復雜電子裝備的批產自動化測試產線構建與應用

翟桂全

(南京電子技術研究所,江蘇 南京 210039)

0 引言

高端裝備制造業是推動工業轉型升級的引擎,是提升國家產業核心競爭力的必然要求,是搶占未來經濟與科技發展制高點的戰略選擇。近年來,隨著大數據、人工智能、工業互聯網等新技術的發展與應用,高端裝備制造業的數字化進程逐步深入,高端裝備得到加速研制與快速迭代。

復雜電子裝備是高端裝備制造的典型代表,隨著高端制造業的快速發展,新體制復雜電子裝備從單裝備的研制生產逐漸向多品種大批量生產轉變。為順應新時期裝備建設發展需求,本文結合復雜電子裝備生產制造業務活動中的痛點,簡述如何構建復雜電子裝備的批產自動化測試產線,升級裝備批生產管理模式,以提升復雜電子裝備生產效率。

1 復雜電子裝備批產自動化產線構建的背景

隨著復雜電子裝備快速迭代、效能需求持續升級,基于單裝備的傳統生產制造模式逐步顯現出產品技術狀態固化慢、制造成本高、生產周期長等問題。為順應高端裝備制造發展趨勢,滿足持續升級的裝備制造技術與產能需求,對復雜電子裝備的批產測試現狀進行了分析。

1.1 批產計劃管理現狀分析

復雜電子裝備的批產管理包含了對裝備所有組成部件的生產管理,并基于裝備各級組成部件的工藝流程開展計劃排程、計劃執行與計劃落實,整個過程涉及“人機料法環測”各維度的管理。在業務環節上,裝備批產計劃管理主要涉及計劃主管部門、加工部門、測試部門與質量檢驗部門,生產制造主體流程涉及組件/分系統/整機加工與裝配、分系統調試與檢驗、整機驗收與交付,整個業務活動具有種類多、產量大、跨部門、多角色等特點。面對復雜的裝備生產制造過程,批產管理面臨著計劃管理供給適配性低、過程監測存在延遲和全鏈條協同優化能力弱等難點。因此,急需優化升級裝備批產管理模式,以提升裝備批產管理精細度,加快生產過程信息協同與問題處理效率,整體提升批產管理效能。

1.2 批產測試工位現狀分析

近幾年,隨著裝備批產任務量的急劇增長,基于各獨立的測試工位組織開展裝備批產集成調試已無法滿足裝備產能持續提升的需求,主要呈現出以下問題:

(1)隨著復雜電子裝備生產臺套數量增多,裝備測試工作量、試驗量大幅增加,導致各測試工位與測試設備資源緊張。

(2)批產集成調試工位的自動化水平不足,裝備測試與監測仍高度依賴人工,人力資源投入大,整體效率低。

(3)不同裝備型號之間的測試設備、測試平臺的通用性與兼容性不足,各測試工位利用效率有待進一步提升。

(4)裝備測試工位未統一管理,各工位獨立開展測試工作,存在人員復用率低、資源調度周期長、工位運行透明度不足等問題。

因此,急需利用大數據、自動化等新興技術,構建裝備批產自動化測試產線,批產測試從獨立工位脈動式生產向流水化生產轉變。

1.3 批產物料管理現狀分析

在裝備批產集成調試過程中,各型號裝備需要集成所需物料。在制造運營系統中辦理了出庫流程后,物料的流轉、齊套、盤點等工作均由人工處理,并通過傳統的辦公電子表單進行記錄,處理效率低、易出錯。

因無信息化平臺統一管理,無法方便、快捷掌握物料在裝備批產中的齊套與使用情況,無法基于產品任務開展精準的物料齊套和分配規劃,缺料信息傳遞滯后。因此,為順應未來發展趨勢,需建立物料信息化管理,以實現物料精確分配、補料預警、物料自動化配送等功能。

1.4 批產測試數據管理分析

針對裝備批產過程中各測試工位產生的測試數據、工位運行數據、設備健康數據等,未整體規劃,缺乏統一管理,各類數據均暫存于各工位的調試設備與計算機中,主要問題如下。

(1)缺乏數據集中管理,測試數據暫存在調試計算機中,隨著時間推移,數據量逐年增加,存儲和維護效率低,數據容易丟失,數據檢索難。

相對濕潤度指數為某段時間的降水量與同時段內潛在蒸散量之差再除以同時段內潛在蒸散量得到的指數，該指數是以土壤水分收支平衡為基礎的干旱監測指數，反映了作物生長季節的水分平衡特征，能夠客觀真實地反映干旱的發生強度，其計算公式如下:

