電子企業智能工廠信息系統建設
一、案例簡介
該案例圍繞智能工廠生產管理信息化架構，以生產過程的端到端數據貫通為目標，建設車間三維看板系統（WVS）、車間運營管理系統（MOM）、物流管理系統（WMS）、數據採集系統（SCADA）四大信息系統，構建車間生產管理數據交換體系，實現基於大數據[1]的車間運營管理。通過智能排程與調度、生產過程自適應、生產過程智能化、智能測試的全過程集成，實現IT（信息技術）與OT（運營技術）的緊密融合、虛擬世界與物理世界的映射與閉環驅動，實現生產過程全面信息採集、可視化生產監控和一體化製造運營管控，達到車間管理數字化、生產決策智能化。
二、案例背景介紹
中國電子科技集團公司第十四研究所（簡稱「十四所」）作為我國電子裝備工業的發源地，國家諸多新型、高端電子裝備裝備的創始者，一直堅持走自主創新發展之路。該電子裝備在國內始終處於引領者地位，產品地位突出。隨着系統集成度和複雜度的不斷提高，致使生產工藝路線越來複雜、裝配精度和可靠性要求越來越高，交付周期卻越來越短。傳統的研製生產過程存在的問題越來越突出，主要表現為：
在製造技術發展方面，資源和計劃調度依賴人工經驗，信息化手段不足，生產計劃排程精細化程度不夠，動態響應能力不強，導致車間作業管理效能不高，無法滿足高精度自動化裝配、高密度高集成裝配、生產過程管理與控制智能化的需求。
在產能提升方面，十四所電子裝備產能需求逐年遞增，而傳統生產過程中，作業高度依賴人工，工藝設備配置率低，自動化水平低，導致裝配生產效率不高，迫切需要持續加強電子裝備的生產能力建設。
在質量提升方面，傳統生產過程中，質量數據採集以人工記錄為主，數據採集覆蓋不全，生產過程數據採集率低，信息孤島化現象嚴重，質量數據集成分析能力弱，過程控制及追溯能力不強，質量管控能力不足。迫切需要持續提升過程質量管控的自動化、信息化、智能化水平，適應新時代武器裝備全生命周期質量管控要求。
在國家政策背景和內外部環境變化的推動下，基於以上業務痛點，採取智能製造等新技術、新方法、新思路來升級現有產品研製生產模式成為十四所發展的迫切需求。依託十四所技改項目建設和國防基礎科研項目研究，面向電子裝備裝備多品種、小批量、變節拍的柔性生產需求，建設「管理智能化+過程數字化+設備自動化」的智能車間，打造具有現代企業特徵、核心競爭力國內一流、行業引領示範的離散型電子裝備智能工廠標杆，有效提升複雜電子裝備產品研製效率和產品質量，縮短產品研製周期，助推裝備製造業的高質量發展。
三、案例應用詳情
1）車間製造運營系統（MOM）建設
建設面向製造全過程的統一的車間製造運營管理MOM系統，具備車間級生產管理、資源管理、質量管理、物料管理等功能，實現與PDS系統、ERP系統、WMS系統數據交互，信息共享共用，實現台套-訂單-工序三級縱向計劃和車間之間橫向關聯計劃的管控，大幅提升電子裝備生產計劃準確率、裝配質量和資源綜合利用率。
達成工藝流程、自動化物流與現場生產管理三者的高度融合。
貫通敏捷化的精益生產管控流程，打通訂單計劃和執行結果在生產現場的閉環反饋渠道，實現對變更的及時響應和準確預測。
通過信息系統構建生產問題反饋機制，將不同車間、不同專業和各部門之間架設起信息互聯橋樑。
支撐管理層的快速反應和準確決策能力，針對問題做出行之有效的調度決策，消除生產等待。
製造運營管理系統架構
車間三維看板系統以生產活動為主線，基於車間三維虛擬模型，實時獲取MOM系統、數據採集系統中的生產計劃、生產過程執行、設備運行狀態、關鍵工藝參數等信息，以生產活動為主線，從車間、產線、單元三大維度對與生產活動相關的產品、資源和流程進行全方位展示：
各工位裝配進度、測試進度展示
針對智能車間內各生產線中的主要自動化裝配、測試單元中的生產設備、測試設備、物流設備、檢測設備等實現運行狀態監控和可視化展示。
對計劃執行情況、質量控制情況、物料齊套情況、場地資源使用、資源使用狀態、生產問題處理等車間整體運行狀態進行分析，並按需圖形化、表單化等多維度、多視角、多形式地展示。
對產線的運行工藝、節拍進行仿真，實現對生產線運行狀態的預判。
2） 智能物流管理系統建設
按照「分級存放、準點配送」原則，建設車間物流管理系統，實現生產物料在車間入庫-上架-出庫-交接-分揀-配送的全過程、物料-人員-倉儲設施等生產要素的統一管理和調配，實現車間級物料信息化管控；打通與MOM、ERP等系統的數據鏈路，實現訂單驅動的工位級拉動式齊套，提高物料配送準點率。
智能物流管理系統包括倉儲管理和車間配送管理兩個部分。車間倉儲管理分為物料緩存庫和線邊暫存庫管理，在物流管理系統可以查詢緩存庫、線邊庫所有貨位對應的物料明細；車間配送管理將對AGV車、自動轉運車、周轉車的調度和行進路線等進行統一規劃管理。依託MOM系統，根據批產生產線工位物料計劃，實現各製造單位間物料數據橫向貫通，提升物料齊套和配送效率，為智能工廠一體化建設奠定基礎。
