電子信息行業(yè)基本情況及生產(chǎn)特點(diǎn)
行業(yè)基本情況及生產(chǎn)特點(diǎn)
電子信息產(chǎn)品是指涉及電子信息的采集、獲取、處理或控制方面的電子產(chǎn)品，如電子元器件、電子信息材料、手機(jī)、電腦、視聽產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)及通信設(shè)備等。電子信息產(chǎn)品屬于知識(shí)、技術(shù)密集型產(chǎn)品，其科技含量較高；產(chǎn)品注重質(zhì)量、節(jié)能和環(huán)保，并遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)；產(chǎn)品競爭激烈，升級(jí)換代迅速。
中國電子信息產(chǎn)業(yè)是經(jīng)濟(jì)總體中的朝陽行業(yè)，總體規(guī)模位居世界第二，僅次于美國。中國在手機(jī)、電腦、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備及產(chǎn)品方面世界總量第一，并在固定電話、移動(dòng)電話和互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)量上領(lǐng)先全世界，同時(shí)擁有全球最大的信息通訊網(wǎng)絡(luò)。
2017年9月，工信部發(fā)布《中國電子信息產(chǎn)業(yè)綜合發(fā)展指數(shù)研究報(bào)告》，該報(bào)告顯示，2016年中國電子信息產(chǎn)業(yè)主營業(yè)務(wù)收入達(dá)到17萬億元，是2012年的1.55倍，年均增速11.6%；2016年電子信息產(chǎn)業(yè)利潤總額達(dá)到1.3萬億元，是2012年的1.89倍，年均增速17.3%。
電子信息產(chǎn)品細(xì)分種類眾多，產(chǎn)品間差異大，不同產(chǎn)品其制造工藝過程不盡相同，但一般都遵循模塊化設(shè)計(jì)與模塊化生產(chǎn)制造理念，涵蓋模組、部件到整機(jī)的生產(chǎn)全流程。電子信息產(chǎn)品制造一般工藝流程如下：
圖 電子信息產(chǎn)品制造工藝流程
一般工廠根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)訂單量、產(chǎn)品生命周期、工藝過程特點(diǎn)等因素，綜合考慮生產(chǎn)效率及投資效益，確定產(chǎn)品生產(chǎn)制造模式的基礎(chǔ)上建設(shè)產(chǎn)品生產(chǎn)線。整體上看，電子信息產(chǎn)品制造呈現(xiàn)出3種不同的制造模式：面向大規(guī)模產(chǎn)品的流水線制造模式、面向訂單拉動(dòng)產(chǎn)品的單元生產(chǎn)制造模式、面向單一高價(jià)值產(chǎn)品的手工生產(chǎn)制造模式。
面向大規(guī)模產(chǎn)品的流水線制造模式，指的是采用工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化專機(jī)、特定生產(chǎn)裝備等，組建自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序的自動(dòng)化、無人或少人化生產(chǎn)作業(yè)。采用自動(dòng)化流水線制造方式，可以大幅提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期，減少在制品占用量和運(yùn)輸工作量，降低生產(chǎn)成本。但是自動(dòng)化設(shè)備初期投資大，而且設(shè)備多為專門定制，不能及時(shí)地適應(yīng)產(chǎn)品產(chǎn)量變動(dòng)、品種升級(jí)和技術(shù)更新。所以，自動(dòng)化作業(yè)方式，主要適合于種類單一、產(chǎn)量大、壽命持續(xù)時(shí)間長、工藝簡單穩(wěn)定的產(chǎn)品的大規(guī)模產(chǎn)品的制造。
面向訂單拉動(dòng)產(chǎn)品的單元生產(chǎn)制造模式，是指生產(chǎn)線按照流程布局成一個(gè)完整的作業(yè)單元，作業(yè)員在單元內(nèi)進(jìn)行目標(biāo)為“單件流”的作業(yè)，也稱之為單元生產(chǎn)方式。該生產(chǎn)模式，通過單件生產(chǎn)、Cell單元化布局、多能工培訓(xùn)、減少中間在制品、消除批量周轉(zhuǎn)、追求零故障等措施，可以大幅縮短生產(chǎn)交付周期，節(jié)省不必要的材料和中間組裝環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)換，可以根據(jù)產(chǎn)品需求情況調(diào)整Cell單元數(shù)量，從而迅速適應(yīng)市場訂單品種和數(shù)量的變化。所以，單元生產(chǎn)制造模式，非常適合基于訂單拉動(dòng)的多品種、小批量、短交期的產(chǎn)品制造。
面向單一高價(jià)值產(chǎn)品的手工生產(chǎn)制造模式，就是基于人工作業(yè)方式。主要特點(diǎn)是以人工生產(chǎn)為組合，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量和交付周期受到工人技能水平、工作狀態(tài)、工藝復(fù)雜程度等多種因素影響。但是，對(duì)于單一高價(jià)值產(chǎn)品，特別是在產(chǎn)品加工、組裝、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，無法采用自動(dòng)化裝備實(shí)現(xiàn)，必須人工主觀判斷或檢驗(yàn)的節(jié)點(diǎn)，都需要采用人工作業(yè)。所以，人工作業(yè)，主要適合產(chǎn)量小、產(chǎn)品加工裝配工藝復(fù)雜，或者需要人工進(jìn)行主觀判斷分析的場合。
