翟桂全

(南京電子技術(shù)研究所,江蘇 南京 210039)

0 引言

高端裝備制造業(yè)是推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的引擎,是提升國家產(chǎn)業(yè)核心競爭力的必然要求,是搶占未來經(jīng)濟與科技發(fā)展制高點的戰(zhàn)略選擇。近年來,隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,高端裝備制造業(yè)的數(shù)字化進程逐步深入,高端裝備得到加速研制與快速迭代。

復(fù)雜電子裝備是高端裝備制造的典型代表,隨著高端制造業(yè)的快速發(fā)展,新體制復(fù)雜電子裝備從單裝備的研制生產(chǎn)逐漸向多品種大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。為順應(yīng)新時期裝備建設(shè)發(fā)展需求,本文結(jié)合復(fù)雜電子裝備生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)活動中的痛點,簡述如何構(gòu)建復(fù)雜電子裝備的批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線,升級裝備批生產(chǎn)管理模式,以提升復(fù)雜電子裝備生產(chǎn)效率。

1 復(fù)雜電子裝備批產(chǎn)自動化產(chǎn)線構(gòu)建的背景

隨著復(fù)雜電子裝備快速迭代、效能需求持續(xù)升級,基于單裝備的傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式逐步顯現(xiàn)出產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)固化慢、制造成本高、生產(chǎn)周期長等問題。為順應(yīng)高端裝備制造發(fā)展趨勢,滿足持續(xù)升級的裝備制造技術(shù)與產(chǎn)能需求,對復(fù)雜電子裝備的批產(chǎn)測試現(xiàn)狀進行了分析。

1.1 批產(chǎn)計劃管理現(xiàn)狀分析

復(fù)雜電子裝備的批產(chǎn)管理包含了對裝備所有組成部件的生產(chǎn)管理,并基于裝備各級組成部件的工藝流程開展計劃排程、計劃執(zhí)行與計劃落實,整個過程涉及“人機料法環(huán)測”各維度的管理。在業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)上,裝備批產(chǎn)計劃管理主要涉及計劃主管部門、加工部門、測試部門與質(zhì)量檢驗部門,生產(chǎn)制造主體流程涉及組件/分系統(tǒng)/整機加工與裝配、分系統(tǒng)調(diào)試與檢驗、整機驗收與交付,整個業(yè)務(wù)活動具有種類多、產(chǎn)量大、跨部門、多角色等特點。面對復(fù)雜的裝備生產(chǎn)制造過程,批產(chǎn)管理面臨著計劃管理供給適配性低、過程監(jiān)測存在延遲和全鏈條協(xié)同優(yōu)化能力弱等難點。因此,急需優(yōu)化升級裝備批產(chǎn)管理模式,以提升裝備批產(chǎn)管理精細度,加快生產(chǎn)過程信息協(xié)同與問題處理效率,整體提升批產(chǎn)管理效能。

1.2 批產(chǎn)測試工位現(xiàn)狀分析

近幾年,隨著裝備批產(chǎn)任務(wù)量的急劇增長,基于各獨立的測試工位組織開展裝備批產(chǎn)集成調(diào)試已無法滿足裝備產(chǎn)能持續(xù)提升的需求,主要呈現(xiàn)出以下問題:

(1)隨著復(fù)雜電子裝備生產(chǎn)臺套數(shù)量增多,裝備測試工作量、試驗量大幅增加,導(dǎo)致各測試工位與測試設(shè)備資源緊張。

(2)批產(chǎn)集成調(diào)試工位的自動化水平不足,裝備測試與監(jiān)測仍高度依賴人工,人力資源投入大,整體效率低。

(3)不同裝備型號之間的測試設(shè)備、測試平臺的通用性與兼容性不足,各測試工位利用效率有待進一步提升。

(4)裝備測試工位未統(tǒng)一管理,各工位獨立開展測試工作,存在人員復(fù)用率低、資源調(diào)度周期長、工位運行透明度不足等問題。

因此,急需利用大數(shù)據(jù)、自動化等新興技術(shù),構(gòu)建裝備批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線,批產(chǎn)測試從獨立工位脈動式生產(chǎn)向流水化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。

1.3 批產(chǎn)物料管理現(xiàn)狀分析

在裝備批產(chǎn)集成調(diào)試過程中,各型號裝備需要集成所需物料。在制造運營系統(tǒng)中辦理了出庫流程后,物料的流轉(zhuǎn)、齊套、盤點等工作均由人工處理,并通過傳統(tǒng)的辦公電子表單進行記錄,處理效率低、易出錯。