3）車間數據採集系統建設
基於智能車間的信息化架構，通過車間生產基礎網絡環境的建立，構建車間生產現場綜合數據的交換，實現生產執行數據、質量控制數據、生產管理數據的採集、傳遞和分析；生產現場數據經過處理或直接、按需傳遞至製造運營管理系統、物流管理[2]、車間三維看板等系統，為智能車間生產管理提供數據基礎，實現智能車間生產管理的有序透明化、生產過程和質量數據可追溯，全面提升智能工廠的管控能力。
4 ） 全層級智能車間建設
針對電子裝備多品種變批量、研製與批產並重的生產需求，圍繞電子裝備各層級組成，開展微組裝、電裝及總裝總調全層級智能車間建設，打造國內一流的離散型智能示範車間，助推重點型號裝備的科研生產。
依據「產品聚類分析、工藝流程再造、生產布局優化、產線手段升級、網絡化信息化提升」的車間建設思路，圍繞十四所電子裝備核心專業領域及其生產能力規劃，重點打造總裝總調、電裝和微組裝全層級智能車間。
打造「數字貫通，智能管控、綠色低耗」為特徵的總裝數字孿生示範車間，實現了設計端、工藝端、生產端數據貫通融合，關鍵數據採集率100%，質量一次合格率優於99%，產能提升5倍以上。
建成以「人機協同、數字賦能、智慧管理」為特徵的電裝智能車間，根據產品形態和批量的不同，優化人機協同配比，建立全自動生產、人機協作生產、智能裝配生產三類工作模式，裝配效率提升50%，產能提升4倍以上，並形成軍工電裝智能製造產業的示範。
建成國內首個微波組件智能製造示範車間，通過智能排程與調度、生產過程自適應、智能測試全過程集成，滿足多品種、變批量、柔性混線生產需求，實現組件裝配質量在線精確預測，滿足產品生產全流程追溯，產能提升10倍以上。
四、創新性與優勢
1）實現了基於信息-物理融合的數字化車間全流程縱向貫通
提出了複雜電子裝備數字化車間體系架構和數據流模型，突破了信息物理融合關鍵技術，解決了車間內部信息孤島問題，實現了數字化車間製造運營管理系統向上與企業管理層資源計劃系統、產品全生命周期管理系統以及向下與物流管理系統、數據採集與監控系統的縱向集成與貫通。
2） 實現了多源異構數據採集與融合處理
結合二維碼、電子標籤、傳感器等物聯網手段，突破了車間裝配過程多源異構數據感知、集成和分析等關鍵技術，開發了一套硬、軟件相結合的數據採集與監控系統，實現了車間內人機料法環等全類別數據實時採集與管理，為車間生產排程與調度、物料跟蹤、質量追溯、設備管理等提供有效數據支撐。
3）實現了面向混線生產的計劃排程與動態調度
基於多品種、變批量複雜電子裝備柔性混線生產需求，提出了基於多工位關聯的單元化節拍生產機制，突破了基於模塊化擾動事件動態調度技術，形成了面向複雜電子裝備離散生產環境計劃排程與動態調度系統；實現生產線資源的柔性配置，動態組合生產線以支持不同產品的需要，實現共線和混線生產需求，隨時響應生產線問題而不被約束。
4）實現了車間製造現場三維可視化監控
基於數字孿生理念的數字化車間可視化監控系統架構，以車間生產物聯網、數據採集系統、MOM、WMS等為基礎，構建基於虛實映射的車間三維可視化展示平台，具備三維動畫、車間整體運行狀態、產線級運行狀態、單元級運行狀態、場地管理、車間布局、AR/VR接入等功能，實現車間運營過程的有效管理，全面提升智能車間的管控能力。
五、案例應用效益分析
建設成效：
智能工廠的建設引發了十四所科研生產管理流程的變革，實現了產品研發、生產、保障全壽期精益化管理。在生產製造方面，形成了「數字化協同製造模式」和「無紙化生產現場管控模式」，優化了生產計劃安排，提升了製造資源利用效率，生產周期縮短35%以上；綜合保障方面，建立了產品設計保障一體化協同平台以及產品全壽期綜合保障數據中心，為未來遠程化、智能化維修奠定基礎。
在「全數字、全互聯、全智能」的新模式下，對工廠進行全面科學管控，大幅度提升車間計劃科學性、生產過程協同性、生產設備與信息化系統的深度融合度，利用大數據技術和工藝專家知識體系，通過深度挖掘和關聯分析，進行科學決策。與一般電子產品相比，十四所生產電子裝備集成度高、工藝複雜、混線品種多，十四所的智能工廠實現了精益化管理和柔性化生產，有效提升了產品的性能，達到了管理高效、計劃調度協調統一、生產狀態和信息化數據可控等建設目的，生產效率提高35%以上，產能提升2倍以上，滿足了市場對產品的交貨期和質量的高指標要求。
同時，基於智能工廠的建設實踐，組織構建了電子智能製造標準體系，引領和規範了電子行業智能製造的發展，有力助推了十四所高質量完成多個重大項目研製。
參考文獻
- ↑ 什麼是大數據？我們來科普一下，搜狐，2022-10-21
- ↑ 什麼是物流管理，物流管理是做什麼的 ，搜狐，2020-09-16