流水線生產(chǎn)、單元生產(chǎn)、手工生產(chǎn)這三種制造模式，在電子信息產(chǎn)品制造中廣泛存在，都具有各自的應(yīng)用場景和具體需求。但是，僅僅只是生產(chǎn)方式的調(diào)整和升級(jí)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)電子信息產(chǎn)品制造的根本性的變革。只有所有生產(chǎn)設(shè)備、過程環(huán)節(jié)與資源，和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的充分結(jié)合，消除信息壁壘，實(shí)現(xiàn)所有要素的互連互通，才能為電子信息產(chǎn)品的智能化生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
電子信息行業(yè)
對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的業(yè)務(wù)需求
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是由智能機(jī)器、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)及應(yīng)用等構(gòu)成的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器與機(jī)器、機(jī)器與人、人與人之間的全面連接與交互。這種互聯(lián)不僅是數(shù)據(jù)信息流的簡單傳遞，而是融合了智能硬件、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)等技術(shù)，使單一機(jī)器、部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能控制延伸至生產(chǎn)全過程。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展提供支撐，是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)制造發(fā)展的新階段。
傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程協(xié)同只能在企業(yè)內(nèi)部各個(gè)部門之間、不同車間之間實(shí)現(xiàn)小范圍協(xié)同。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)突破了時(shí)空界限，集成了供應(yīng)鏈、客戶關(guān)系、制造執(zhí)行、企業(yè)資源等系統(tǒng)，為整個(gè)供應(yīng)鏈上的企業(yè)和合作伙伴搭建了信息共享平臺(tái)，將生產(chǎn)過程協(xié)同擴(kuò)大到了全供應(yīng)鏈條甚至是跨供應(yīng)鏈條上，實(shí)現(xiàn)了全生產(chǎn)過程資源的網(wǎng)絡(luò)化配置，可實(shí)現(xiàn)社會(huì)化協(xié)同生產(chǎn)。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)極大地依賴固定生產(chǎn)線，能源、原材料、機(jī)器、設(shè)備組和其他生產(chǎn)設(shè)施均按照最大生產(chǎn)需求配置，在閑置生產(chǎn)時(shí)段易造成極大浪費(fèi)，生產(chǎn)過程中也無法靈活調(diào)整分配。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)條件下，通過互聯(lián)將智能控制鏈條延伸至生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，推動(dòng)生產(chǎn)流程向可通過軟件定義、管理和執(zhí)行的智能化方向轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
傳統(tǒng)電子信息產(chǎn)品制造中自動(dòng)化生產(chǎn)、單元生產(chǎn)、手工生產(chǎn)方式與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，將通信信息技術(shù)與電子信息產(chǎn)品制造相融合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備健康管理、人機(jī)一體化協(xié)同作業(yè)、生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯、產(chǎn)品生命周期質(zhì)量管理，從而優(yōu)化對(duì)裝備和資源的使用，推動(dòng)生產(chǎn)和運(yùn)營的智能化，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)成效和社會(huì)價(jià)值。
流水線生產(chǎn)中的設(shè)備健康管理
在電子信息產(chǎn)品制造中，自動(dòng)化流水線制造模式，實(shí)現(xiàn)大批量、標(biāo)準(zhǔn)化、持續(xù)不斷的生產(chǎn)，需要依賴于大量生產(chǎn)裝備進(jìn)行，其對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)狀態(tài)、保養(yǎng)情況等，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的管理和監(jiān)控；一旦因設(shè)備管理不善導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)、貴重設(shè)備提前報(bào)廢、產(chǎn)品質(zhì)量隱患或安全事故對(duì)企業(yè)造成的損失往往是巨大和難以承受的，為使這些設(shè)備保持健康運(yùn)行狀態(tài)，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)制造成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)和健康發(fā)展，就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康管理。
