1、项目简介

　　中国电子科技集团公司某研究所（以下简称“电科某所”）数字化工厂实施范围是总装、模块、微波三个车间装配业务，系统建设具有如下特点：

　　1）整个生产过程是装配、调试、测试、检验一体化。而且产品种类多，批量变化大，是典型的离散制造；

　　2）装配包括机械装配和电子装配，还包括电缆的走线和安装，电缆的类型多样，有同轴电缆、普通控制电缆等，也有电气特性要求。

　　3）调试过程：包括组件、模块、分机、系统的装配和调试。调试路径包括：串行、并行、可交换等。该生产方式对设备依赖程度逐步增大，工序复杂，且调试周期具有一定的不确定性。

　　4）资源管理：调试和测试以仪器和设备为主，测试人员根据任务配置。自动化、半自动化程度高，对设备依赖程度高；

　　5）过程控制难度大，物料自动跟踪要求高；车间管理中心库、线边库，要求实现基于工位的物料自动配送。

　　6）齐套往往是生产的瓶颈。ERP基本都是进行整个订单的齐套分析，特别是对于整机、分机，整个订单都齐套再进行开工，生产周期过长。因此，需要实现工序级齐套。
　　7）计划下达由ERP制作，车间生产信息无法反馈，计划和生产脱节；

　　8）整个生产精度要求高，生产节怕快，换线频繁，智能化要求高。

　　2、建设方案

　　电科某所数字化工厂解决方案将系统层次按照协同层、企业层、操作层、控制层、现场层、产品工件层进行设计，在协同层与企业层采用现有ERP、PDM系统深入应用与集成，重点放在车间操作层的MES制造执行系统、控制层与现场层的智能装备系统集成应用建设，如下图：

　　数字化车间建设方案

　　数字化工厂解决方案的建设思路基于车间精细化管理的理念，凝聚自身长期以来在离散型机加、电子装配的经验，遵循国际标准IEC62264、IEC61512、ISA95，以MBOM的管理为核心，在数字化设计平台上通过MBOM充分熟悉产品加工的全过程，明确产品的EBOM、PBOM、MBOM形成过程中的各个岗位职责，通过信息化的手段实现设计平台与生产执行平台的无缝衔接。如下图：

　　数字化工厂建设思路

　　数字化工厂的车间布置采用面向对象的工艺布局，分为试制导入区、生产准备区、模块装测区、组件装测区、整机装测区5个区域。系统建设在操作层运用MES制造执行系统实现物料的工序齐套分析、拉式领料、工位AGV物料自动配送；生产的工单拆并、多路径作业排程、基于负荷派工、实时状态监控、现场作业操作；资源的人员、设备、仪器、工装和工位能力管理；质量的过程控制、问题处理与追溯。在控制层的智能装备系统上，加强柔性生产单元管控系统的基础上，建设基于AGV小车的自动物流配送系统、智能仓储管控系统，同时建设柔性测试管控系统，如下图：

　　数字化工厂车间布局与功能结构

　　2.1 AGV自动物流系统

　　AGV自动物流管控系统由AGV牵引小车、料车、磁条导向、自动充电、RFID标签与读卡器的定位识别、加密的无线通信和调度指挥等子系统组成，它与MES系统实现完美融合，如下图：

　　AGV自动物流管控系统

　　主要特点如下：

　　减员增效、节约成本：AGV产品可以实现自动物流运输，节省搬运人力成本。使用AGV搬运货物频次更加稳定。

　　安全可靠：采用AGV产品替代人工，可以有效避免在搬运过程中发生工伤事故，更加安全可靠。

　　精准监控：相对于叉车及拖车行驶路径和速度的未知性，AGV的导引路径和速度却是非常明确的，定位停车精准。因此，大大提高了物料搬运的准确性。

　　安静整洁：AGV柔性流水线避免了因叉车以及员工进行工作时的不规划性而导致的交通堵塞、物料堆放杂乱等现象。

　　2.2 智能仓储管控系统

　　智能仓储管控系统整合了智能货架模块、AGV智能物流模块、调选工作台、条码打印及PDA手持终端模块。可实现入库管理、出库管理、在库管理、统计查询等功能，实现了与MES的完美结合。

　　智能仓储控制系统

　　2.3 柔性测试管控系统

　　为了提高测试的水平、质量和效率，数字化车间测试设计通过自动化手段减少操作人员与产品的直接接触，降低人工误操作导致的测试误差与产品损伤，提高测试系统的一致性与稳定性，采用了无人值守全自动射频类产品与电子类产品智能测试工作站，并与MES系统实现完美融合。

