯動及過程控制，實時掌控生產動態，采集生產過程數據，并根據生產異常變化，自主優化生產排產關鍵路徑，識別最短周期和最優資源配置，減少人工干預；三是對生產過程異常停滯快速反饋、追蹤、閉環處理并進行在線數據統計；四是實施文件無紙化，生產現場圖樣即時獲取調用、信息精準推送，實現了上下貫通、敏捷高效和自主決策的生產運營管理。

（2）構建三級數字化看板系統，實時監測生產過程

為實現生產過程透明化、可視化管理，提高決策效率，十四所在電裝車間內設置管理決策、產線監控和工位作業三級數字化看板系統，系統匯聚來自車間倉儲、各生產線和各班組的生產信息，以圖形化的車間模型為載體，以多維統計圖表為展示形式，動態可視化展示與車間生產過程相關的各種實況信息。管理層通過可視化生產信息，對生產過程進行快捷管理，對生產異常作出快速決策；班組通過產線監控看板，快速了解人員到崗情況、訂單完成情況、安燈看板以及齊套情況等；工人通過工位作業看板，實時查看崗位所需工藝文件、圖樣要求以及標準操作作業指導書，全面理解操作內容和要求。

（3）搭建“物聯網+”物流管理系統，精準管理倉儲配送

面向多業態、離散型的制造特征，針對物料管理不透明、配送不及時等影響電裝車間高效運營的主要問題，十四所按照“分級存放、自主決策、精準配送”的原則，建設基于“物聯網+”、具備智能倉儲與智能配送功能的車間物流管理系統，實現了生產物料存儲管理的透明化、配送指令和路徑決策的自主化以及配送物料和工位匹配的精準化。

一是基于“物聯網+”的智能倉儲管理系統，以立體貨架和智能貨柜為載體，立體貨架用于存放未來2～3天即將生產訂單的物料和缺料造成的半成品生產訂單物料，貨位有唯一的二維碼標簽，通過掃碼器采集物料信息，與物流信息化平臺進行實時數據交互。智能貨柜用于存放生產過程的輔料，通過與物流系統網絡互聯，實現貨柜無人值守，物料智能存取。物料存取大數據信息可通過網絡遠程實時監控、查詢和追溯，缺料自動報警、智能感知。多措并舉，實現了倉儲透明化管理，縮短物料發放的停滯和等待時間，實現電裝車間物流高效協同。

母親說：“睡不著啊，你說小宋會不會出啥事？她一個人帶著那么多錢多危險哪。我這幾天睡不好，血壓有點高，起來找點藥吃，聽見你還在折騰。真沒事？”

二是基于“物聯網+”的智能配送管理系統，以數據為紐帶，將計劃下達信息、生產班組實時任務信息和物料庫存信息等數據進行互通融合，可查詢倉儲管理系統所有貨位對應的物料明細，自主決策物料配送時間和配送地點，并對AGV車、自動轉運車調度和行進路線等進行統一規劃管理，減少工位等待時間；同時，可將由于缺料導致停滯的半成品及時存放到車間緩存庫，減少現場物料積壓，避免生產混料。智能化物流管理系統實現了生產物料存儲管理的透明化、配送指令和路徑決策的自主化及配送物料和工位匹配的精準化。

3.2 打造“數字賦能”的驅動方式，實現生產管控數字化

十四所對生產過程、產品特性和人進行數字采集、數據交互、融合分析、知識應用和模型優化，形成電裝車間“數字賦能”的驅動方式，實現生產運營全流程的數字化控制，主要做法包括以下三方面。

（1）生產要素自動化采集，跟蹤追溯產品質量

基于數據采集與監控（SCADA）系統，十四所對生產過程中“人、機、料、法、環”五大要素數據進行定義、采集、管理、檢索與統計分析，實時、精確地提供生產過程所產生的各類數據。以電子設備裝配過程中焊裝和螺裝為例，項目實施前，傳統產品制造過程中焊接溫度和螺裝轉矩等信息無法實時采集與監控，產品質量無法跟蹤與追溯；項目實施后，現場控溫烙鐵、轉矩工具通過工業物聯網與SCADA系統互聯互通，采集的數據傳至數據中心服務器，通過實時數據分析和利用，指導制造過程，嚴控制造質量，優化制造資源。

（2）產品特性數字化賦值，實現過程防呆防錯

十四所針對電裝車間產品的特點，基于三維裝配工藝、三維布線工藝對產品實現過程進行模型化、數字化，形成各裝配工序三維模型，對裝配過程中多個關鍵階段的產品特性進行數字化賦值。生產過程中，通過圖像采集、成像等非接觸式、高數高準確度視覺處理技術，使產品生產過程各個工序的半成品模型化，尺寸、外觀、焊接、布線和裝配等產品特性數字化。產品各工序數據同相應裝配工序三維工藝模型數據進行自動比對和分析，判斷兩者差異、給出判定結果，同時利用圖像處理技術進行缺陷標記，供裝配人員進行問題早期查找和錯誤快速消除，實現生產過程智能防呆防錯。

十四所從設計源頭出發，對裝備生命周期關鍵價值環節進行流程管控，提取信息，建設電裝車間產品知識庫模型，形成知識圖譜，集成包括正向結果（檢查數據、報告等）、異常信息（設計更改、質量問題、工藝問題和物料問題等）以及裝配過程標準化作業規范（工藝、作業指導書、檢查單、質量案例和風險防控清單等）。對高層次技能人才的技能經驗進行提煉，將其模塊化、數字化，形成復雜裝配知識模型。