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并結(jié)合采集到的設(shè)備故障信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的健康管理和可預(yù)測性維護(hù)，以較少的投入，大大延長設(shè)備的技術(shù)壽命、經(jīng)濟(jì)壽命和使用壽命，為企業(yè)產(chǎn)生檢修效益、增產(chǎn)效率和安全效益，使企業(yè)保持良好的經(jīng)濟(jì)效益。
單元生產(chǎn)中的人機(jī)協(xié)同一體化
電子信息產(chǎn)品制造目前呈現(xiàn)出復(fù)雜化、非結(jié)構(gòu)化、柔性化和隨時(shí)可能改變尺寸形狀等特點(diǎn)，在自動(dòng)化流水線生產(chǎn)或單元作業(yè)方式中，單純依靠機(jī)器來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化生產(chǎn)，其解決方案難度和成本將會(huì)是巨大的；另外在高精密裝配上，無論機(jī)器怎樣發(fā)展，都有它的局限性，遠(yuǎn)不及人的靈活性。即便是那些已有大量操作依賴機(jī)器的企業(yè)也發(fā)現(xiàn)，機(jī)器靈活性不足以也難以適應(yīng)不同的生產(chǎn)作業(yè)以及意外情況，仍需要人員針對(duì)不同的任務(wù)或花費(fèi)昂貴的離線時(shí)間對(duì)機(jī)器進(jìn)行重新設(shè)置。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人機(jī)數(shù)據(jù)交互，在確保安全的前提下，可以消除人與機(jī)器的隔閡，將人的認(rèn)知能力及靈活性與機(jī)器的效率和存儲(chǔ)能力有機(jī)地結(jié)合起來，以人機(jī)協(xié)作方式，提升整個(gè)產(chǎn)品制造的生產(chǎn)力及質(zhì)量，將成為當(dāng)前企業(yè)智能生產(chǎn)的一個(gè)重點(diǎn)研發(fā)和突破領(lǐng)域。
流水線生產(chǎn)中的質(zhì)量管理和追溯
電子信息產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中，從來料、配送、生產(chǎn)、裝配到發(fā)貨各環(huán)節(jié)，整個(gè)過程經(jīng)人為分割，導(dǎo)致各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)無法有效銜接及利用。
基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可獲取全生產(chǎn)過程的材料質(zhì)量數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可進(jìn)行質(zhì)量問題的根因分析，發(fā)現(xiàn)并消除質(zhì)量管理環(huán)節(jié)中存在的漏洞，也可運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析工具建立質(zhì)量預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問題的提前預(yù)警，為生產(chǎn)提供決策服務(wù)。
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID及二維碼等技術(shù)與電子信息產(chǎn)品制造過程的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全生產(chǎn)過程關(guān)鍵工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)及操作情況等數(shù)據(jù)的標(biāo)記及采集，從原材料供應(yīng)、生產(chǎn)的各工藝環(huán)節(jié)直至產(chǎn)品的最終交付，使整個(gè)鏈條的所有環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)彼此建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，在任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)質(zhì)量異常時(shí)，均可精確追溯到前段任意工藝環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，來獲取異常原因。可運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析工具建立質(zhì)量預(yù)測模型，主動(dòng)分析原材料質(zhì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)設(shè)備工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)變化等，發(fā)現(xiàn)潛在質(zhì)量問題，提前進(jìn)行預(yù)警及解決。
實(shí)施案例：高產(chǎn)能的全自動(dòng)化生產(chǎn)線馬達(dá)健康管理實(shí)例
整條產(chǎn)線包括機(jī)臺(tái)上的36臺(tái)伺服馬達(dá)、傳送帶上的20臺(tái)交流馬達(dá)以及多路徑傳送帶上的5臺(tái)交流馬達(dá)。如下圖所示的產(chǎn)線傳送帶的一小段為例，傳送帶上有6臺(tái)馬達(dá)，每臺(tái)馬達(dá)都有獨(dú)立的配電裝置，內(nèi)含電壓、電流偵測裝置，通過電壓電流轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)通訊主機(jī)(E-Gateway)；每臺(tái)馬達(dá)上都安裝溫度、振動(dòng)傳感器，將溫度和振動(dòng)頻率轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后傳送到同一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)通訊主機(jī)(E-Gateway)。每一臺(tái)馬達(dá)都配有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)通訊主機(jī)，這樣馬達(dá)之間的信號(hào)不會(huì)受到干擾，無論是SCADA系統(tǒng)還是手機(jī)，都可以接收到馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)信息。具體系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。
