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際情況的建設與改造方案。本文在總結幾年來在多個實施案例的實踐經驗，從所遇到的幾個關鍵問題入手，在對進行分析的同時，提出了相應的解決方案。
關鍵詞：智能制造 生產執(zhí)行系統(tǒng)（MES） 數字化車間 可制造性設計（DFM）
引言
隨著《中國制造2025》建設的深入，智能制造理念已經得到普及，不少企業(yè)已經開始實施智能化改造，但更多的企業(yè)嘗試規(guī)劃的前期，尚無法確定未來最終的規(guī)劃目標。
眾所周知，實現智能制造的基礎是生產數字化，即用數字化對傳統(tǒng)的制造業(yè)進行改變，以實現主要生產要素之間、車間與車間之間、工廠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生產制造過程。
優(yōu)倍自動化系統(tǒng)有限公司應用于電子制造的專業(yè)化制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。該系統(tǒng)首先在自己的制造企業(yè)——優(yōu)倍電氣進行了落地實踐，又先后應用在了多個同類電子企業(yè)。
本文在總結了前期實踐經驗的基礎上，結合針對更多電子企業(yè)的調研與技術交流，著重分析了電子企業(yè)在智能制造建設與改造中所出現的幾個具有代表性的問題，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
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突出的特點：
1）分布廣泛，產品深入各行各業(yè)及消費品市場，容量巨大；
2）技術與材料涉及機、電、光、化、熱、軟/硬件等多個專業(yè)領域，工藝過程精密且繁雜；
3）自動化程度相對較高，但產品的質量要求、形式與批量變化很大；
4）技術迭代迅速，生產速度快，產品集成度高；
5）生產用設備“萬國”制造，造成其技術背景復雜，且水平差異較大。
因此，電子制造行業(yè)在進行智能化建設與改造時，必須注意如下幾點：
1）領導重視：電子企業(yè)部門與人員眾多，智能化建設可能會導致部門與人員的整合與縮減，阻力在所難免。因此，企業(yè)領導，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正確的道路、向著既定的目標發(fā)展。
2）全員參與：一定摒棄“智能化改造是信息化部門的工作”這種錯誤理念。因為涉及專業(yè)廣泛，且相互差異很大。只有全員參與，將不同的專業(yè)知識實現真實的數字化表達，才能實現真正的數字化車間與數字化工廠，為走向智能化奠定堅實的基礎。
3）認清自我：較高的自動化，并不意味著良好的工藝基礎。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，可能會很快被淘汰。
二、 智能化改造實踐中的問題：
如前所述，優(yōu)倍自動化在推出專業(yè)化電子智造NP-MES后，進行了一系列的落地實踐，兩次在NEPCON展會上組織展示了電子制造夢工廠項目。在以上多次實踐過程中，遇到了各式各樣的問題與困難，但經過努力均一一解決。因篇幅所限，本文將列舉幾項具有一定共性的問題進行探討：
1. 缺少完整的頂層設計與總體規(guī)劃
可能是由于國內智能制造專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(zhí)行落地時無從下手，甚至更多的企業(yè)不得不停下腳步觀望，即便開始著手規(guī)劃，也往往會忽視頂層設計與總體規(guī)劃，而是從車間最底層開始摸著石頭前行，但隨著工作的不斷深入，會感覺越來越困難重重。僅從信息化的規(guī)劃而言，其主要表現為：
1）生產設備無法接入信息網絡，從而形成了一個個信息孤島；
2）在進行橫向集成時，由于沒有統(tǒng)一的規(guī)劃與設計，通訊方式與接口協(xié)議各不相同，從而造成產線之間、車間之間無法互連，這又形成了一個個信息孤立的群島；
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展，同時也嚴重影響了工作熱情的持續(xù)性；
4）缺乏全盤考慮，制訂出科學的、兼容未來的編碼規(guī)則，而過于簡單或不統(tǒng)一的規(guī)則，不僅難以實現“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)倍通過自我實踐，并結合即將頒布的智能工廠、數字化車間等國家標準，總結了智能工廠層級關系與切實可行的實施規(guī)劃路線圖，如圖1、圖2所示：
圖1 智能工廠總體架構
圖2智能工廠分步實施方案
采用優(yōu)倍方案，企業(yè)從開始就可以看到自己的未來，并能夠腳踏實、一步一步向前邁進。
對照圖2可以看出，如果企業(yè)在尚未執(zhí)行或未完成一期工作時貿然突進，由于基礎不支撐，必然會不得不返回頭做重復的工作。
2. 沒有進行診斷與改善
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。但需要強調說明的是，我們這里所表述的精益化生產還包括生產工藝的合規(guī)性改善與技術提升。
北航的劉強教授就曾經提出過著名的“三不”原則：
l 不要在落后的工藝基礎上搞自動化
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、網絡化基礎上搞智能化
優(yōu)倍董事長董健先生，在深刻總結了目前國內制造業(yè)的特點后，又增加了一個“不”:
l 不要在落后的產品上嘗試智能設計
綜上所述，我們向業(yè)界推薦的實施智能制造的基本條件如圖3所述。