(2)測試工位無數據自動采集、存儲手段,大部分數據記錄、流轉與使用均由人工處理,效率低下。

(3)無集中監測與控制手段,測試過程出現異動等情況,需依托各工位負責人現場識別,對人員要求較高。

(4)測試數據的利用率不高,存儲的數據未能在批產管理決策、裝備健康預警等方面充分發揮作用。

2 復雜電子裝備批產自動化產線的構建

為順應復雜電子裝備整體發展趨勢以及數字化發展新格局,需要聚焦裝備生產制造過程中存在的問題,開展裝備批產自動化測試產線研究與建設,推進企業批產制造與管理的數字化轉型。分別從裝備批產精細化管理、自動化工位改造、物料信息化管控、測試數據自動采集應用等方面開展規劃與建設,著力構建完備可靠、先進適用、安全自主的裝備自動化測試產線,實現集成互聯、人機協作、數據貫通、資源調度、科學決策的裝備生產與管理。

2.1 實施精細化計劃管理

針對裝備批產數量多、業務流程復雜、計劃波動性大等問題,分別從建設計劃排程系統[1]與構建精細化計劃管理模式兩個方面逐步推進批產精細化管理。

2.1.1 高級計劃排程管理(APS)

在裝備生產計劃排布時,僅基于產品生產工藝流程進行粗放排布,缺少對生產過程中設備狀態、人員安排、物料齊套等信息的計算和分析,形成的計劃條目穿透性弱、精準性低。面對復雜電子裝備生產過程變化多、計劃波動大、資源調配延遲高等問題時,無法有效滿足裝備生產的管理需求。因此,圍繞裝備任務目標,依據產品各項組成部件的工藝路線,建設基于人力資源、調試設備產能和產品齊套情況等要素的高級計劃排程系統。在有限資源下,以滿足裝備交付節點為目標,開展計劃分析與推演,形成符合批產集成調試現狀的生產計劃,同時提供靈活的調整功能,有效提高生產計劃的精細度與準確度,為任務拉動和推進做出合理的決策支撐,確保裝備目標任務完成。

2.1.2 優化計劃管理模式

圖1 復雜電子裝備的精細化計劃管理流程

2.2 構建自動化測試產線

為有效應對復雜電子裝備任務形勢,選取近幾年產能需求大的典型裝備,利用工業網、大數據、自動化等新興技術,試點開展裝備批產自動化測試產線建設,構建設備互聯、工位集中控制、被測件自動測試、數據自動采集存儲的產線模式,大幅提升裝備批產效能。

2.2.1 工位互聯、集中管控

整合工位與設備資源,將原工位獨立、信息隔離的產線運行模式升級為資源統籌、信息互聯的運行模式,從而實現產線資源的智能化調度、生產工序的全過程管控、運行問題的智能化分析。同時,在滿足現有裝備生產的基礎上開展測試系統升級改造,以兼容后續新型裝備生產,提升產線整體柔性化和自動化水平。

開發裝備產線自動化測試系統和控制中樞,實現對生產過程中液冷、電源和試驗箱等狀態數據的監測,對不同測試通路的切換和增益進行自動調節,并實時采集運行數據與測試數據,根據實時數據進行自動測試控制、異常報警、緊急下電等操作。

2.2.2 運行監測、看板展示

開發產線智能化綜合看板,并在現場配置大屏進行展示,主要對產線的裝備任務、工位運行、設備運行等情況進行動態展示[2],能穿透至單個裝備的物料齊套信息、計劃排程以及工位資源分配等信息。各項展示信息均來自測試產線實時產生的數據,通過控制中樞傳輸至綜合看板系統,進行自動統計與分析,實現產線信息可視化、信息傳遞快捷化、任務執行透明化,大幅提升生產過程管理效率。