圖 馬達(dá)健康管理實(shí)施案例
通過這套智能馬達(dá)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控馬達(dá)的溫度和振動(dòng)頻率，從而顯示出馬達(dá)低額運(yùn)行的狀況、故障次數(shù)和日/月用電報(bào)表并發(fā)出告警信息。
綜上所述，運(yùn)用設(shè)備健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)可視化，工作人員提前得知設(shè)備的健康狀態(tài)，提前購買、準(zhǔn)備設(shè)備及其零組件，在設(shè)備出現(xiàn)問題之前就對(duì)其進(jìn)行維修、更換，避免因設(shè)備突然出現(xiàn)問題而造成的產(chǎn)能損失，提高設(shè)備稼動(dòng)率，達(dá)到提質(zhì)增效的目的；也能提前安排工作人員的工作，提高人員工作效率，進(jìn)而降低人力成本。
細(xì)化應(yīng)用場景一：設(shè)備健康管理
設(shè)備健康管理是通過整合設(shè)備管理的規(guī)章制度和管理流程，緊密圍繞設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測、維修、使用和工廠環(huán)境等信息，運(yùn)用智能現(xiàn)場系統(tǒng)對(duì)涉及設(shè)備健康的因素進(jìn)行全面分析和管控，運(yùn)用智能排程系統(tǒng)對(duì)維修活動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化排配。設(shè)備健康管理通過更好的信息可視化、可預(yù)測性和簡化作業(yè)流程來提高設(shè)備的可靠性和績效，減少設(shè)備停機(jī)造成的生產(chǎn)延誤，提高生產(chǎn)線性能；通過預(yù)測和認(rèn)知分析加快設(shè)備維修進(jìn)度。
因此，設(shè)備健康管理主要有以下兩個(gè)功能：
1）故障預(yù)測：預(yù)計(jì)、預(yù)警、診斷部件功能的狀態(tài)（包括確定部件的剩余壽命和正常工作的時(shí)間段）;
2）狀態(tài)管理：根據(jù)診斷、預(yù)測信息、可用資源以及使用需求對(duì)維修活動(dòng)做出適當(dāng)?shù)臎Q策，確定是否更換設(shè)備、更換其零組件或者正常維護(hù)。
設(shè)備健康管理主要分為四個(gè)層次：邊緣層、Iaas層、Paas層和應(yīng)用層。如下圖所示：
圖 設(shè)備健康管理實(shí)施架構(gòu)
邊緣層包括設(shè)備現(xiàn)場作業(yè)、設(shè)備參數(shù)的修改和硬件維護(hù)；
Iaas層、Paas層包括FA/MES/SCADA等智能現(xiàn)場管理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)和APS智能排程系統(tǒng)；
應(yīng)用層包括ERP系統(tǒng)，設(shè)備在線采購以及實(shí)時(shí)監(jiān)控。
設(shè)備健康管理的流程如下：
1&2）智能現(xiàn)場系統(tǒng)通過在設(shè)備上安裝的傳感器，實(shí)時(shí)收集設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；一方面，通過手機(jī)或顯示器接受智能現(xiàn)場系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，工作人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀況，另一方面，將設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送到大數(shù)據(jù)平臺(tái)；
3&4）大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和仿真模擬；大數(shù)據(jù)平臺(tái)會(huì)根據(jù)分析結(jié)果，將預(yù)測預(yù)警設(shè)備需要更換的排程信息發(fā)送到APS系統(tǒng)；若只是設(shè)備參數(shù)需要調(diào)整，大數(shù)據(jù)平臺(tái)會(huì)發(fā)送指令到智能現(xiàn)場系統(tǒng)，系統(tǒng)通知工作人員遠(yuǎn)程修改參數(shù)；
5）APS系統(tǒng)收到設(shè)備預(yù)警的排程信息后，實(shí)時(shí)發(fā)布維修計(jì)劃到ERP系統(tǒng)；
6&7）ERP系統(tǒng)根據(jù)維修計(jì)劃制定采購計(jì)劃，采購人員通過云平臺(tái)購買設(shè)備零部件，并在ERP系統(tǒng)里維護(hù)設(shè)備交期；
8&9）ERP系統(tǒng)將設(shè)備交期回復(fù)給APS系統(tǒng)；APS系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備交期調(diào)整維護(hù)排程并發(fā)送到智能現(xiàn)場系統(tǒng)；
10&11）根據(jù)智能現(xiàn)場系統(tǒng)顯示的設(shè)備維護(hù)排程，技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)工作；智能現(xiàn)場系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送設(shè)備維護(hù)進(jìn)度給APS系統(tǒng)；
12）設(shè)備維護(hù)完成后，APS系統(tǒng)會(huì)發(fā)送完工報(bào)告給ERP系統(tǒng)，維護(hù)結(jié)案。
細(xì)化應(yīng)用場景二：人機(jī)協(xié)同一體化