圖3 實施智能化建設與改造的基本條件
實踐中我們發(fā)現，確有企業(yè)沒有認識到基礎建設的重要性，在沒有進行改善的情況下開始了信息化。由于產品研發(fā)及工藝基礎比較薄弱，管理方面也有明顯的不足。盡管經過努力，基本實現了初步信息化。但是，依然沒有達成最終預期。但由于不敢于對已成雛形的信息化系統(tǒng)動大手術，只是隨著工藝與管理的改善進行了補丁式調整，幾經反復后，最終使得的信息化系統(tǒng)變得系統(tǒng)龐雜、運行緩慢、BUG頻現，最后又不得不忍痛放棄。
優(yōu)倍有自己的生產企業(yè)作為實踐基地，又匯集了行業(yè)的多名資深專家，同時又與眾多專業(yè)性咨詢服務機構建立了良好的合作關系。目的只有一個，幫助準備進行智能化建設與改造的企業(yè)進行診斷與改善，修補好2.0階段的基礎。
3. 數字化不完全徹底
上文談到，董健董事長增補的“不要在落后的產品上嘗試智能設計”表達出了我們對于智能化建設與改造的另外一個重要認識與心得——智能制造要從產品的研發(fā)設計開始做起，而產品研發(fā)是實施智能制造的先決條件。如圖4。
圖4 產品研發(fā)是實施智能制造的先決條件
產品質量的60%和成本的70%取決于產品的設計，設計中形成的固有技術缺陷是無法通過自動化與信息化來解決的，這才是產品質量和成本的根源所在。
在此基礎之上，如果實現了產品設計的數字化，就可以采用計算機輔助的性能仿真、DFx分析等工具手段，快速查找并解決問題。
但是，在我國長期以來存在著研發(fā)與生產相脫節(jié)的現象。這種情況，在一些特殊企業(yè)顯得更為嚴重。曾經有過一個案例，將一個已經定型的設計產品的PCB布局設計采用計算機進行DFM（可制造性設計）數字化分析，竟然報出了上千項問題項！
許多企業(yè)在數字化方面還普遍存在另外一個不完善的地方，即沒有真正將生產工藝與生產設備數字化。具體現象是制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與生產設備沒有連通，生產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；有的設備廠家不開放其信息接口；有的是信息接口屬于設備選購項，而在設備采購時被忽略等等。
針對這些情況，在實踐中，我們采取了針對性的解決措施：
l 選擇接口開放的設備廠商進行合作；
l 采用標準化的接口方式。盡管許多設備廠，特別是國外設備廠商，有其自己的接口格式，但可喜的是，為滿足由于行業(yè)的需求，已經出現了多個標準化的接口協(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)會推出的ELS協(xié)議等；
l 付費購買廠家的接口許可或與廠家共同開發(fā)接口。
因此，在選擇只能制造服務商時，不能采用單一產品的服務商，而應選擇具備軟、硬件集成能力，并具備總體規(guī)劃、頂層設計及實際實施能力，同時需具備行業(yè)經驗的服務商，這樣才能達成預期中的智能工廠建設的目的。
4. 不重視MES的專業(yè)屬性
目前，國內MES公司非常多，產品價格也從幾十萬到數百萬不等。但總體來看，他們大都有一個共同的屬性：純粹的軟件公司。
同時，少數企業(yè)領導對于MES認識的還不夠深刻，認為它只是一個數據采集與追溯的軟件系統(tǒng)，更沒有將MES與制造的專業(yè)屬性相聯(lián)系。因此，某些有寫軟件實力的企業(yè)，就自己組織人員進行自我開發(fā)，而沒有軟件實力的公司就考慮以盡量低的價格購買MES系統(tǒng)并快速完成實施。而幾年用下來的結果是，自己開發(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，很多被開發(fā)成極難擴展的項目型應用程序，無法適應企業(yè)不斷變更的工藝及企業(yè)擴展需求而進退兩難。而那些用低價購買了MES的公司，由于這些MES服務商中很少有針對電子行業(yè)的版本及專業(yè)的實施人員，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(xù)付費進行完善。用他們自己的話說：MES的實施永遠在路上。
通過總結經驗教訓，優(yōu)倍以自身近二十年的電子制造的基礎，并引進了西門子、IPC等國際電子行業(yè)MES、電子工藝專家，在規(guī)劃、編寫NP-MES之初，就特別注意了專業(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設計，產品的主要模塊包括了物料管理、產品工藝、生產管理、質量管理、設備管理及可視化設計等。
同時，為深度體現電子制造專業(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(guī)定，極易與企業(yè)的生產相結合，實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。具體的實施項目和取得的業(yè)績簡述如下：
優(yōu)倍電氣主要從事工業(yè)測控用安全儀表等產品的研發(fā)與制造。從2013年起，開始進行智能化改造，共采用了自行開發(fā)的NP-MES、NP-PDM和金碟的ERP，通過五年來的不斷完善及深入應用，使得物料庫存下降了30%，準時交付率提升了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章可循、難以落地，這需要專業(yè)的技術支持和良好的團隊配合，學習和總結前人的經驗與教訓，科學規(guī)劃、分步實施，才能逐步獲得最終的成功——那就是給企業(yè)帶來可觀的、實際的經濟收益。
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