　　射频类产品工作站，工位采用全自动化设计。工位内部设有机械手、工装夹具、测试仪器等，通过测控台控制机械手抓取被测产品置于工位上，进行测试，完成产品测试后，可根据测试结果来判断被测产品是否可以流入下一工位。

　　数字类产品工作站采用全关节六自由度工业机器人自动吸取工件，并放在固定位置的检测台位中检测，待检测设备检测完毕后与机器人系统通信，通知其已检测的工件是否合格，机器人收到信息后自动取出工件。将合格工件放进装合格工件的料框，将不合格的工件放进装不合格工件的料框中。

　　柔性测试管控系统特点为：通过成熟的自动化生产方式，来代替人工操作，则可为目前的产线节省大于80%的人力，并通过24小时的全天运转，实现产能的大大提高。尤其是引入探针测试，通过继电器组成的开关矩阵，实现各个测试点的自动测试。

　　2.4 MES制造执行系统

　　为实现管理精度的进一步细化，增强计划对实际生产的指导，全方位的记录生产中的信息，提供分析和建设的数据支撑，MES系统形成以工艺路线为依据，以生产计划为主体，打通生产管理部门和生产执行部门的信息壁垒；强调通过对技术信息、物料信息、计划执行、过程信息、产品质量信息、产品交付信息及售后服务信息的快速收集并有效整合，提供准确、完善的可以指导生产组织的决策信息，以指导和有效控制生产加工的各种资源，高效运行，确保各种任务的全面完成。

　　重点建设以下几个方面：

　　1）以计划、生产执行为主线理清智能制造思路：围绕生产订单、生产工单的BOM的细化，逐步实现产品制造模型EBOM、PBOM、MBOM与车间建模的融合，通过计划与生产执行实现二者的融合；

　　2）系统高度集成：充分实现与其它信息系统、智能装备系统的信息集成与应用；

　　3）工序级物料齐套与配送：按JIT的模式，使齐套与生产同步执行，缩短制造周期。随计划要求将工序级物料配送至工位，有效控制物流，减少物料在生产现场的空间占用；

　　4）基于车间负荷的迭代作业排程：由于生产任务的多样性和紧迫性以及生产现场多工序、多资源调度的复杂性，使得基于无限产能的排程对实际生产的指导意义不高。MES中采用对整个车间建模的方式，将车间资源的信息在系统中建立成对应的模型。在排程时按有限产能，进行小周期迭代式排程，增强对实际生产的指导意义；

　　5）生产技术状态的控制：通过MES中记录的大量制造生产过程数据（包括过程中的设计、工艺、过程质量问题），对组织或个人的生产技术状态评估提供真实有效的数据支撑，同时也为针对某个产品或某类产品的制造成熟度评价提供依据；

　　6）全面的制造资源管理与监控：制造资源是工艺设计和生产规划调度的基础，是对企业中的设备、仪器、材料、人员以及环境的总称。MES作为生产管理主要信息软件，将会对全面的制造资源进行工作的分配、负荷的监控、状态的监控、已达到更好地利用和管理制造资源，提高企业生产运作效率的目的；

　　7）分层分级多维度的管理信息展示：系统将提供分层分级多维度的管理信息让各种角色进行相关查看，以最终达到高速、高效、完整的将关注的信息推送到想要关注的人眼前；

　　8）多维度的追溯管理：系统将整个生产过程数据进行了结构化的收集，提供了多维度的追溯功能；

　　9）MES的可变性：系统充分实现模块化与柔性化的设计，具有高度灵活性、稳定性、安全性和可扩充性。

　　MES系统功能结构

　　3、应用效果

　　通过运行，车间制造执行MES系统实现了对生产过程的全面覆盖，对生产过程中各类数据信息的追踪、监视、提取和分析，满足生产控制的需求，一定程度上实现统筹生产和精益生产,具体如下：

　　1）管理方面：以前，计划靠人催、物料靠人运、数据靠人记、过程靠人找；实施后，物料跟踪，快速查询；物料交接，上传下收；计划追踪，系统落实；生产数据，系统统计；

　　2）人员方面：以前，需要较多的人去找东西、运东西，齐套员7人，转运工6人；实施后，人员精减，目前调度员3人，转运工2人；

　　3）生产效率：以前，零件加工过程中等待时间较长；实施后，等待时间大大减少，生产周期得到缩短；

　　4）物料资源：以前，生产问题频发，物料浪费严重；实施后，生产问题有效得到预防，物料有效控制，按需分配。

　　5）通过实际计算，生产计划制定效率提高了37.5%，真正提高了车间精细化管理水平，达到分步实现生产全过程信息化建设，提高生产管理水平和效益的目标。