通過系統自動總結形成知識模型，十四所對知識進行自動推送和防錯識別，無紙化終端平臺根據產品、產線類型以及人員能力自動匹配并精準推送至操作者工作界面，作為裝配指導依據。操作者在進行復雜布線等工序過程中，智能協同單元圖像采集系統通過傳感技術、視覺成像等手段對實物與知識模型自動比對，識別問題及時預警防錯，極大提高了離散型制造過程效率和工作質量。

十四所以問題為導向，對知識模型連續優化迭代，通過對現場制造過程的監控和大量實時數據的分析，持續修正和完善現行制造工藝規范，提高車間的制造工藝水平；通過安燈問題管理平臺推進知識庫的不斷積累、迭代和傳承，逐步形成知識模型的自我優化升級。

3.3 確立“人機協同”的工作方式，實現生產作業敏捷化

基于多品種、小批量和變節拍的柔性生產需求，十四所以效益為中心，根據不同產品形態的離散程度，合理設計電裝車間智能產線布局，把人和機器作為一個整體系統，通過交互和自適應，合理優化人機協同配比，確立人機協同的生產方式，實現生產運營敏捷化。

依據軍工科研院所產品特點，十四所制定《十四所智能產線資源匹配策略》，將產品特征劃分為課題型、研制型、研轉批型和批產型四種類型，設定相應的成熟度級別，建立智能產線資源匹配原則，形成以自動化生產線、人機協作生產線以及智能裝配單元為主體的人機協同工作方式。

（1）匹配大批量單一性產品，實現智能自動生產

針對大批量、規模化、工藝和流程相對單一的產品，十四所用智能化自動生產線代替手工操作，有利于提高生產效率，降低人工成本。一是梳理現有產品和未來需求，分析并拆分產品的結構組成；二是研究裝配動作，提取大量動作數據，將其中簡單、重復的動作識別出來，形成穩定持續的自動化裝配單元；三是建設數據采集系統，產品裝配程序通過掃碼自動下載執行，實現裝配過程中的裝配轉矩、膠量、壓力和溫濕度等關鍵工藝參數的實時采集、監控、記錄和展示，形成集自動化與信息化相結合的智能生產線。相比傳統的人工裝配，智能化自動生產線的生產效率可提升10倍以上。

（2）匹配小批量、多工序產品，實現人機協作生產

軍工電子設備結構復雜、工序多和生產周期長，若全部采用自動化生產設備，自動線將十分龐大復雜，受制于產品多樣性，整條產線的利用率大大降低，且成本高昂。針對小批量、工藝裝配難度中等及核心裝配與簡單重復裝配穿插的生產對象，十四所打造人與機器相結合的柔性生產線，將人的核心技能價值最大化，將其中簡單、重復、枯燥和危險的工序采用協作機器人完成，降低工人勞動強度，提升裝配質量和效率。協作機器人執行程序通過掃碼自動下載，裝配過程的螺裝轉矩信息、膠結壓力和溫度參數等均通過傳感器自動采集記錄，機器人運行狀態實時監控，自動故障報警，設備運行狀態及產品進度通過產線看板實時展示。實現人與機器人的協同作業，總體產能提升1～2倍。

（3）匹配單件復雜性產品，實現智能裝配單元生產

對于結構復雜、數量較少的電子設備采用細胞單元的方式組織生產，十四所建立由核心技能人員、集成智能化工具工裝和數據采集系統組成的智能裝配單元。智能裝配單元集成了智能工具、圖像及數據采集、可移動組合式工位、精密擰緊系統、防錯報警以及信息化系統，裝配過程的焊接參數、轉矩參數等關鍵工藝數據可實時采集記錄，與傳統手工記錄數據相比，數據采集系統采集更及時、更全面，數據存儲更安全便捷，產品全壽命周期質量追溯可通過信息化系統大數據庫便捷查詢。通過三維裝配仿真工藝可視化指導工人操作，三維數字化工藝輸出的信息是數字化采集系統的基礎數據，工人生產過程中實際采集的數據將與之自動比對，自動進行防錯檢查，提升裝配效率和質量。

4 顯著成效

多業態、離散型電裝智能車間運營管理運行后，取得了顯著成效。近三年完成產能連續增長10%～12%，人均產出增長10%以上。原始計劃完成率始終保持在99%以上，一次校驗合格率始終保持在99.99%，質量問題逐年下降50%。協同研發從設計源頭減少滯留存貨1 000余萬元，調差補料同比下降18.5%，大額輔材節約200余萬元。全自動生產線實現裝配效率提高10倍，人機協作生產線產能提升1.3倍，智能裝配單元實現關鍵生產數據100%采集。裝備實現過程能力明顯提升，裝備研制周期由過去的6～8年縮短到2～3年。先后助力了軍工電子、航空航天、兵器裝備制造、造船及民用裝備制造等裝備制造業的智能化轉型升級。一批員工獲得“全國五一勞動獎章”“國務院特殊人才津貼”“全國技術能手”“全國青年崗位能手”“江蘇工匠”“中央企業技術能手”等榮譽稱號，車間獲得“全國質量信得過班組”“江蘇省工人先鋒號”“南京市管理創新一等獎”等榮譽稱號。

5 結束語

車間強，則企業強，車間智，則企業智。當前工業生產中，信息技術的應用正在從基于自動化技術節省成本的時代轉向利用數字化、智能化技術進行價值創造的時代，新一代信息技術也正在與制造業進行更加廣泛、更加深入的融合，為制造強國建設提供新動能。在這個大潮中，智能車間的運營管理顯得尤為重要。十四所針對多業態、離散型業務特點進行的智能化、數字化和敏捷化運營管理，為行業內提供了一個可供示范的解決方案。