隨著中國工業(yè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，產(chǎn)生了一系列超大規(guī)模的電子加工企業(yè)，這些企業(yè)多覆蓋沖壓、注塑、烤漆、PCBA、組裝等不同加工制程，因原材料或組件的物理形狀和材料特性不同，及產(chǎn)品迭代周期大部分在半年到一年半左右，無法實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備投入往往較高，產(chǎn)品迭代又需要全新投入或部分改造，所以一定時(shí)期內(nèi)，人機(jī)協(xié)同工作符合這類企業(yè)的投資策略。
該類企業(yè)的特點(diǎn)人力相對(duì)密集，輔以代替人進(jìn)行簡單重復(fù)勞動(dòng)的半自動(dòng)化設(shè)備，以人機(jī)協(xié)同加工作為主要的作業(yè)方式。企業(yè)特點(diǎn)要求人和機(jī)實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)節(jié)奏的同步。保證生產(chǎn)的穩(wěn)定、高質(zhì)、高效是這類生產(chǎn)組織模式的核心能力需求。
為此，施耐德導(dǎo)入了EcoStruxure架構(gòu)。
圖 施耐德EcoStruxure架構(gòu)
EcoStruxure是一個(gè)技術(shù)框架，涉及互聯(lián)互通的產(chǎn)品，邊緣控制，以及應(yīng)用、分析與服務(wù)等方方面面?；ヂ?lián)互通的產(chǎn)品構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，通過邊緣控制幫助客戶連接控制平臺(tái)，支持客戶進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)、調(diào)試和監(jiān)控操作。
總體實(shí)施架構(gòu)分成四層，為別為：物理設(shè)備層、核心網(wǎng)絡(luò)層、制造運(yùn)營層和企業(yè)管理層：
圖 人機(jī)一體化協(xié)同實(shí)施架構(gòu)
企業(yè)管理層：以企業(yè)級(jí)平臺(tái)為基礎(chǔ)，管理企業(yè)級(jí)服務(wù)，企業(yè)管理層采用3A的統(tǒng)一認(rèn)證方式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用統(tǒng)一認(rèn)證，企業(yè)管理層采用負(fù)載均衡，保障企業(yè)級(jí)服務(wù)高效安全的運(yùn)行；企業(yè)級(jí)平臺(tái)以企業(yè)服務(wù)總線為數(shù)據(jù)介質(zhì)，將企業(yè)管理層內(nèi)部以及與制造運(yùn)營層的數(shù)據(jù)打通，讓企業(yè)管理層具備橫向的數(shù)據(jù)交互，也為企業(yè)層提供了可靠的底層數(shù)據(jù)來源；企業(yè)計(jì)算中心以應(yīng)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，對(duì)企業(yè)層數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣化分析，對(duì)企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換，為企業(yè)決策提供更多的依據(jù)。依托企業(yè)級(jí)平臺(tái)，生成實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)需要的服務(wù)，為企業(yè)級(jí)客戶提供業(yè)務(wù)支撐。
制造運(yùn)營層：以生產(chǎn)管理為核心，集所有生產(chǎn)管理系統(tǒng)為一體，提供獨(dú)立的運(yùn)營級(jí)平臺(tái)，運(yùn)營級(jí)3A可以繼承企業(yè)級(jí)3A體系但獨(dú)立于企業(yè)級(jí)，運(yùn)營級(jí)平臺(tái)主要有服務(wù)管理、計(jì)算中心、數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)總線，制造數(shù)據(jù)中心以統(tǒng)一架構(gòu)為指導(dǎo)思想，讓整個(gè)運(yùn)營級(jí)別的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和運(yùn)營數(shù)據(jù)可以發(fā)布部署，有效集合，增強(qiáng)運(yùn)營級(jí)別數(shù)據(jù)的處理能力和擴(kuò)展能力；制造計(jì)算中心以現(xiàn)場運(yùn)營管理為模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分層計(jì)算，給運(yùn)營管理提供可靠的運(yùn)營數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)總線可以讓運(yùn)營級(jí)服務(wù)內(nèi)部及和上層企業(yè)級(jí)、下層進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)總線支持負(fù)載均衡。所有運(yùn)營級(jí)服務(wù)基于運(yùn)營級(jí)平臺(tái)為運(yùn)營級(jí)客戶提供服務(wù)支撐。
核心網(wǎng)絡(luò)層：以為制造運(yùn)營層提供網(wǎng)絡(luò)支撐的核心網(wǎng)絡(luò)為中心，以為分布式數(shù)據(jù)采集提供網(wǎng)絡(luò)支撐的匯聚層網(wǎng)絡(luò)為分支，以連接各現(xiàn)場設(shè)備和接入層網(wǎng)絡(luò)為終端，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分層和區(qū)域控制，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢酝ㄟ^數(shù)據(jù)中心的管理端進(jìn)行管理。
物理設(shè)備層：以控制單元為核心，控制單元連接感知元件及執(zhí)行單元，通過控制單元實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備控制和回路調(diào)節(jié)。
