大型企业多业态、离散型电装智能车间运营管理

李 婷，赵玉洁，童 辉

（中国电子科技集团公司第十四研究所，江苏 南京 210039）

1 引言

智能车间运营管理，是贯彻落实制造强国、数字中国战略的重要一环，也是传统制造向智能制造转型中的一个关键课题，更是制造业企业自身满足多任务需求、提升生产效率和降低生产成本的迫切需要，这对于承担多品种、小批量生产任务的“非标”企业而言尤为关切。十四所基于自身行业领先的数字化转型经验和智能制造深度运用实践，围绕智慧研究所整体构架，系统建设了具备运营层、控制层和设备层三个层级的电装智能车间，探索出了“人机协同、数字赋能、智能管理”为特征的智能车间运营管理模式，取得了显著的成效。

2 应用场景

十四所作为军工电子国家队，承担了一大批高端武器装备的研制任务，由此面临着军工产品典型的订单小批量、非标程度高和品种多样化等生产特点。以电子组装车间为例，车间长期面临着研制、批产、维保以及大修等多业态高度交叉的订单常态，生产对象复杂程度高，品种多样化水平高，工序连贯性差，不同形态的生产任务没有分线管理，产线柔性化、敏捷化程度不够，生产标准化、一致性较弱，人工成本高、生产效率较低下，成本效益急需提升。智能车间通过信息化数据采集分析，确保任务决策、生产组织、问题管控精准高效，促进管理优化和流程再造，提高产线柔性生产能力，提升车间运行效率和产品质量，适应离散型制造的任务需求。

3 核心做法

3.1 建立“智能管理”的组织方式，实现生产运营智能化

（1）建立一体化运营管理系统，智能管控生产计划

聚焦生产制造过程的问题现状，十四所打造生产计划管理一体化自适应的电装车间生产运营管理系统。一是通过连接各项业务单元之间的数据关系、逻辑关系，将生产运营过程中各业务单元之间的投入、转换和产出等横向相互依赖的关系整合集成；二是对企业级、车间级和班组级三级计划体系进行实时监控、联动及过程控制，实时掌控生产动态，采集生产过程数据，并根据生产异常变化，自主优化生产排产关键路径，识别最短周期和最优资源配置，减少人工干预；三是对生产过程异常停滞快速反馈、追踪、闭环处理并进行在线数据统计；四是实施文件无纸化，生产现场图样即时获取调用、信息精准推送，实现了上下贯通、敏捷高效和自主决策的生产运营管理。

（2）构建三级数字化看板系统，实时监测生产过程

为实现生产过程透明化、可视化管理，提高决策效率，十四所在电装车间内设置管理决策、产线监控和工位作业三级数字化看板系统，系统汇聚来自车间仓储、各生产线和各班组的生产信息，以图形化的车间模型为载体，以多维统计图表为展示形式，动态可视化展示与车间生产过程相关的各种实况信息。管理层通过可视化生产信息，对生产过程进行快捷管理，对生产异常作出快速决策；班组通过产线监控看板，快速了解人员到岗情况、订单完成情况、安灯看板以及齐套情况等；工人通过工位作业看板，实时查看岗位所需工艺文件、图样要求以及标准操作作业指导书，全面理解操作内容和要求。

（3）搭建“物联网+”物流管理系统，精准管理仓储配送

面向多业态、离散型的制造特征，针对物料管理不透明、配送不及时等影响电装车间高效运营的主要问题，十四所按照“分级存放、自主决策、精准配送”的原则，建设基于“物联网+”、具备智能仓储与智能配送功能的车间物流管理系统，实现了生产物料存储管理的透明化、配送指令和路径决策的自主化以及配送物料和工位匹配的精准化。

一是基于“物联网+”的智能仓储管理系统，以立体货架和智能货柜为载体，立体货架用于存放未来2～3天即将生产订单的物料和缺料造成的半成品生产订单物料，货位有唯一的二维码标签，通过扫码器采集物料信息，与物流信息化平台进行实时数据交互。智能货柜用于存放生产过程的辅料，通过与物流系统网络互联，实现货柜无人值守，物料智能存取。物料存取大数据信息可通过网络远程实时监控、查询和追溯，缺料自动报警、智能感知。多措并举，实现了仓储透明化管理，缩短物料发放的停滞和等待时间，实现电装车间物流高效协同。

