中国电科43所智能制造建设历程

    2017年7月6日，由e-works数字化企业网主办的“第十四届中国制造业管理信息化大会”在合肥市成功召开。中国电子科技集团第43所信息化办副主任程琨在会上做了关于《中国电科43所智能制造建设历程》的专题演讲。

中国电子科技集团第43所信息化办副主任程琨

    一、自动化建设的历程

    1.43所概况

    43所属于中小企业，隶属于中国电子科技集团公司。成立时间1968年，接近五十年的发展历程使企业在军工、电子元器件方面发展比较好。总资产17亿元，职工团队1432人。43所主要的产品有：SiP产品，混合集成电路，封装外壳，AlN特种材料元件，专用装备。

    2.自动线建设初始设定

    2011年43所提出“三自”工程：自动化产线、自主创新电源、自主核心芯片。当时还没有中国制造2025概念，提出三自工程不光是为了生产线建设，还要重点解决产能和产品质量问题，2012年完成产线定义，建设一条H级混合集成电路自动化组装生产线，涵盖厚膜、薄膜和LTCC三种基板的电路组装。

    3.自动线建设专题

    43所在自动化工程这一块做了很多专题研究，设定的目标是满足未来十年的业务发展需求。在DFM设置上，43所选择了产品的特征、工艺的特征和自动化产线特征来确定整个工艺的流程，优选库以及图设计规范。在整个自动线路建设这一块，43所建立了相对完整的系统，总共覆盖十一个方面的领域，这种体系的文件保证生产线正常稳定的运行。

    4.自动线建设体系

    在整个生产的验证上线这一块，43所形成了完整的自动生产线的基线覆盖体系，在每个工序用什么样的材料，用什么样的稳当材料去管控它，通过一个体系去管控可以让生产线按照设想去实施。

    5.自动线建设成效

    在2015年，43所基本建成了自动生产线，形成了77份文件，在相关自动化工艺里面形成了4项专利和20项技术，第一次在国内用机器人进行微组装，在MES领域搭建了工厂建模、工厂管控等等。在2016年的时候，工厂现在实现了场地缩小三分之一，人员所少30%，产品直通率提高5个百分点，生产周期缩短30%。

    二、智能车间建设思路

    1.业务需求

    43所的定单是以定制为主，2016年43所累计交付16.34万只电路产品，有四千多个任务，典型的多品种小批量、以定制为主。
 
    同时定单当中夹杂很多个性化需求，所以需要对质量、进度、成本做更多的平衡，比如批次管理，在军工体系里要求同一批物料同一批生产、包括同一批检验。43所最多的产品一年订货批次是20多批，如果分开做的，相当投四千个产品出去，要尽可能整合批次，整合物料，整合生产。

    2.信息化基础

    43所经过多年建设，已形成相对完备的设计、仿真平台和科研生产管控平台。但管理信息系统多是在“十一五”期间建设，信息系统的在可扩展性、可集成性、健壮性等方面都难以满足智能制造需求（图1）。

图1 43所管理信息系统现状      

    3.定位

    智能车间是集成工艺流程、智能制造装备/生产线、智能决策系统、仓储/物料系统的生产单位。智能车间的特征是以产品数据、优化的工艺流程、协调的智能成套设备为核心，采用数字化、信息化、网络化、自动化和人工智能技术，实施获取、分析和处理车间信息，为实现产品全生命周期各个环节动态优化目标而采用的一种先进制造模式。

    智能车间要能够显著提高运行效率，实现敏捷、柔性的定制化生产，提高产品质量和可靠性，满足武器装备多品种、小批量的生产需要。

    4.建设思路

    在整个这样的需求指导下，43所提出了按照“1234”的建设思路，在混合集成电路现有自动化组装生产线基础上，构建四个平台，推进三个转变、促进纵横向集成，建设符合43所业务特点的混合集成电路智能制造车间。

• 建设1个车间：建成具有数字化、知识化、柔性、透明四大特征的混合集成电路智能制造车间；
• 促进2个集成：从订单到交付的纵向集成，从虚拟制造到实物制造的横向集成；
• 推进3个转变：运营模式转变，研发模式转变，制造模式转变；
• 构建4个平台：运营管控平台，虚拟制造平台，高精密组装实物制造平台，基础设施和信息安全平台。

    5.四个平台

    构建四合平台具体内涵如下：

   （1）运营管控平台

    打通产品数据管理、工艺数据管理、运营计划管理、制造执行管理的运营管控体系，实现由订单到交付、由设计到交付的纵横向集成。

   （2）虚拟制造平台

    构建数字化工艺设计与仿真平台：利用数字化虚拟制造平台，解决产品由EBOM向PBOM再向MBOM转化。优化工艺规划，提升产品可制造性，缩短产品制造周期。

• 在工艺仿真方面：区别与整机应用。重点不在装配仿真。重点在生产过程仿真和工厂布局仿真。
• 产能平衡和混线生产：通过共线产品工序节拍相近（设计）、多品种生产能力互补（排程问题）、产线工序能力动态调整（现场管控问）来实现产能平衡；规避工作时间切换线，要求产品具备在一定时间段内多品种的物料，工艺参数、工装夹具、环境的承载能力来实现混线生产。

   （3）高精密组装实物制造平台

    在实物制造这一块，规划了工厂的两层结构，一层作为物流体系建设，二层为组装生产线，采取全集成连线的方式（图2）。

    在生产线这一块43所做了大量的研究，例如在工站设计方面，做了包括识别、拾取、自主执行、在线检测、报工/报警、自主路径选择等功能。

图2 智能车间三维布局示意图    

  （4）信息基础设施与安全平台

    为智能车间提供基础的运算能力、信息交互能力、存储能力、容灾能力、网络安全、系统安全、数据安全。既确保网络安全、系统安全、数据安全，又保障信息数据准确有效传递。信息基础设施与安全平台的跨网络集成设想内涵如下：

• TIA与MES协作管控；
• 跨网络信息交互（工控网+涉密内网）。

    6.研究课题

    光有这些体系，这些软件硬件还是不够，所以在整个的课题研究这一块也补充了一些，比如产品全过程结构化管理，包括设计、AOI的测试算法优化、产品工艺结构化的模型以及检验模型等等一系列的工作，具体如下。

• 管理提升：包括产品全过程结构化管理，制造现场精益生产改造，多品种小批量的生产排程规则，复杂批次管理的MRP运算规则；
• 设计制造：包括可制造性设计规范的持续优化，AOI在线测试的测试算法优化，混合集成专用设备的智能管理，检验自动化、批测试技术研究，机器人的扩展应用，防呆防错体系的优化；
• 信息化：包括信息化建设与管理提升的匹配，信息系统互连互通标准、方法，数据跨系统变更管控，复杂系统、网络、硬件运维管理，网络、数据中心运维与安全管控。

    三、经验分享

    对于中小型企业来说，信息化需要有一个长期的规划和方式来做。当时43所定了一个目标、两个基础作为支撑，分布的建设，还融入了相关的建设需求和构建相关的平台。对于供应商要选择一个志同道合的伙伴，建立长期战略合作关系。同时，在整个系统这一块，团队合作是更多的关注点。对中小企业来说，需要有一定规模的自主团队，也需要建立大量的外部社会支撑力量，来共同建设信息系统。

    本文根据中国电子科技集团第43所信息化办副主任程琨在“第十四届中国制造业管理信息化大会”上的发言整理而成，未经本人确认。