實(shí)施案例：施耐德精益數(shù)字化實(shí)現(xiàn)高效人機(jī)協(xié)同
施耐德第一個(gè)小型斷路器生產(chǎn)廠，到2004年一直保持年銷量15%的增漲，同時(shí)老廠房面臨租期將近，且延續(xù)了17年的生產(chǎn)運(yùn)營方式，效率提升已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸，如果不進(jìn)行變革式的改變，將面臨市場和內(nèi)部的雙重挑戰(zhàn)：
工廠人員眾多，管理成本較高；
產(chǎn)能需求加大，工廠廠房不足以應(yīng)對(duì)未來市場需求造成的產(chǎn)線擴(kuò)張；
質(zhì)量等記錄以紙質(zhì)記錄為主，難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量追溯；
經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)無法有效積累，指導(dǎo)未來持續(xù)改善；
效率損失是一筆糊涂帳，無法形成有針對(duì)性的解決方案；
設(shè)備狀態(tài)及維護(hù)情況沒有記錄，異常停機(jī)頻發(fā)。
工廠認(rèn)識(shí)到，一方面需要通過系統(tǒng)性的工作，優(yōu)化工廠的布局。通過對(duì)布局的挑戰(zhàn)，節(jié)約22%的生產(chǎn)空間。
另一方面，必須實(shí)現(xiàn)運(yùn)營方式的轉(zhuǎn)變，下定決心實(shí)施變革，對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行改造，上馬精益數(shù)字化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精益思維下的數(shù)字化運(yùn)營。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精益運(yùn)營，實(shí)施了包括計(jì)劃與排程、工藝與作業(yè)規(guī)范、生產(chǎn)執(zhí)行與追溯、及時(shí)績效與響應(yīng)、過程質(zhì)量管理、電子物料看板、設(shè)備數(shù)據(jù)采集等功能的精益數(shù)字化系統(tǒng)。
通過三個(gè)產(chǎn)線優(yōu)化及三個(gè)月的數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了效率從65%提升至80%，生產(chǎn)周期從78小時(shí)降低18小時(shí)，倉庫效率提升了25%。不僅如此。透明化的改造為企業(yè)持續(xù)改善形成了良好的土壤和企業(yè)文化，突破了原有瓶頸的束縛，至今，已經(jīng)連續(xù)12年實(shí)現(xiàn)了每年超10%的生產(chǎn)率提升。
細(xì)化應(yīng)用場景三：生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯
圖 生產(chǎn)質(zhì)量追溯實(shí)施架構(gòu)
數(shù)據(jù)是一個(gè)企業(yè)的核心，在電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程中會(huì)產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)，銷售數(shù)據(jù)，物料來源等不同類型數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)隨著企業(yè)生產(chǎn)不斷累積，變得臃腫而龐大。如果利用好這些數(shù)據(jù)就可以更好的為生產(chǎn)服務(wù)。
生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯聚焦數(shù)據(jù)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的所有數(shù)據(jù)的采集，通過構(gòu)建生產(chǎn)質(zhì)量模型進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)異常品快速響應(yīng)和全過程品質(zhì)監(jiān)控。挖掘企業(yè)生產(chǎn)全過程中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)聯(lián)因素，發(fā)現(xiàn)潛在質(zhì)量問題，消除質(zhì)量管理環(huán)節(jié)中存在的漏洞，提前進(jìn)行預(yù)警及解決。
生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯收集的數(shù)據(jù)包括供應(yīng)商物料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)、生產(chǎn)制程參數(shù)、生產(chǎn)搬送歷史數(shù)據(jù)、物料使用情況數(shù)據(jù)、倉庫在庫信息數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品銷售信息等數(shù)據(jù)，從所有的可以接觸的維度，直接記錄產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，基于數(shù)據(jù)整合與分析，實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯。
生產(chǎn)過程品質(zhì)追溯是采集整個(gè)生產(chǎn)制造過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控。通過整合各個(gè)系統(tǒng)的信息記錄和工業(yè)物聯(lián)終端采集的數(shù)據(jù)，從來料信息，來料投入，制程機(jī)臺(tái)參數(shù)信息，產(chǎn)品流向信息，產(chǎn)品出貨信息等各個(gè)維度對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控和全過程記錄，并通過質(zhì)量分析模型與預(yù)測模型進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)全過程品質(zhì)可追溯。
