面向復雜電子裝備的制造運營管控內涵與做法

摘要：復雜電子裝備是指組成設備的軟硬件復雜、設備規模大、涉及專業多的復雜機電耦合系統。這種系統具有更新換代快、涉及領域廣、產品構型變化大、品種多、批量少、結構精度要求高、機電耦合性強等特點。其典型代表有電子對抗系統、通信導航系統。本文主要針對復雜電子裝備企業的多品種并行、研制批產混線生產、技術狀態多變等特性所帶來的難點問題及其對應做法進行深入研究，以期達成多品種變批量模式下高質量、高效率、短周期、低成本的裝備研制目標。

關鍵詞：復雜電子裝備；生產決策；制造運營平臺；高級排程；協同生產

一、引言

國內外一些先進裝備供應商，圍繞企業制造運營能力的提升，開展了制造管控變革和流程再造，并在早年制造執行管理的基礎上，提出了企業級的制造運營管控（MOM ，Manufacturing Operation Management）概念[1]，并結合產品數據管理PDM、企業資源計劃管理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4.0 [3，4]聯合發起人，擁有業界最接近工業4.0的生產電子產品的西門子安貝格數字化工廠，在國內也有其姊妹工廠——西門子成都數字化工廠。成都數字化工廠建于2013年，其通過無縫集成的生產管理平臺以及生產過程軟件和硬件，覆蓋從產品設計到生產整個價值鏈，大幅提升產品生命周期各主要環節的效率，每100萬件產品中的殘次品只有15件，生產線的可靠性達到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?？偯娣e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。該工廠大量采用設計與制造虛擬仿真，提高產品可制造性和生產效率；同時利用生產過程數據，驅動產品設計與制造的優化迭代，并將智慧工廠橫向擴展至供應鏈網絡，制造運營成本平均降低逾30%。

③海爾空調膠州互聯工廠，以數字化平臺IMES為核心，橫向集成PDM、ERP、WMS、SCADA，縱向實現了從網絡、傳感到設備的互聯互通，快速響應用戶個性化訂單，一條線可以生產五百多種產品，平均生產周期縮短到7天。

總體上，這些先進裝備制造企業，通過物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，結合數控加工、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、生產執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]，預測并發現現場執行與生產計劃的偏差，通過智能優化算法及仿真持續改進制造性能，進而整合供應鏈資源，以減少庫存、優化供應鏈、提升制造效率。

本文將結合某復雜電子裝備企業自身的生產制造信息化需求與業務內涵，簡述開展適合復雜電子裝備行業的制造運營管控模式的主要做法。

二、內涵組成

圖1 " 面向多品種變批量復雜電子裝備的制造運營管控的內涵組成

為適應多品種復雜電子裝備的個性化特點、網絡協同制造的相關要求，滿足面向企業內外的供應鏈體系的網絡協同制造需要，打造面向復雜離散制造業、自主可控、“人機料法環測”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平臺和信息中樞，可打通端到端的工程數字化集成、計劃到指令的數據鏈縱向集成、供應商間的價值鏈橫向集成，與工業現場形成“數字化雙胞胎”，解決復雜電子裝備企業的多品種并行、研制批產混線生產、技術狀態多變等特性所帶來的難點問題，是企業持續增強高端制造能力、打造智能工廠的基礎保障。

三、主要做法

（一）構建全級次全領域全流程的智能生產決策要素體系

面向人、機、料、法、環、測全面生產要素和總裝、電裝、微組裝、調試、精密加工等全制造領域，構建起多級次、多維度、全流程的生產決策要素，形成有質量管控、計劃管控特色的智能生產決策要素體系。

圖2 " 全級次全領域全流程的智能生產決策要素體系

基于該要素體系，通過遍布生產現場的網絡、傳感器、自動設備和反饋終端，打造物聯網，隨時獲取生產進程、工藝參數、質量檢驗、缺陷返工等信息；繼而通過各層級的大數據分析和體系化、圖形化的3D數據展現，實現對相關單位齊套、計劃、質量、物流、設備情況的全面掌握與精準決策。

平臺按模型需求自動抽取、清洗、整理數據；按模型提供的要素體系，平臺實現了快速自助分析、可視化呈現、多維度穿透，并可自動導出各級管理部門以及上級公司需要的文件、報表。平臺生產決策相關模塊，適應于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KPI達成情況、訂單執行進度情況、產品質量檢驗情況、物料齊套性情況、物流情況、設備及人員負荷情況等可視化決策信息。

通過構建全級次、全領域、全流程的智能生產決策要素體系，可以幫助制造企業提高管控效率，充分挖掘數據價值，滿足高、中、低各級管理決策的需要；促進企業基于問題和預警導向，實現快速決策、快速行動與響應。

（二）打造多品種變批量復雜電子裝備制造運營平臺

深入貼合復雜電子裝備從投產到交付的端到端業務過程與工藝過程，將先進的大數據、知識庫、網絡化協同等信息技術，與敏捷制造、精益制造、全面質量管理等先進生產管理技術相結合，形成了適應多品種復雜電子裝備與網絡協同生產的制造運營架構。該架構以制造BOM（MBOM）為核心，連接工藝BOM（PBOM）與實裝（BBOM），實現數據流的連續傳遞。結合用戶具體的PBOM，協助技術人員構建面向生產現場的制造MBOM。實現對顆粒度不足的工藝路線的產線實例化，使之適應生產管理顆粒度的需要，可對應到每個人員、每個工位。該架構實現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、總調等不同生產類型，通過設置個性化的工藝參數、自檢參數、裝配參數等信息，實現在同一平臺管理多種制造類型，與業務流程協同互通。

