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作者：劉春光
內容摘要
電子制造智能化是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但是，業(yè)界普遍反映找不到符合他們實(shí)際情況的建設與改造方案。本文在總結幾年來(lái)在多個(gè)實(shí)施案例的實(shí)踐經(jīng)驗，從所遇到的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題入手，在對進(jìn)行分析的同時(shí)，提出了相應的解決方案。
關(guān)鍵詞：智能制造 生產(chǎn)執行系統（MES） 數字化車(chē)間 可制造性設計（DFM）
引言
隨著(zhù)《中國制造2025》建設的深入，智能制造理念已經(jīng)得到普及，不少企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施智能化改造，但更多的企業(yè)嘗試規劃的前期，尚無(wú)法確定未來(lái)最終的規劃目標。
眾所周知，實(shí)現智能制造的基礎是生產(chǎn)數字化，即用數字化對傳統的制造業(yè)進(jìn)行改變，以實(shí)現主要生產(chǎn)要素之間、車(chē)間與車(chē)間之間、工廠(chǎng)與合作伙伴之間的互聯(lián)互通，達到以虛擬的數字化方式映射物理的整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程。
優(yōu)倍自動(dòng)化系統有限公司應用于電子制造的專(zhuān)業(yè)化制造執行系統（MES）。該系統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，又先后應用在了多個(gè)同類(lèi)電子企業(yè)。
本文在總結了前期實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，結合針對更多電子企業(yè)的調研與技術(shù)交流，著(zhù)重分析了電子企業(yè)在智能制造建設與改造中所出現的幾個(gè)具有代表性的問(wèn)題，并給出了相應解決方案的建議。
一、 中國電子智造的現狀與特點(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)及消費品市場(chǎng)，容量巨大；
2）技術(shù)與材料涉及機、電、光、化、熱、軟/硬件等多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，工藝過(guò)程精密且繁雜；
3）自動(dòng)化程度相對較高，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)用設備“萬(wàn)國”制造，造成其技術(shù)背景復雜，且水平差異較大。
因此，電子制造行業(yè)在進(jìn)行智能化建設與改造時(shí)，必須注意如下幾點(diǎn)：
1）領(lǐng)導重視：電子企業(yè)部門(mén)與人員眾多，智能化建設可能會(huì )導致部門(mén)與人員的整合與縮減，阻力在所難免。因此，企業(yè)領(lǐng)導，特別是第一把手，必須有明確的思想與要求，堅定支持相應的變革與調整。只有這樣，智能化建設才能始終沿著(zhù)正確的道路、向著(zhù)既定的目標發(fā)展。
2）全員參與：一定摒棄“智能化改造是信息化部門(mén)的工作”這種錯誤理念。因為涉及專(zhuān)業(yè)廣泛，且相互差異很大。只有全員參與，將不同的專(zhuān)業(yè)知識實(shí)現真實(shí)的數字化表達，才能實(shí)現真正的數字化車(chē)間與數字化工廠(chǎng)，為走向智能化奠定堅實(shí)的基礎。
3）認清自我：較高的自動(dòng)化，并不意味著(zhù)良好的工藝基礎。數字化與智能化改造一定要建立在正確的工藝基礎上。否則，智能制造的道路不可能走遠，可能會(huì )很快被淘汰。
二、 智能化改造實(shí)踐中的問(wèn)題：
如前所述，優(yōu)倍自動(dòng)化在推出專(zhuān)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(chǎng)項目。在以上多次實(shí)踐過(guò)程中，遇到了各式各樣的問(wèn)題與困難，但經(jīng)過(guò)努力均一一解決。因篇幅所限，本文將列舉幾項具有一定共性的問(wèn)題進(jìn)行探討：
1. 缺少完整的頂層設計與總體規劃
可能是由于國內智能制造專(zhuān)家們大多給出的是概念上、理論上的指導，并不斷更新迭代，這使得企業(yè)在執行落地時(shí)無(wú)從下手，甚至更多的企業(yè)不得不停下腳步觀(guān)望，即便開(kāi)始著(zhù)手規劃，也往往會(huì )忽視頂層設計與總體規劃，而是從車(chē)間最底層開(kāi)始摸著(zhù)石頭前行，但隨著(zhù)工作的不斷深入，會(huì )感覺(jué)越來(lái)越困難重重。僅從信息化的規劃而言，其主要表現為：