如圖是所有的記錄生產(chǎn)流程中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備，在全過程品質(zhì)追溯中，通過集成或采集QMS（質(zhì)量管控系統(tǒng)）、倉儲(chǔ)系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、底層設(shè)備、搬送設(shè)備等系統(tǒng)和設(shè)備所有與生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過對(duì)全生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的處理與模型分析，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程品質(zhì)監(jiān)控以及質(zhì)量問題的實(shí)時(shí)處理。
實(shí)施案例
中國電子集團(tuán)某液晶面板企業(yè)隨著公司業(yè)務(wù)的成長和生產(chǎn)技術(shù)的升級(jí),產(chǎn)品質(zhì)量問題越來越多,異常品處理也越來越頻繁,原有的產(chǎn)品追溯查詢及處理流程已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前客戶的需求,急需一套完善的品質(zhì)追溯系統(tǒng)及時(shí)解決規(guī)避產(chǎn)品質(zhì)量問題。
如下為中國電子下屬企業(yè)中國信安為該企業(yè)實(shí)施的全流程品質(zhì)追溯系統(tǒng)的案例。
通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間制程設(shè)備、檢測設(shè)備和搬送設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)在數(shù)據(jù)處理層通過對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，串聯(lián)各個(gè)系統(tǒng)各個(gè)生產(chǎn)車間的數(shù)據(jù)，包括生產(chǎn)前段的FAB MES（在潔凈室中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)、MOD MES（在模組廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)、Report（報(bào)表）數(shù)據(jù)、OEE（全局設(shè)備效率）數(shù)據(jù)、WCS中的在庫和銷售等數(shù)據(jù)。在整合上述全生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，依托液晶面板行業(yè)的相關(guān)知識(shí)，建立質(zhì)量分析相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的質(zhì)量分析與預(yù)測，支撐應(yīng)用服務(wù)層的相關(guān)應(yīng)用來解決該企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量追溯問題。
圖 中國電子下屬液晶面板企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量追溯案例實(shí)施架構(gòu)
該案例實(shí)施的重點(diǎn)在于“全過程”管理，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)記錄與監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的所有數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)響應(yīng)，實(shí)時(shí)管控的基礎(chǔ)條件。通過實(shí)施全過程品質(zhì)追溯，幫助該企業(yè)梳理了作業(yè)流程，改善了作業(yè)模式，避免了作業(yè)的疏漏與問題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效安全生產(chǎn)。
實(shí)施全過程品質(zhì)追溯后，達(dá)到了以下效果：
品質(zhì)異?？焖俜磻?yīng)，由1-7天縮短為1-4個(gè)小時(shí)；
品質(zhì)異常處理接口統(tǒng)一化，所有跟品質(zhì)相關(guān)的異常處理都在品質(zhì)追溯應(yīng)用上處理，方便人員操作；
提升公司產(chǎn)品品質(zhì)以及公司效益，通過實(shí)施全過程品質(zhì)追溯，加快異常處理，降低公司產(chǎn)品質(zhì)量異常率，減少了質(zhì)量異常導(dǎo)致的損失；
通過實(shí)施全過程品質(zhì)追溯，能夠快速定位異常品分布，通過追回或者降級(jí)處理等措施，減少用戶的損失，提升該生產(chǎn)企業(yè)的信譽(yù)。
細(xì)化應(yīng)用場景四：生產(chǎn)質(zhì)量智能管理
表面貼裝技術(shù)是電子信息制造中使用最為普遍的組裝工藝，具有組裝密度高、重量輕、可靠性高、高頻特性好及易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化自動(dòng)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)表面貼裝特性決定了如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將造成整批在制品的報(bào)廢。據(jù)統(tǒng)計(jì)，表面貼裝工序造成的不良占產(chǎn)品質(zhì)量60-70%。因此需要實(shí)時(shí)、靈敏地監(jiān)控關(guān)鍵生產(chǎn)參數(shù)并定位出錯(cuò)位置，給予正確的報(bào)警提示信息。同時(shí)，對(duì)部分重要參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)回控調(diào)整。
