十四所：构建柔性智测车间，赋能复杂微波组件智能制造升级

一、企业简介

       中国电子科技集团公司第十四研究所（简称“十四所”）始建于1949年，是中国雷达工业的发源地，国家诸多新型、高端雷达装备的始创者。现有职工7000余人，拥有业内领先的顶尖科技人才，其中中国工程院院士2名，国家、省部级有突出贡献中青年专家150余名。十四所牢记党和国家赋予的神圣使命，服务国家安全，在电子信息装备的研发、设计、制造、服务的一体化业务中具有领先的核心能力和国际竞争力，前后在“两弹一星”“载人航天”“三峡工程”等诸多国家重点工程中承担关键任务，屡次受到党中央、国务院、中央军委的表彰和嘉奖，累计获得国家级科技奖项70余项，一批先进项目获得“全国十大科技成就”“国家科技进步特等奖”等奖项。

       十四所坚持推动探测感知领域创新链与民品产业链深度融合，依托军工科研优势打造了芯片和片上系统、民用雷达和系统、行业智慧化应用（智能制造、智慧轨道、智慧显示）等产业生态链。
 
二、企业在智能制造方面的现状

       十四所以构建高质量、高效率、低成本、高柔性、短周期的研制模式为目标，以精益思想为指导，以业务深度融合为导向，持续开展“数智研究所”建设，推动制造模式向数字化、智能化转型升级。

       在设计方面，应用了电讯、结构、场等专业的仿真工具，建设了数字化样机，实现产品的快速仿真迭代；在管理方面，建设了OA系统、ERP系统、LMS系统和成本核算系统等，实现了流程与成本的精细化管理；在制造方面，建设了MOM系统、车间SCADA等系统，建成了复杂电子组件智能制造车间，助力产品零部件和整机装配。在基础设施方面，建设了私有超算、智算中心，为设计数字化、产线数字化等提供算力支持。在知识积累方面，建设了档案管理平台、在线学习平台、工艺数据挖掘系统等，实现了知识智能分析与归档管理。

       十四所近年来在智能制造方面持续投入，主导了智能制造领域的部分国家和地方标准的制定，为江苏省复杂电子装备智能制造技术标准创新基地，先后在“2023-2024智慧企业建设创新案例”获得“标杆案例”，入选工信部“新一代信息技术与制造业深度融合‘数字领航’企业名单”和“智能制造试点示范工厂揭榜单位”，入选国务院国资委“国有企业数字化转型典型案例”，获得国家级管理创新成果一等奖1项、二等奖1项。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

       1.项目背景介绍

       复杂微波组件是相控阵雷达天线阵面的核心部件，负责雷达波束的发射与接收工作，具有结构复杂、多学科交叉、指标要求严苛、质量管控严苛等特点。随着相控阵雷达功能及性能进一步提升，相控阵雷达向高端化方向发展，微波组件车间基于信息化、自动化、数据分析等技术，建设柔性、透明、智能、高效、协同、可预测的生产模式，对产品质量、成本、能效等完成闭环、持续优化的提升。复杂微波组件具有多品种、变批量、产研共线测试的特点，通过以点带线，多线成面的车间战略规划，建设复杂微波组件柔性智测单元、人机协作智测产线、数字化智测车间，实现复杂电子装备方式的测试转型，提升装备测试效率和质量，打造国内一流、行业先进的微波组件智能测试示范车间，提升十四所核心竞争力。

       2.项目实施与应用情况详细介绍

       2.1 智测车间体系框架

       基于十四所微波组件高质量测试管控要求及十四所智能测试整体规划，构建“设备互联、工作协同、智能决策”三级的微波组件智能测试车间，完成测试数据采集、分析、决策与控制，实现生产管理数字化、生产过程协同化、决策支持智能化。

        设备互联层作为智测车间基础层，改变设备孤岛式生产模式，发挥设备集群化的生产潜能，构建单元级、产线级、车间级的设备网络化、集群化、智能化的生产管理模式，实现产品在硬件设备工控链路全生命周期的数据采集记录；工作协同层进行车间级测试业务上下游联动协调，基于数字化协同执行系统对设备进行可视化、智能化管理与预测性维护，对实时的生产数据实现网络互通并进行工艺参数优化，对生产资源和物料流转进行实时动态的调配；智能决策层基于十四所企业级MOM、PDS等系统实现各车间订单计划管理，生产与设计、生产与质量协同管控。 
 