因無信息化平臺統(tǒng)一管理,無法方便、快捷掌握物料在裝備批產(chǎn)中的齊套與使用情況,無法基于產(chǎn)品任務(wù)開展精準(zhǔn)的物料齊套和分配規(guī)劃,缺料信息傳遞滯后。因此,為順應(yīng)未來發(fā)展趨勢,需建立物料信息化管理,以實現(xiàn)物料精確分配、補料預(yù)警、物料自動化配送等功能。

1.4 批產(chǎn)測試數(shù)據(jù)管理分析

針對裝備批產(chǎn)過程中各測試工位產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)、工位運行數(shù)據(jù)、設(shè)備健康數(shù)據(jù)等,未整體規(guī)劃,缺乏統(tǒng)一管理,各類數(shù)據(jù)均暫存于各工位的調(diào)試設(shè)備與計算機中,主要問題如下。

(1)缺乏數(shù)據(jù)集中管理,測試數(shù)據(jù)暫存在調(diào)試計算機中,隨著時間推移,數(shù)據(jù)量逐年增加,存儲和維護效率低,數(shù)據(jù)容易丟失,數(shù)據(jù)檢索難。

相對濕潤度指數(shù)為某段時間的降水量與同時段內(nèi)潛在蒸散量之差再除以同時段內(nèi)潛在蒸散量得到的指數(shù)，該指數(shù)是以土壤水分收支平衡為基礎(chǔ)的干旱監(jiān)測指數(shù)，反映了作物生長季節(jié)的水分平衡特征，能夠客觀真實地反映干旱的發(fā)生強度，其計算公式如下:

(2)測試工位無數(shù)據(jù)自動采集、存儲手段,大部分?jǐn)?shù)據(jù)記錄、流轉(zhuǎn)與使用均由人工處理,效率低下。

(3)無集中監(jiān)測與控制手段,測試過程出現(xiàn)異動等情況,需依托各工位負(fù)責(zé)人現(xiàn)場識別,對人員要求較高。

(4)測試數(shù)據(jù)的利用率不高,存儲的數(shù)據(jù)未能在批產(chǎn)管理決策、裝備健康預(yù)警等方面充分發(fā)揮作用。

2 復(fù)雜電子裝備批產(chǎn)自動化產(chǎn)線的構(gòu)建

為順應(yīng)復(fù)雜電子裝備整體發(fā)展趨勢以及數(shù)字化發(fā)展新格局,需要聚焦裝備生產(chǎn)制造過程中存在的問題,開展裝備批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線研究與建設(shè),推進企業(yè)批產(chǎn)制造與管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。分別從裝備批產(chǎn)精細化管理、自動化工位改造、物料信息化管控、測試數(shù)據(jù)自動采集應(yīng)用等方面開展規(guī)劃與建設(shè),著力構(gòu)建完備可靠、先進適用、安全自主的裝備自動化測試產(chǎn)線,實現(xiàn)集成互聯(lián)、人機協(xié)作、數(shù)據(jù)貫通、資源調(diào)度、科學(xué)決策的裝備生產(chǎn)與管理。

2.1 實施精細化計劃管理

針對裝備批產(chǎn)數(shù)量多、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、計劃波動性大等問題,分別從建設(shè)計劃排程系統(tǒng)[1]與構(gòu)建精細化計劃管理模式兩個方面逐步推進批產(chǎn)精細化管理。

2.1.1 高級計劃排程管理(APS)

在裝備生產(chǎn)計劃排布時,僅基于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程進行粗放排布,缺少對生產(chǎn)過程中設(shè)備狀態(tài)、人員安排、物料齊套等信息的計算和分析,形成的計劃條目穿透性弱、精準(zhǔn)性低。面對復(fù)雜電子裝備生產(chǎn)過程變化多、計劃波動大、資源調(diào)配延遲高等問題時,無法有效滿足裝備生產(chǎn)的管理需求。因此,圍繞裝備任務(wù)目標(biāo),依據(jù)產(chǎn)品各項組成部件的工藝路線,建設(shè)基于人力資源、調(diào)試設(shè)備產(chǎn)能和產(chǎn)品齊套情況等要素的高級計劃排程系統(tǒng)。在有限資源下,以滿足裝備交付節(jié)點為目標(biāo),開展計劃分析與推演,形成符合批產(chǎn)集成調(diào)試現(xiàn)狀的生產(chǎn)計劃,同時提供靈活的調(diào)整功能,有效提高生產(chǎn)計劃的精細度與準(zhǔn)確度,為任務(wù)拉動和推進做出合理的決策支撐,確保裝備目標(biāo)任務(wù)完成。