母亲说：“睡不着啊，你说小宋会不会出啥事？她一个人带着那么多钱多危险哪。我这几天睡不好，血压有点高，起来找点药吃，听见你还在折腾。真没事？”

二是基于“物联网+”的智能配送管理系统，以数据为纽带，将计划下达信息、生产班组实时任务信息和物料库存信息等数据进行互通融合，可查询仓储管理系统所有货位对应的物料明细，自主决策物料配送时间和配送地点，并对AGV车、自动转运车调度和行进路线等进行统一规划管理，减少工位等待时间；同时，可将由于缺料导致停滞的半成品及时存放到车间缓存库，减少现场物料积压，避免生产混料。智能化物流管理系统实现了生产物料存储管理的透明化、配送指令和路径决策的自主化及配送物料和工位匹配的精准化。

3.2 打造“数字赋能”的驱动方式，实现生产管控数字化

十四所对生产过程、产品特性和人进行数字采集、数据交互、融合分析、知识应用和模型优化，形成电装车间“数字赋能”的驱动方式，实现生产运营全流程的数字化控制，主要做法包括以下三方面。

（1）生产要素自动化采集，跟踪追溯产品质量

基于数据采集与监控（SCADA）系统，十四所对生产过程中“人、机、料、法、环”五大要素数据进行定义、采集、管理、检索与统计分析，实时、精确地提供生产过程所产生的各类数据。以电子设备装配过程中焊装和螺装为例，项目实施前，传统产品制造过程中焊接温度和螺装转矩等信息无法实时采集与监控，产品质量无法跟踪与追溯；项目实施后，现场控温烙铁、转矩工具通过工业物联网与SCADA系统互联互通，采集的数据传至数据中心服务器，通过实时数据分析和利用，指导制造过程，严控制造质量，优化制造资源。

（2）产品特性数字化赋值，实现过程防呆防错

十四所针对电装车间产品的特点，基于三维装配工艺、三维布线工艺对产品实现过程进行模型化、数字化，形成各装配工序三维模型，对装配过程中多个关键阶段的产品特性进行数字化赋值。生产过程中，通过图像采集、成像等非接触式、高数高准确度视觉处理技术，使产品生产过程各个工序的半成品模型化，尺寸、外观、焊接、布线和装配等产品特性数字化。产品各工序数据同相应装配工序三维工艺模型数据进行自动比对和分析，判断两者差异、给出判定结果，同时利用图像处理技术进行缺陷标记，供装配人员进行问题早期查找和错误快速消除，实现生产过程智能防呆防错。

十四所从设计源头出发，对装备生命周期关键价值环节进行流程管控，提取信息，建设电装车间产品知识库模型，形成知识图谱，集成包括正向结果（检查数据、报告等）、异常信息（设计更改、质量问题、工艺问题和物料问题等）以及装配过程标准化作业规范（工艺、作业指导书、检查单、质量案例和风险防控清单等）。对高层次技能人才的技能经验进行提炼，将其模块化、数字化，形成复杂装配知识模型。

通过系统自动总结形成知识模型，十四所对知识进行自动推送和防错识别，无纸化终端平台根据产品、产线类型以及人员能力自动匹配并精准推送至操作者工作界面，作为装配指导依据。操作者在进行复杂布线等工序过程中，智能协同单元图像采集系统通过传感技术、视觉成像等手段对实物与知识模型自动比对，识别问题及时预警防错，极大提高了离散型制造过程效率和工作质量。

十四所以问题为导向，对知识模型连续优化迭代，通过对现场制造过程的监控和大量实时数据的分析，持续修正和完善现行制造工艺规范，提高车间的制造工艺水平；通过安灯问题管理平台推进知识库的不断积累、迭代和传承，逐步形成知识模型的自我优化升级。

3.3 确立“人机协同”的工作方式，实现生产作业敏捷化

基于多品种、小批量和变节拍的柔性生产需求，十四所以效益为中心，根据不同产品形态的离散程度，合理设计电装车间智能产线布局，把人和机器作为一个整体系统，通过交互和自适应，合理优化人机协同配比，确立人机协同的生产方式，实现生产运营敏捷化。