       本项目对车间和线体物流智能化、微波组件测试自动化、测试及状态数据判定智能化、动态排程及车间管控系统智能化进行建设，智测车间能够全流程测试自动化运行、智能化数据分析与闭环控制、可视化监控，切实提升智测车间运行效率及测试质量。

       2.2 智测车间数字孪生

       2.2.1 快速重构，敏捷测试

        针对微波组件多品种变批量的产品特点和生产过程混流测试的情况，实现“测试线自动化物流可重构、布局与规划快速重构、生产管控系统快速重构”三级快速重构，满足不同产品的柔性协同的智能测试模式。
 
       通过建设模块化和透明化的仓储物流系统，规划智能AGV、传送带等物流设备的路径自适应控制，实现测试产品和物料的调度优化、物流的可拼接化和物料-测试工位匹配的精准化，实现物流自动化柔性配送；基于测试产品、测试工位、设备等车间实体要素信息和设备物联、设备参数配置、业务相关数据等车间非实体要素的生产资源信息，实现自动生成虚拟产线模型及虚实映射规则的自动化重构方案，有效提高管理决策的实时性和有效性和产线动态可重构的响应能力；基于模块化开发的低代码平台和非关系型数据库的数据湖技术，使用模块可视化流程设计技术实现管控流程快速构建，实现智测管控系统从数据到流程、监控的全面高效的快速重构敏捷测试。

       2.2.2 数据赋智，精益测试

       聚焦车间工业大数据，基于生产类数据、设备类数据及外围数据  等多源异构数据，通过数据采集、数据挖掘、数据分析、过程监控、数据可视化、历史追溯、预测性分析等手段，应用计划排程系统(APS)、制造执行系统(MES)、数据采集与控制系统(SCADA)、生产管控系统(TMS)、智能物料管理系统(WMS)等信息化系统，实现虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化，从智能排程到条码关联，从自动装夹、数据采集到自动报工、数据分析，极大提高了车间自动化测试能力，改变了数据分析模式，将事后分析转换为实时同步与反馈。在大数据的赋能下，智能测试可以计算出高效的测试方案，在线故障诊断、预测和判故处理，进一步提升测试过程的稳定性与自适应性，实现智能测试与大数据深度融合的全面感知的数据赋智精益测试。
 
       2.3 智测车间柔性产线

       2.3.1 车间级柔性数字化平台

       围绕微波组件多品种、变批量、产研共线测试等特点，以建设人机协同、数字赋能、智慧管理的车间级柔性数字化平台。
 
       通过建立适用大批量的智能化自动测试产线和适用小批量的智能协作测试产线，按自动化设备工作时间占比算，应用产品平均达到95%，人员配置由原来的8人/线降低至2人/线，人员降低3/4；实现智测车间部分工段黑灯作业，为进一步打造“自动化设备单机成线，无人值守的黑灯车间”奠定夯实基础；建立数字赋能的驱动方式，通过测试数据自动化采集和测试要素实时展示的方式，为产品特性数字化赋智，全面实现生产管控柔性数字化；通过测试过程采集的人机料法环等要素信息，结合智慧物流、智能管控等信息化系统，实现车间级全要素数字化，形成柔性数字化智测车间协同管理。

       2.3.2  单元级柔性数字化平台

       基于实时的智测自动化设备采集的测试产品数据等信息，构建单元级柔性数字化平台，将智测个体单元集群化，依托强大的快速重构和数据赋智能力，实现全面感知、实时监控的单元级测试生态体系，推动了测试过程的精细化管理与优化，显著提升了测试效率与资源利用率，通过精细化管理及数字化平台仿真推演，实现了部分高价值仪表多个测试站点的时分复用，将单套智测单元仪表建设成本降低65%。
 