2.3 推進高效的物流管理

裝備批產過程涉及被測件的物料、工裝等實物的齊套、流轉與裝配,物料種類多、位置變動頻繁,通過人工建賬、手動分配已無法滿足裝備批產任務形勢。為提升裝備生產過程的物料管理效能,建設物料管理信息化手段,對裝備生產所需的物料進行全過程流轉管控[3],提高產線物料配送和狀態透明度。

2.3.1 建設物料管理信息化手段

裝備生產所需物料進入產線現場后,由現場負責人接收并放置于現場庫存區域,根據現場運行情況開展物料齊套與搬運,產線物料管理效率較低。因此,首先對裝備生產產線現場進行布局改造,根據物料的流轉情況構建暫存庫與線邊庫;同時,開展信息化手段建設,對物料進入產線現場后的流轉與信息進行信息化管理,形成由裝備生產訂單驅動的物料信息化管理,實現產線實物的齊套、出入庫與盤點,提高產線物料和成品的出入庫管理及配送管理水平。

2.3.2 提升物料管理智能化水平

在實現裝備物料齊套與分配的基礎上,開發產線缺料與壞料的預警功能,減少因缺料等原因對自動化測試產線的流水節拍影響,縮短等待時間,提升物流管理與產線運行效率。

開發產線物料與測試部件信息的統計、分析與展示功能,可快捷、清晰地查詢物料各項信息,實現對自動化產線批產物料分配的輔助決策,減少生產等待,提升批產計劃下達的準確性和可執行度,減少重復性勞動,釋放測試人力資源,提升產線管理效率和計劃管理水平。

2.4 推進數據自動化采集

在裝備批產過程中會產生各類型數據,包括測試指標數據、測試原始數據、工位運行數據、設備在線數據等。建設產線數據自動化采集手段[4],并基于數據開展資源、計劃、運行、質量等多維度綜合分析與展示。

2.4.1 建立規范化的數據標準與接口

針對復雜電子裝備的測試數據采集,開展數據規范與標準研究,建立規范化、標準化的裝備測試數據證書,包括數據類型、數據項目、數據名稱、數據要求等要素;針對數據自動采集手段方面,建立標準化的采集方式、采集接口、數據存取策略、數據容錯處理機制,確保自動采集系統的通用性與兼容性。

2.4.2 基于工業網建立數據采集平臺

針對產線中的生產設備、儀器儀表等調試平臺,通過接口數字化改造,接入數據采集系統。在產線運行過程中,各工位開展裝備分系統與整機的自動化測試,產生的測試原始數據、設備運行數據、產線運行數據等均實時采集到信息化系統中進行存儲與集中管理。數據采集系統具備各類型數據的統計功能,可實現對歷史數據的信息搜索和查詢、測試指標數據的趨勢分析和展示;系統具備基于算法模型的數據分析功能,輔助開展裝備故障判斷、排故引導,為調試和保障人員提供技術支撐,為批產管理提供輔助決策。

3 復雜電子裝備批產自動化產線的應用

近幾年,裝備制造企業的某型裝備產能需求逐年遞增,原有的生產測試模式已經無法滿足批產任務要求。因此,以該型裝備為試點,分別從批產管理模式、測試工位、物料齊套與配發、數據采集等方面開展痛點分析與整體規劃,形成了裝備自動化測試產線建設方案,并建立了基于典型復雜電子裝備的批產自動化測試產線。目前,該產線已上線運行使用,具備指標測試無人值守、多工位一體化控制、設備狀態監測、計劃排程實時更新和運行問題報警等能力。

該批產自動化測試產線的建設與運行降低了批產測試人力資源投入,管理模式與產品測試更加高效,大幅提升了裝備生產效率,切實解決了生產過程變化多、交付周期準點難、現場調試效率低、資源調度延遲高等問題。經過實際運行驗證,該型裝備測試人員投入整體減少60%,測試效率提升5倍,裝備整體產能翻番。

4 結語

對某型復雜電子裝備的批生產情況進行深入分析,以問題為導向,開展批產計劃、工位、物料與數據管理的需求梳理,形成裝備測試產線建設目標。通過優化批產管理模式,并利用信息化手段構建形成了復雜電子裝備批產自動化測試產線,已在制造企業的批產部門內推廣運行,有效提升了復雜電子裝備的批產測試與管理效能。