依据军工科研院所产品特点，十四所制定《十四所智能产线资源匹配策略》，将产品特征划分为课题型、研制型、研转批型和批产型四种类型，设定相应的成熟度级别，建立智能产线资源匹配原则，形成以自动化生产线、人机协作生产线以及智能装配单元为主体的人机协同工作方式。

（1）匹配大批量单一性产品，实现智能自动生产

针对大批量、规模化、工艺和流程相对单一的产品，十四所用智能化自动生产线代替手工操作，有利于提高生产效率，降低人工成本。一是梳理现有产品和未来需求，分析并拆分产品的结构组成；二是研究装配动作，提取大量动作数据，将其中简单、重复的动作识别出来，形成稳定持续的自动化装配单元；三是建设数据采集系统，产品装配程序通过扫码自动下载执行，实现装配过程中的装配转矩、胶量、压力和温湿度等关键工艺参数的实时采集、监控、记录和展示，形成集自动化与信息化相结合的智能生产线。相比传统的人工装配，智能化自动生产线的生产效率可提升10倍以上。

（2）匹配小批量、多工序产品，实现人机协作生产

军工电子设备结构复杂、工序多和生产周期长，若全部采用自动化生产设备，自动线将十分庞大复杂，受制于产品多样性，整条产线的利用率大大降低，且成本高昂。针对小批量、工艺装配难度中等及核心装配与简单重复装配穿插的生产对象，十四所打造人与机器相结合的柔性生产线，将人的核心技能价值最大化，将其中简单、重复、枯燥和危险的工序采用协作机器人完成，降低工人劳动强度，提升装配质量和效率。协作机器人执行程序通过扫码自动下载，装配过程的螺装转矩信息、胶结压力和温度参数等均通过传感器自动采集记录，机器人运行状态实时监控，自动故障报警，设备运行状态及产品进度通过产线看板实时展示。实现人与机器人的协同作业，总体产能提升1～2倍。

（3）匹配单件复杂性产品，实现智能装配单元生产

对于结构复杂、数量较少的电子设备采用细胞单元的方式组织生产，十四所建立由核心技能人员、集成智能化工具工装和数据采集系统组成的智能装配单元。智能装配单元集成了智能工具、图像及数据采集、可移动组合式工位、精密拧紧系统、防错报警以及信息化系统，装配过程的焊接参数、转矩参数等关键工艺数据可实时采集记录，与传统手工记录数据相比，数据采集系统采集更及时、更全面，数据存储更安全便捷，产品全寿命周期质量追溯可通过信息化系统大数据库便捷查询。通过三维装配仿真工艺可视化指导工人操作，三维数字化工艺输出的信息是数字化采集系统的基础数据，工人生产过程中实际采集的数据将与之自动比对，自动进行防错检查，提升装配效率和质量。

4 显著成效

多业态、离散型电装智能车间运营管理运行后，取得了显著成效。近三年完成产能连续增长10%～12%，人均产出增长10%以上。原始计划完成率始终保持在99%以上，一次校验合格率始终保持在99.99%，质量问题逐年下降50%。协同研发从设计源头减少滞留存货1 000余万元，调差补料同比下降18.5%，大额辅材节约200余万元。全自动生产线实现装配效率提高10倍，人机协作生产线产能提升1.3倍，智能装配单元实现关键生产数据100%采集。装备实现过程能力明显提升，装备研制周期由过去的6～8年缩短到2～3年。先后助力了军工电子、航空航天、兵器装备制造、造船及民用装备制造等装备制造业的智能化转型升级。一批员工获得“全国五一劳动奖章”“国务院特殊人才津贴”“全国技术能手”“全国青年岗位能手”“江苏工匠”“中央企业技术能手”等荣誉称号，车间获得“全国质量信得过班组”“江苏省工人先锋号”“南京市管理创新一等奖”等荣誉称号。

5 结束语

车间强，则企业强，车间智，则企业智。当前工业生产中，信息技术的应用正在从基于自动化技术节省成本的时代转向利用数字化、智能化技术进行价值创造的时代，新一代信息技术也正在与制造业进行更加广泛、更加深入的融合，为制造强国建设提供新动能。在这个大潮中，智能车间的运营管理显得尤为重要。十四所针对多业态、离散型业务特点进行的智能化、数字化和敏捷化运营管理，为行业内提供了一个可供示范的解决方案。