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作者：刘春光
内容摘要
电子制造智能化是制造业发展的必然趋势。但是，业界普遍反映找不到符合他们实际情况的建设与改造方案。本文在总结几年来在多个实施案例的实践经验，从所遇到的几个关键问题入手，在对进行分析的同时，提出了相应的解决方案。
关键词：智能制造 生产执行系统（MES） 数字化车间 可制造性设计（DFM）
引言
随着《中国制造2025》建设的深入，智能制造理念已经得到普及，不少企业已经开始实施智能化改造，但更多的企业尝试规划的前期，尚无法确定未来最终的规划目标。
众所周知，实现智能制造的基础是生产数字化，即用数字化对传统的制造业进行改变，以实现主要生产要素之间、车间与车间之间、工厂与合作伙伴之间的互联互通，达到以虚拟的数字化方式映射物理的整个生产制造过程。
优倍自动化系统有限公司应用于电子制造的专业化制造执行系统（MES）。该系统首先在自己的制造企业——优倍电气进行了落地实践，又先后应用在了多个同类电子企业。
本文在总结了前期实践经验的基础上，结合针对更多电子企业的调研与技术交流，着重分析了电子企业在智能制造建设与改造中所出现的几个具有代表性的问题，并给出了相应解决方案的建议。
一、 中国电子智造的现状与特点
与其它行业不同，电子制造行业、特别是在中国具有如下几个突出的特点：
1）分布广泛，产品深入各行各业及消费品市场，容量巨大；
2）技术与材料涉及机、电、光、化、热、软/硬件等多个专业领域，工艺过程精密且繁杂；
3）自动化程度相对较高，但产品的质量要求、形式与批量变化很大；
4）技术迭代迅速，生产速度快，产品集成度高；
5）生产用设备“万国”制造，造成其技术背景复杂，且水平差异较大。
因此，电子制造行业在进行智能化建设与改造时，必须注意如下几点：
1）领导重视：电子企业部门与人员众多，智能化建设可能会导致部门与人员的整合与缩减，阻力在所难免。因此，企业领导，特别是第一把手，必须有明确的思想与要求，坚定支持相应的变革与调整。只有这样，智能化建设才能始终沿着正确的道路、向着既定的目标发展。
2）全员参与：一定摒弃“智能化改造是信息化部门的工作”这种错误理念。因为涉及专业广泛，且相互差异很大。只有全员参与，将不同的专业知识实现真实的数字化表达，才能实现真正的数字化车间与数字化工厂，为走向智能化奠定坚实的基础。
3）认清自我：较高的自动化，并不意味着良好的工艺基础。数字化与智能化改造一定要建立在正确的工艺基础上。否则，智能制造的道路不可能走远，可能会很快被淘汰。
二、 智能化改造实践中的问题：
如前所述，优倍自动化在推出专业化电子智造NP-MES后，进行了一系列的落地实践，两次在NEPCON展会上组织展示了电子制造梦工厂项目。在以上多次实践过程中，遇到了各式各样的问题与困难，但经过努力均一一解决。因篇幅所限，本文将列举几项具有一定共性的问题进行探讨：
1. 缺少完整的顶层设计与总体规划
可能是由于国内智能制造专家们大多给出的是概念上、理论上的指导，并不断更新迭代，这使得企业在执行落地时无从下手，甚至更多的企业不得不停下脚步观望，即便开始着手规划，也往往会忽视顶层设计与总体规划，而是从车间最底层开始摸着石头前行，但随着工作的不断深入，会感觉越来越困难重重。仅从信息化的规划而言，其主要表现为：
1）生产设备无法接入信息网络，从而形成了一个个信息孤岛；
2）在进行横向集成时，由于没有统一的规划与设计，通讯方式与接口协议各不相同，从而造成产线之间、车间之间无法互连，这又形成了一个个信息孤立的群岛；
3）工作走回头路的情况发多，反复重复，这不仅影响了工作的进展，同时也严重影响了工作热情的持续性；
4）缺乏全盘考虑，制订出科学的、兼容未来的编码规则，而过于简单或不统一的规则，不仅难以实现“一码通天下”，而且也很容易引起管理的混乱，最直接的表现就是库存不降反升。
为此，优倍通过自我实践，并结合即将颁布的智能工厂、数字化车间等国家标准，总结了智能工厂层级关系与切实可行的实施规划路线图，如图1、图2所示：
图1 智能工厂总体架构
图2智能工厂分步实施方案
采用优倍方案，企业从开始就可以看到自己的未来，并能够脚踏实、一步一步向前迈进。
对照图2可以看出，如果企业在尚未执行或未完成一期工作时贸然突进，由于基础不支撑，必然会不得不返回头做重复的工作。