1）生產(chǎn)設備無(wú)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(méi)有統一的規劃與設計，通訊方式與接口協(xié)議各不相同，從而造成產(chǎn)線(xiàn)之間、車(chē)間之間無(wú)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，反復重復，這不僅影響了工作的進(jìn)展，同時(shí)也嚴重影響了工作熱情的持續性；
4）缺乏全盤(pán)考慮，制訂出科學(xué)的、兼容未來(lái)的編碼規則，而過(guò)于簡(jiǎn)單或不統一的規則，不僅難以實(shí)現“一碼通天下”，而且也很容易引起管理的混亂，最直接的表現就是庫存不降反升。
為此，優(yōu)倍通過(guò)自我實(shí)踐，并結合即將頒布的智能工廠(chǎng)、數字化車(chē)間等國家標準，總結了智能工廠(chǎng)層級關(guān)系與切實(shí)可行的實(shí)施規劃路線(xiàn)圖，如圖1、圖2所示：
圖1 智能工廠(chǎng)總體架構
圖2智能工廠(chǎng)分步實(shí)施方案
采用優(yōu)倍方案，企業(yè)從開(kāi)始就可以看到自己的未來(lái)，并能夠腳踏實(shí)、一步一步向前邁進(jìn)。
對照圖2可以看出，如果企業(yè)在尚未執行或未完成一期工作時(shí)貿然突進(jìn)，由于基礎不支撐，必然會(huì )不得不返回頭做重復的工作。
2. 沒(méi)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之一，6S、六西格瑪等管理方法也都是必修課。但需要強調說(shuō)明的是，我們這里所表述的精益化生產(chǎn)還包括生產(chǎn)工藝的合規性改善與技術(shù)提升。
北航的劉強教授就曾經(jīng)提出過(guò)著(zhù)名的“三不”原則：
l 不要在落后的工藝基礎上搞自動(dòng)化
l 不要在落后的管理基礎上搞信息化
l 不要在不具備數字化、網(wǎng)絡(luò )化基礎上搞智能化
優(yōu)倍董事長(cháng)董健先生，在深刻總結了目前國內制造業(yè)的特點(diǎn)后，又增加了一個(gè)“不”:
l 不要在落后的產(chǎn)品上嘗試智能設計
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)施智能化建設與改造的基本條件
實(shí)踐中我們發(fā)現，確有企業(yè)沒(méi)有認識到基礎建設的重要性，在沒(méi)有進(jìn)行改善的情況下開(kāi)始了信息化。由于產(chǎn)品研發(fā)及工藝基礎比較薄弱，管理方面也有明顯的不足。盡管經(jīng)過(guò)努力，基本實(shí)現了初步信息化。但是，依然沒(méi)有達成最終預期。但由于不敢于對已成雛形的信息化系統動(dòng)大手術(shù)，只是隨著(zhù)工藝與管理的改善進(jìn)行了補丁式調整，幾經(jīng)反復后，最終使得的信息化系統變得系統龐雜、運行緩慢、BUG頻現，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(zhuān)家，同時(shí)又與眾多專(zhuān)業(yè)性咨詢(xún)服務(wù)機構建立了良好的合作關(guān)系。目的只有一個(gè)，幫助準備進(jìn)行智能化建設與改造的企業(yè)進(jìn)行診斷與改善，修補好2.0階段的基礎。
3. 數字化不完全徹底
上文談到，董健董事長(cháng)增補的“不要在落后的產(chǎn)品上嘗試智能設計”表達出了我們對于智能化建設與改造的另外一個(gè)重要認識與心得——智能制造要從產(chǎn)品的研發(fā)設計開(kāi)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)品的設計，設計中形成的固有技術(shù)缺陷是無(wú)法通過(guò)自動(dòng)化與信息化來(lái)解決的，這才是產(chǎn)品質(zhì)量和成本的根源所在。
在此基礎之上，如果實(shí)現了產(chǎn)品設計的數字化，就可以采用計算機輔助的性能仿真、DFx分析等工具手段，快速查找并解決問(wèn)題。
但是，在我國長(cháng)期以來(lái)存在著(zhù)研發(fā)與生產(chǎn)相脫節的現象。這種情況，在一些特殊企業(yè)顯得更為嚴重。曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)案例，將一個(gè)已經(jīng)定型的設計產(chǎn)品的PCB布局設計采用計算機進(jìn)行DFM（可制造性設計）數字化分析，竟然報出了上千項問(wèn)題項！
許多企業(yè)在數字化方面還普遍存在另外一個(gè)不完善的地方，即沒(méi)有真正將生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)設備數字化。具體現象是制造執行系統（MES）與生產(chǎn)設備沒(méi)有連通，生產(chǎn)數據與設備狀況需要人工錄入。