為適應多品種變批量復雜電子裝備的個性化特點、網絡協同制造的相關要求，滿足面向企業內外的供應鏈體系的網絡協同制造需要，打造面向復雜離散制造業、自主可控、“人機料法環測”一體化的制造運營管控平臺。該平臺主要由生產管理、質量管理、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信息管理八大功能模塊組成，業務覆蓋微組裝、電裝、機加工、總裝、總調等多種制造類型，通過與ERP、PDS、WMS、SCADA等應用集成，實現生產數據融合互通，為各制造部門和外協單位計劃、質量、成本信息的全面掌握與精準決策提供數據支撐。

（三）建立多品種變批量復雜電子裝備高級排程方法

多產品混線并行需求以及各不同產品配套的人、機、料、法、環等都是影響生產線計劃排布合理性的邊界條件。傳統依靠人工經驗的車間任務排產，由于對現場狀態了解的不透明和不實時，抑制了生產線效能的發揮。制造運營管控平臺（MOM平臺），在電子組件以及其制造過程數字化的基礎上，可以根據生產車間內已有訂單的執行情況以及生產線資源占用情況進行綜合性分析，形成科學合理的訂單執行計劃。當有新計劃和工藝文件輸入時，MOM平臺從企業層接收生產計劃與任務要求信息。MOM平臺根據當前車間人員、設備、物料等實時資源信息以及知識庫中各工序工步工藝條件，實時分析生產需求與生產負荷關系，并根據現有生產計劃，將計算優化后的生產計劃發送給生產車間，班組可清晰地看出當日所需完成的工作任務。基于有限資源的任務編制，提高了計劃的科學性，促進了制造執行效率的提升。基于MOM平臺的敏捷制造，通過構建虛擬組織、協同運作流程、快速反應工具，可根據用戶對裝備需求的變化，快速重組組織、員工與技術資源，快速響應變更與新需求。平臺全面適應產品的工藝規程復雜性，對技術狀態變更、產品批量變化、臨時插單、器件批量性缺陷等異常情況，構建了高效執行流程和監控看板。

（四）構建多制造類型的跨地域網絡一體化協同生產方式

通過供應鏈上下游協同，實現上下游業務流和信息流協同；支持跨地域多工廠縱向并行協同，在一套工藝流程中，滿足多個工廠同時生產同一產品的跨工廠、工序移交；支持多工序加工上下游協同，實現了跨工廠的工序之間上下游協同，所內轉外協加工，外協回所內的入庫或移交下道工序分廠；支持多委外加工協同，打通了多級委外廠商和多工序之間的協同關系。根據數據創造價值的理念，實現外協訂單分類分級管理；具備外協訂單生產的全過程管理能力，主要包括計劃管理、生產執行、工藝審核、質量檢驗、問題處理、更正反饋等功能，加強對訂單執行里程碑的監控。

通過構建車間內、跨部門、跨供應商三級問題反饋、監督體系，促進生產異常快速閉環，逾期未處理問題，自動升級知悉等級；問題牽引，從問題類型、責任部門、提出部門等維度，處理率、及時率、周期等指標，統計問題，協助分析；計劃排產、執行與日報問題處理、返工返修、變更控制這些負反饋融合，形成管控閉環。提升企業與外協單位的即時交互能力、外協產品加工全過程的精細化管控能力、提高外協過程與質量管控能力，實現跨企業、跨區域、跨行業的資源和能力集聚，鍛造以本企業為中心的網絡化協同制造能力。

（五）提出基于大數據分析的引導式目視化質量檢測方法

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容，并在檢驗工序中掛接檢驗指導書等相關質量檢驗文檔，現場檢驗人員據此進行目視化質量檢測。

MOM平臺可記錄各工步檢驗過程中產生的所有檢驗數據；通過設備提供數據采集接口，直接采集質量檢驗數據。調試工步調試時產生的調試數據，記錄在MOM平臺中，MOM平臺報檢時，調試數據作為檢驗的依據。質量信息中需要記錄自檢的數據，并可以查詢生產訂單歷史自檢數據，以供后續的質量分析使用。對于過程質量數據信息包括正向結果（如檢測數據記錄、報告）和異常信息（如設計更改、質量問題），全面集成到MOM中，形成裝備全生命周期質量檔案，實現裝備全生命周期質量活動可實時監控、活動信息集中可視和裝備質量態勢實時感知，以支持裝備質量基于質量數據信息的分析與改進?，F場基于工藝故障信息以及測試結果信息，為制件在生產過程中提供實時的統計分析，形成各種定制化的質量統計報表，并隨著生產的推進自動更新。平臺可以實現對質量趨勢進行實時SPC監視、質量預警、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，平臺則將產品不合格審理、質量問題等歷史信息，以及基于MBOM的工序級加工、裝配工藝指導，推送給操作人員、質檢人員，增強質量控制意識，實現對質量管理從事后檢查到事前控制的轉變。

四、結束語

本文在分析復雜電子裝備企業的精細化生產管控需求的基礎上，針對復雜電子裝備企業的多品種并行、研制批產混線生產、技術狀態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據流模型，形成“人機料法環測”一體化的制造運營管控架構，實現多制造類型的協同化生產、面向工業大數據的可視化決策、有限資源的計劃調度、高效穩定的質量管控。平臺通過遍布生產現場的網絡、傳感器和反饋終端，構建物聯網，及時獲取生產進度、工藝參數、質量檢驗、缺陷返工等信息，通過可視化的大數據駕駛艙，管理層可及時獲得現場執行情況，針對問題，做出行之有效的調度決策。促進企業面向多品種變批量復雜電子裝備的制造運營管控模式的落地，提升整體生產效率。

作者單位：劉麗花 田俊 南京電子技術研究所

參 "考 "文 "獻

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