2.1.2 優(yōu)化計劃管理模式

圖1 復(fù)雜電子裝備的精細化計劃管理流程

2.2 構(gòu)建自動化測試產(chǎn)線

為有效應(yīng)對復(fù)雜電子裝備任務(wù)形勢,選取近幾年產(chǎn)能需求大的典型裝備,利用工業(yè)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、自動化等新興技術(shù),試點開展裝備批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線建設(shè),構(gòu)建設(shè)備互聯(lián)、工位集中控制、被測件自動測試、數(shù)據(jù)自動采集存儲的產(chǎn)線模式,大幅提升裝備批產(chǎn)效能。

2.2.1 工位互聯(lián)、集中管控

整合工位與設(shè)備資源,將原工位獨立、信息隔離的產(chǎn)線運行模式升級為資源統(tǒng)籌、信息互聯(lián)的運行模式,從而實現(xiàn)產(chǎn)線資源的智能化調(diào)度、生產(chǎn)工序的全過程管控、運行問題的智能化分析。同時,在滿足現(xiàn)有裝備生產(chǎn)的基礎(chǔ)上開展測試系統(tǒng)升級改造,以兼容后續(xù)新型裝備生產(chǎn),提升產(chǎn)線整體柔性化和自動化水平。

開發(fā)裝備產(chǎn)線自動化測試系統(tǒng)和控制中樞,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中液冷、電源和試驗箱等狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測,對不同測試通路的切換和增益進行自動調(diào)節(jié),并實時采集運行數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù),根據(jù)實時數(shù)據(jù)進行自動測試控制、異常報警、緊急下電等操作。

2.2.2 運行監(jiān)測、看板展示

開發(fā)產(chǎn)線智能化綜合看板,并在現(xiàn)場配置大屏進行展示,主要對產(chǎn)線的裝備任務(wù)、工位運行、設(shè)備運行等情況進行動態(tài)展示[2],能穿透至單個裝備的物料齊套信息、計劃排程以及工位資源分配等信息。各項展示信息均來自測試產(chǎn)線實時產(chǎn)生的數(shù)據(jù),通過控制中樞傳輸至綜合看板系統(tǒng),進行自動統(tǒng)計與分析,實現(xiàn)產(chǎn)線信息可視化、信息傳遞快捷化、任務(wù)執(zhí)行透明化,大幅提升生產(chǎn)過程管理效率。

2.3 推進高效的物流管理

裝備批產(chǎn)過程涉及被測件的物料、工裝等實物的齊套、流轉(zhuǎn)與裝配,物料種類多、位置變動頻繁,通過人工建賬、手動分配已無法滿足裝備批產(chǎn)任務(wù)形勢。為提升裝備生產(chǎn)過程的物料管理效能,建設(shè)物料管理信息化手段,對裝備生產(chǎn)所需的物料進行全過程流轉(zhuǎn)管控[3],提高產(chǎn)線物料配送和狀態(tài)透明度。

2.3.1 建設(shè)物料管理信息化手段

裝備生產(chǎn)所需物料進入產(chǎn)線現(xiàn)場后,由現(xiàn)場負(fù)責(zé)人接收并放置于現(xiàn)場庫存區(qū)域,根據(jù)現(xiàn)場運行情況開展物料齊套與搬運,產(chǎn)線物料管理效率較低。因此,首先對裝備生產(chǎn)產(chǎn)線現(xiàn)場進行布局改造,根據(jù)物料的流轉(zhuǎn)情況構(gòu)建暫存庫與線邊庫;同時,開展信息化手段建設(shè),對物料進入產(chǎn)線現(xiàn)場后的流轉(zhuǎn)與信息進行信息化管理,形成由裝備生產(chǎn)訂單驅(qū)動的物料信息化管理,實現(xiàn)產(chǎn)線實物的齊套、出入庫與盤點,提高產(chǎn)線物料和成品的出入庫管理及配送管理水平。

2.3.2 提升物料管理智能化水平

在實現(xiàn)裝備物料齊套與分配的基礎(chǔ)上,開發(fā)產(chǎn)線缺料與壞料的預(yù)警功能,減少因缺料等原因?qū)ψ詣踊瘻y試產(chǎn)線的流水節(jié)拍影響,縮短等待時間,提升物流管理與產(chǎn)線運行效率。