造成這種現象的原因有多種，例如：有的設備比較陳舊，不具備信息化接口；有的設備廠(chǎng)家不開(kāi)放其信息接口；有的是信息接口屬于設備選購項，而在設備采購時(shí)被忽略等等。
針對這些情況，在實(shí)踐中，我們采取了針對性的解決措施：
l 選擇接口開(kāi)放的設備廠(chǎng)商進(jìn)行合作；
l 采用標準化的接口方式。盡管許多設備廠(chǎng)，特別是國外設備廠(chǎng)商，有其自己的接口格式，但可喜的是，為滿(mǎn)足由于行業(yè)的需求，已經(jīng)出現了多個(gè)標準化的接口協(xié)議：如美國SEMI的GEM接口協(xié)議；美國IPC的CFX接口協(xié)議；日本機器人協(xié)會(huì )推出的ELS協(xié)議等；
l 付費購買(mǎi)廠(chǎng)家的接口許可或與廠(chǎng)家共同開(kāi)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，而應選擇具備軟、硬件集成能力，并具備總體規劃、頂層設計及實(shí)際實(shí)施能力，同時(shí)需具備行業(yè)經(jīng)驗的服務(wù)商，這樣才能達成預期中的智能工廠(chǎng)建設的目的。
4. 不重視MES的專(zhuān)業(yè)屬性
目前，國內MES公司非常多，產(chǎn)品價(jià)格也從幾十萬(wàn)到數百萬(wàn)不等。但總體來(lái)看，他們大都有一個(gè)共同的屬性：純粹的軟件公司。
同時(shí)，少數企業(yè)領(lǐng)導對于MES認識的還不夠深刻，認為它只是一個(gè)數據采集與追溯的軟件系統，更沒(méi)有將MES與制造的專(zhuān)業(yè)屬性相聯(lián)系。因此，某些有寫(xiě)軟件實(shí)力的企業(yè)，就自己組織人員進(jìn)行自我開(kāi)發(fā)，而沒(méi)有軟件實(shí)力的公司就考慮以盡量低的價(jià)格購買(mǎi)MES系統并快速完成實(shí)施。而幾年用下來(lái)的結果是，自己開(kāi)發(fā)軟件的企業(yè)（如文章前面提到的），由于缺乏對MES的全面理解，很多被開(kāi)發(fā)成極難擴展的項目型應用程序，無(wú)法適應企業(yè)不斷變更的工藝及企業(yè)擴展需求而進(jìn)退兩難。而那些用低價(jià)購買(mǎi)了MES的公司，由于這些MES服務(wù)商中很少有針對電子行業(yè)的版本及專(zhuān)業(yè)的實(shí)施人員，更談不上有針對本行業(yè)的工藝性模塊，最終有的因為非常不好用而放棄，有則不斷繼續付費進(jìn)行完善。用他們自己的話(huà)說(shuō)：MES的實(shí)施永遠在路上。
通過(guò)總結經(jīng)驗教訓，優(yōu)倍以自身近二十年的電子制造的基礎，并引進(jìn)了西門(mén)子、IPC等國際電子行業(yè)MES、電子工藝專(zhuān)家，在規劃、編寫(xiě)NP-MES之初，就特別注意了專(zhuān)業(yè)化與通用性的協(xié)調。采用了模塊化設計，配置靈活，部署快捷。
圖5 優(yōu)倍MES界面
并嚴格遵循標準要求，并且在數字化設計與導入模塊有獨到的技術(shù)設計，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、設備管理及可視化設計等。
同時(shí)，為深度體現電子制造專(zhuān)業(yè)化與標準化屬性，我們還依據國軍標、IPC等國內外主要標準，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、報廢等作了標準化的規定，極易與企業(yè)的生產(chǎn)相結合，實(shí)現在短期內充分落地。
三、 結論
總結在我們自己的企業(yè)——優(yōu)倍電氣的智能化改造，效果十分明顯。具體的實(shí)施項目和取得的業(yè)績(jì)簡(jiǎn)述如下：
優(yōu)倍電氣主要從事工業(yè)測控用安全儀表等產(chǎn)品的研發(fā)與制造。從2013年起，開(kāi)始進(jìn)行智能化改造，共采用了自行開(kāi)發(fā)的NP-MES、NP-PDM和金碟的ERP，通過(guò)五年來(lái)的不斷完善及深入應用，使得物料庫存下降了30%，準時(shí)交付率提升了20%，設備利用率提升20%?？梢暬潭忍嵘?0%。
總之，電子制造智能化建設并非無(wú)章可循、難以落地，這需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支持和良好的團隊配合，學(xué)習和總結前人的經(jīng)驗與教訓，科學(xué)規劃、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(lái)可觀(guān)的、實(shí)際的經(jīng)濟收益。
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