多品种小批量电子产品制造数字化智能化研究与探索

王湘，龚弦，左彩红，周瑞浦，梁金木，施立红

（重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030）

近年来，随着人工智能、大数据、物联网、云计算等新一代信息技术的深入研究和广泛应用，电子商务、交通物流、航空航天、消费电器、5G 通信等行业进入了新一轮快速发展周期，人们的生活方式也随之发生了巨大的变化，信息化、数字化、智能化是这种改变的显著特征。在这一轮科技革命浪潮中，特别是受国际政治经济形势变化和各国产业发展战略调整的影响，我国的制造业面临产业转型升级高质量发展的重大历史机遇和压力。面对更为复杂的全球竞争，只有不断提升制造企业研发、生产、管理水平，在发展动能、质量把控、生产效率等方面变革提高，才能提高企业的核心竞争力，进而占领行业的制高点。

长期以来，劳动力和土地等要素成本较低是我国制造业在国际产业分工的基础性优势，但是随着我国制造业人力成本的逐年上涨，在一定程度上弱化了这种竞争优势。因此，依靠新一代信息技术推动制造业的转型升级，培育并形成新的竞争优势已逐渐成为业界共识。具体到电子设备生产制造企业来讲，如何在设计生产协同、物资生产协同、检验生产协同、调度生产协同等方面提高协作效率，在产品贴片、装配、接线、调试等工序环节提高工作效率，在生产仪器设备、订单进度状态等生产设备和生产过程监控上提高管理效率，是制造企业特别是多品种小批量电子产品制造企业所面临也亟需解决的问题。

1 制造业发展及其数字化智能化进程

制造业按照发展阶段分为四个时代：手工业时代、机器时代、信息时代、大数据时代。在制造业手工业时代，信息都是以纸质为载体而存在的，信息技术和制造技术很难整合在一起。在两次工业革命后，蒸汽动力、石油电力、风力水电的普及，给制造业的机器化提供了比人力更有效的动力，使得生产效率大大提升。进入信息时代后，通信和互联网快速发展，信息流动速度加快，网络覆盖更广。在大数据时代，通信设备以及用于自动智能化机器流动出各行各业的“大数据“，如何获取和处理这些数据，从而为企业经营决策提供科学支撑，是这个时代制造业数据信息驱动的目标。

制造业发达国家近年来对于发展或重塑各自的制造业愈发重视，也陆续发布了相应的发展目标和规划。德国在2013年汉诺威工业博览会上正式提出工业4.0，通过CPS（Cyber-Physical System）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。2012 年2 月美国提出“先进制造业国家战略计划”，一方面调整、提升传统制造业结构及竞争力，二是发展高新技术产业，提出发展包括先进生产技术平台、先进制造工艺及设计与数据基础设施等先进数字化制造技术。与德国提出的工业4.0 相对应的，美国的叫做“工业互联网（Industrial Internet）”。日本也在2018 版的《日本制造业白皮书》中，提到其本国的自动化产品竞争激烈，难以形成高的附加值，希望通过自动化与数字化融合解决该问题。我国于2015 年5月由国务院总理李克强签批发布了《中国制造2025》，全面推进实施制造强国战略，要促进制造业数字化、网络化、智能化，走创新驱动的发展道路。

2 多品种小批量企业的数字化智能化改造

目前生产类型大致分为三种：大量流水生产、多品种小批量生产和单件生产。当下中国制造业多集中在多品种小批量生产企业，这种生产方式开始占有越来越重要的地位。与大量生产方式相比，其效率低、成本高，不易实现自动化，生产计划与组织较复杂。很多企业的计算机应用还处在单项应用阶段，信息孤岛仍然存在，各计划之间不能做到密切衔接。如何运用先进的制造技术和管理技术提升多品种小批量管理生产制造车间，提高生产各工序的工作效率，成为研究和应用的热点问题之一。数字化、智能化与传统的制造技术相结合开创了一种新型生产方式，也为上述问题提供了一种解决途径。有的企业通过对设备参数、产品参数的采集与统计分析，抽象出生产系统模型的输入数据，通过建立仿真模型并运行数据分析，了解生产系统的瓶颈工序。有的企业基于工业互联网平台实现协同设计、智能排产和工业大数据分析，这种平台集成了PLM、ERP、MES、PLC 等异构系统，以数据驱动，打通从“需求订单-资源调配-优化排产-协同研发-智能生产-智能服务”的数据链路。有的企业运用数字化工具和智能装备，进行数字化工艺、模拟仿真、生产监控和智能换型切换实现新能源变速器的智能制造。有的企业通过数字化智能系统构建，把各种生产方式固化在软件里，用各种自动化机器设备取代人力，把所有的人、机、料、法、环、IT 信息系统、自动化设备系统互联。

3 结合公司实际的相关实践探索

在生产过程数字化和智能化的发展升级过程中，我公司也作了许多改进和探索，下面列举一部分例子。首先，在制造的调试工序环节加强了自动调试工装和测试软件的研发和应用，通过编写上位机软件程序和设计调试工装电路，实现了部分设备的调试自动化。其次，在生产过程管控环节自主研发了工艺共享平台，生产过程问题可实时在线记录，批次生产问题总结共享可评估，常规问题处理方法可在线查看，将过去纸质或半信息化的数据存储和处理方式通过网络和数据库进行升级替换。另外，公司自研的科研生产管理系统与外购ERP系统结合，通过系统间接口的访问调用，将生产管理、物资管理、订单管理相结合，在投资较小的情况下实现一体化管理。

4 结论

多品种小批量模式下的制造企业，一方面需要借助新一轮信息技术提升生产效率、管理水平和产品质量，另一方面也需要在投入产出之间进行充分平衡考量。企业需要准确评估从订单-计划-采购-研发-生产-检验-交付等各环节，找到最需要借助信息系统、物联网、人工智能等技术改进管理方式和生产方式的地方，还需要结合自身企业当前的设备、系统、人力资源等因素选择合适的解决方案。