表面貼裝技術(shù)使用印刷機(jī)、貼片機(jī)、回流爐等自動(dòng)化設(shè)備，基本都采用工控機(jī)進(jìn)行控制。但由于設(shè)備廠商數(shù)據(jù)接口和格式各不相同，設(shè)備信息不能集中共享，形成很多“信息孤島”，無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析及處理。
按層次劃分，實(shí)施架構(gòu)主要包含3個(gè)方面：現(xiàn)場設(shè)備層、內(nèi)部質(zhì)量管理層、外部質(zhì)量管理層，整體實(shí)施可以包含10個(gè)步驟。
現(xiàn)場設(shè)備層：首要對(duì)工廠內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)基于工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)總線等工業(yè)通信協(xié)議，以太網(wǎng)、光纖等通用協(xié)議，3G/4G、NB-IOT等無線協(xié)議將工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備接入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)。同時(shí)對(duì)設(shè)備和產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)象標(biāo)識(shí)：通過掃條碼、RFID、以及機(jī)器視覺等技術(shù)手段，解決待加工產(chǎn)品的唯一標(biāo)識(shí)問題。
內(nèi)部質(zhì)量管理層：現(xiàn)場質(zhì)量管理通過對(duì)現(xiàn)場人、機(jī)、料、法、環(huán)五大關(guān)鍵要素?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，建立產(chǎn)品全流程的生產(chǎn)質(zhì)量管控體系，從質(zhì)量大數(shù)據(jù)預(yù)測，質(zhì)量過程控制，缺陷分析（SPC/CPK）等方面，提升現(xiàn)場質(zhì)量管理能力，預(yù)防產(chǎn)生質(zhì)量缺陷和防止質(zhì)量缺陷的重復(fù)出現(xiàn)。
外部質(zhì)量管理層：外部質(zhì)量管理集中在上游供應(yīng)商的質(zhì)量監(jiān)控，和下游產(chǎn)品在客戶質(zhì)量問題閉環(huán)。對(duì)供應(yīng)商質(zhì)量管理方面，加強(qiáng)IQC來料控制，提供統(tǒng)一質(zhì)量計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，與供應(yīng)商質(zhì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接，從被動(dòng)檢驗(yàn)轉(zhuǎn)變到主動(dòng)控制,將質(zhì)量控制前移。
在海量生產(chǎn)質(zhì)量大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)特征多維關(guān)聯(lián)分析，建立產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)于相關(guān)聯(lián)特征的分類模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造質(zhì)量預(yù)測。同時(shí)結(jié)合遺傳算法和圖像智能識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝流程自主優(yōu)化、節(jié)約制造資源、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低制造成本。
圖 生產(chǎn)質(zhì)量智能管理實(shí)施架構(gòu)
實(shí)施案例：中興通訊機(jī)頂盒類終端產(chǎn)品
中興生產(chǎn)質(zhì)量管理基于中興自研DAP大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，建立基于生產(chǎn)大數(shù)據(jù)中心。生產(chǎn)數(shù)據(jù)層層匯聚到DAP集中管理。
采用通用生產(chǎn)流程管控框架，對(duì)生產(chǎn)流程、測試流程、維修流程、返修流程等上下工序的移交進(jìn)行嚴(yán)格控制，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，做到質(zhì)量產(chǎn)品“不流出”。
通過機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，構(gòu)建工藝專家知識(shí)庫和模型庫，實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)工序的閉環(huán)控制和參數(shù)優(yōu)化。通過關(guān)聯(lián)分析，實(shí)時(shí)調(diào)控生產(chǎn)線關(guān)鍵參數(shù)（如設(shè)備工藝參數(shù)等），對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和主動(dòng)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和效率的提升。
圖 生產(chǎn)質(zhì)量改進(jìn)成效
在實(shí)際應(yīng)用方面，中興通訊機(jī)頂盒類終端產(chǎn)品通過導(dǎo)入生產(chǎn)質(zhì)量智能管理系統(tǒng)，全面覆蓋深圳和長沙生產(chǎn)基地以及多家外協(xié)生產(chǎn)廠家，自系統(tǒng)上線以來產(chǎn)品早期返還率（ERI）下降57%，產(chǎn)品的工藝優(yōu)化時(shí)間由1月一次降為1周一次，現(xiàn)場質(zhì)量問題和異常定位時(shí)間由1天降為1小時(shí)。