       微波组件测试具有维度多、类别多、精度要求高、匹配性高等特点，为了满足产品混线测试和快速重构要求，面向多品种复杂微波组件结构形态，开展制造过程中结构误差分析以实现复杂微波组件高精度安装，开发气液程控切换装置实现微波组件自动放液等创新性技术应用，建设了复杂微波组件柔性装夹平台，实现了测试中的自动化装夹与测试，显著提升了测试过程效率；针对微波组件快速准确定位电性能指标测试中故障点的问题，智测车间基于大数据分析和神经网络等技术建立复杂微波组件故障智能诊断系统，基于测试数据及故障逻辑规则自动建立标准化故障模式列表并实现故障模式自动生成，大幅度降低了人工依赖度。

       2.4  智测车间智慧物流

       面向多品种、规模化并行、混线测试的复杂微波组件测试特征，微波组件智测线物流采用自动化柔性配送，通过物流信息管理系统、柔性物流自动化执行装置、物流设备路径自适应控制等高效运营的方式，形成车间级物流自动化解决方案，实现微波组件生产物料和工装夹具的自动化配送、信息自识别与生产管理系统集成应用。

       基于厂房管理要求，为适应不同产品周转及现场快速叫料需求，采用仓储物流、线边物流、生产物流形式构建智测物流系统；仓储物流为立体库物料/成品/半成品的自动化存储及出入库，采用CTU和叉车形式，实现周转箱敏捷高效的快速周转；线边物流实现车间内物料暂放与转运，采用潜伏式AGV，实现周转车自动在立体库与测试线之间配送；物流设备执行过程中由于外界环境产生的波动条件下，实现视觉传感自动识别和物流设备对周围环境的感知，采用基于模糊控制决策法的实时路径设计优化，实现物流设备行走路径的自适应控制。
 
       2.5  智测车间智能管控

       微波组件测试生产线管控的需求，为实现微波组件智测车间感知、分析、决策、控制的总体闭环,进行混线微波组件智能识别、测试过程数据实时分析、微波组件生产线可视化监控以及面向多扰动因素的多任务动态调度。基于微波组件测试线智能管控系统，实现接收上层MOM等信息管理系统的生产指令、进行各订单的工艺详细配置、组织多测试站点/单元工作、实施生产过程和质量状态管理、动态调整生产线计划等功能。

       2.5.1  订单设备测试排程

       针对微波组件生产线的订单任务开展业务现状分析、扰动事件类型以及调度约束的分析，建立多扰动复合事件下的调度处理方案；基于测试单元的实时数据，实现对生产任务的动态工作量评估和动态能力评估并构建动态调度处理模型。
 
       2.5.2  测试案例关联分析

       基于智测车间采集的设备、测试等数据进行数据的整合、挖掘，将微波组件的生产过程信息、关键工艺参数以及质量检验信息等进行逻辑关系的建立，形成工艺知识库或者工艺专家模型，为微波组件测试线的智能管控及各生产单元内部的自适应决策控制提供基本数据支持。
 
       3.效益分析

       复杂微波组件智测车间建设以来，通过课题及技改等智能制造方面累计授权专利7项，软件著作权4项，发表学术论文12篇，提出标准1项，建设生产线3条，实现了测试核心软件及智能管控的国产化替代，形成智能制造核心竞争力，为解决我国智能制造核心产品的“卡脖子”问题贡献十四所力量。

       1）经济效益

       智测车间建设完成后复杂微波组件实现了按需配送，精准物流；测试工艺在数字车间反复迭代后投产使用；测试自动化率提升至95%以上，部分工段实现了黑灯作业，实现绿色制造；故障件维修数据挖掘，减少人员需求，降低了对人员能力要求，智能诊断测试使得效率整体提升50%以上，单套单元建设成本降低65%，产品一次交检合格率为99.8%。

       2）社会效益

       复杂微波组件智测车间建设过程中，突破多项智能测试技术关键技术，在产品互联装夹、智能物流与管控等取得多项成果，相关成果已在中国电子科技集团公司第十四研究所军用、民用雷达及通讯设备等领域重点型号产品上得到了工程应用。基于本项目，十四所获得江苏省企业管理现代化创新成果一等奖1项，南京市企业管理现代化创新成果3项。本项目的研究成果在电子装备行业具有通用性，目前南京天朗电子装备有限公司、南京国睿微波器件有限公司、南京高喜电子有限公司、南京国睿安泰信科技股份有限公司等多家企业都应用了本项目的研究成果，推进了我国复杂微波组件测试模式的升级。