開發(fā)產(chǎn)線物料與測試部件信息的統(tǒng)計、分析與展示功能,可快捷、清晰地查詢物料各項信息,實現(xiàn)對自動化產(chǎn)線批產(chǎn)物料分配的輔助決策,減少生產(chǎn)等待,提升批產(chǎn)計劃下達的準(zhǔn)確性和可執(zhí)行度,減少重復(fù)性勞動,釋放測試人力資源,提升產(chǎn)線管理效率和計劃管理水平。

2.4 推進數(shù)據(jù)自動化采集

在裝備批產(chǎn)過程中會產(chǎn)生各類型數(shù)據(jù),包括測試指標(biāo)數(shù)據(jù)、測試原始數(shù)據(jù)、工位運行數(shù)據(jù)、設(shè)備在線數(shù)據(jù)等。建設(shè)產(chǎn)線數(shù)據(jù)自動化采集手段[4],并基于數(shù)據(jù)開展資源、計劃、運行、質(zhì)量等多維度綜合分析與展示。

2.4.1 建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與接口

針對復(fù)雜電子裝備的測試數(shù)據(jù)采集,開展數(shù)據(jù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)研究,建立規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的裝備測試數(shù)據(jù)證書,包括數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)項目、數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)要求等要素;針對數(shù)據(jù)自動采集手段方面,建立標(biāo)準(zhǔn)化的采集方式、采集接口、數(shù)據(jù)存取策略、數(shù)據(jù)容錯處理機制,確保自動采集系統(tǒng)的通用性與兼容性。

2.4.2 基于工業(yè)網(wǎng)建立數(shù)據(jù)采集平臺

針對產(chǎn)線中的生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表等調(diào)試平臺,通過接口數(shù)字化改造,接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在產(chǎn)線運行過程中,各工位開展裝備分系統(tǒng)與整機的自動化測試,產(chǎn)生的測試原始數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、產(chǎn)線運行數(shù)據(jù)等均實時采集到信息化系統(tǒng)中進行存儲與集中管理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備各類型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功能,可實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的信息搜索和查詢、測試指標(biāo)數(shù)據(jù)的趨勢分析和展示;系統(tǒng)具備基于算法模型的數(shù)據(jù)分析功能,輔助開展裝備故障判斷、排故引導(dǎo),為調(diào)試和保障人員提供技術(shù)支撐,為批產(chǎn)管理提供輔助決策。

3 復(fù)雜電子裝備批產(chǎn)自動化產(chǎn)線的應(yīng)用

近幾年,裝備制造企業(yè)的某型裝備產(chǎn)能需求逐年遞增,原有的生產(chǎn)測試模式已經(jīng)無法滿足批產(chǎn)任務(wù)要求。因此,以該型裝備為試點,分別從批產(chǎn)管理模式、測試工位、物料齊套與配發(fā)、數(shù)據(jù)采集等方面開展痛點分析與整體規(guī)劃,形成了裝備自動化測試產(chǎn)線建設(shè)方案,并建立了基于典型復(fù)雜電子裝備的批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線。目前,該產(chǎn)線已上線運行使用,具備指標(biāo)測試無人值守、多工位一體化控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、計劃排程實時更新和運行問題報警等能力。

該批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線的建設(shè)與運行降低了批產(chǎn)測試人力資源投入,管理模式與產(chǎn)品測試更加高效,大幅提升了裝備生產(chǎn)效率,切實解決了生產(chǎn)過程變化多、交付周期準(zhǔn)點難、現(xiàn)場調(diào)試效率低、資源調(diào)度延遲高等問題。經(jīng)過實際運行驗證,該型裝備測試人員投入整體減少60%,測試效率提升5倍,裝備整體產(chǎn)能翻番。

4 結(jié)語

對某型復(fù)雜電子裝備的批生產(chǎn)情況進行深入分析,以問題為導(dǎo)向,開展批產(chǎn)計劃、工位、物料與數(shù)據(jù)管理的需求梳理,形成裝備測試產(chǎn)線建設(shè)目標(biāo)。通過優(yōu)化批產(chǎn)管理模式,并利用信息化手段構(gòu)建形成了復(fù)雜電子裝備批產(chǎn)自動化測試產(chǎn)線,已在制造企業(yè)的批產(chǎn)部門內(nèi)推廣運行,有效提升了復(fù)雜電子裝備的批產(chǎn)測試與管理效能。