2. 没有进行诊断与改善
从图2还可以看到，精益化是一期的基础之一，6S、六西格玛等管理方法也都是必修课。但需要强调说明的是，我们这里所表述的精益化生产还包括生产工艺的合规性改善与技术提升。
北航的刘强教授就曾经提出过著名的“三不”原则：
l 不要在落后的工艺基础上搞自动化
l 不要在落后的管理基础上搞信息化
l 不要在不具备数字化、网络化基础上搞智能化
优倍董事长董健先生，在深刻总结了目前国内制造业的特点后，又增加了一个“不”:
l 不要在落后的产品上尝试智能设计
综上所述，我们向业界推荐的实施智能制造的基本条件如图3所述。
图3 实施智能化建设与改造的基本条件
实践中我们发现，确有企业没有认识到基础建设的重要性，在没有进行改善的情况下开始了信息化。由于产品研发及工艺基础比较薄弱，管理方面也有明显的不足。尽管经过努力，基本实现了初步信息化。但是，依然没有达成最终预期。但由于不敢于对已成雏形的信息化系统动大手术，只是随着工艺与管理的改善进行了补丁式调整，几经反复后，最终使得的信息化系统变得系统庞杂、运行缓慢、BUG频现，最后又不得不忍痛放弃。
优倍有自己的生产企业作为实践基地，又汇集了行业的多名资深专家，同时又与众多专业性咨询服务机构建立了良好的合作关系。目的只有一个，帮助准备进行智能化建设与改造的企业进行诊断与改善，修补好2.0阶段的基础。
3. 数字化不完全彻底
上文谈到，董健董事长增补的“不要在落后的产品上尝试智能设计”表达出了我们对于智能化建设与改造的另外一个重要认识与心得——智能制造要从产品的研发设计开始做起，而产品研发是实施智能制造的先决条件。如图4。
图4 产品研发是实施智能制造的先决条件
产品质量的60%和成本的70%取决于产品的设计，设计中形成的固有技术缺陷是无法通过自动化与信息化来解决的，这才是产品质量和成本的根源所在。
在此基础之上，如果实现了产品设计的数字化，就可以采用计算机辅助的性能仿真、DFx分析等工具手段，快速查找并解决问题。
但是，在我国长期以来存在着研发与生产相脱节的现象。这种情况，在一些特殊企业显得更为严重。曾经有过一个案例，将一个已经定型的设计产品的PCB布局设计采用计算机进行DFM（可制造性设计）数字化分析，竟然报出了上千项问题项！
许多企业在数字化方面还普遍存在另外一个不完善的地方，即没有真正将生产工艺与生产设备数字化。具体现象是制造执行系统（MES）与生产设备没有连通，生产数据与设备状况需要人工录入。
造成这种现象的原因有多种，例如：有的设备比较陈旧，不具备信息化接口；有的设备厂家不开放其信息接口；有的是信息接口属于设备选购项，而在设备采购时被忽略等等。
针对这些情况，在实践中，我们采取了针对性的解决措施：
l 选择接口开放的设备厂商进行合作；
l 采用标准化的接口方式。尽管许多设备厂，特别是国外设备厂商，有其自己的接口格式，但可喜的是，为满足由于行业的需求，已经出现了多个标准化的接口协议：如美国SEMI的GEM接口协议；美国IPC的CFX接口协议；日本机器人协会推出的ELS协议等；
l 付费购买厂家的接口许可或与厂家共同开发接口。
因此，在选择只能制造服务商时，不能采用单一产品的服务商，而应选择具备软、硬件集成能力，并具备总体规划、顶层设计及实际实施能力，同时需具备行业经验的服务商，这样才能达成预期中的智能工厂建设的目的。
4. 不重视MES的专业属性
目前，国内MES公司非常多，产品价格也从几十万到数百万不等。但总体来看，他们大都有一个共同的属性：纯粹的软件公司。
同时，少数企业领导对于MES认识的还不够深刻，认为它只是一个数据采集与追溯的软件系统，更没有将MES与制造的专业属性相联系。因此，某些有写软件实力的企业，就自己组织人员进行自我开发，而没有软件实力的公司就考虑以尽量低的价格购买MES系统并快速完成实施。而几年用下来的结果是，自己开发软件的企业（如文章前面提到的），由于缺乏对MES的全面理解，很多被开发成极难扩展的项目型应用程序，无法适应企业不断变更的工艺及企业扩展需求而进退两难。而那些用低价购买了MES的公司，由于这些MES服务商中很少有针对电子行业的版本及专业的实施人员，更谈不上有针对本行业的工艺性模块，最终有的因为非常不好用而放弃，有则不断继续付费进行完善。用他们自己的话说：MES的实施永远在路上。
通过总结经验教训，优倍以自身近二十年的电子制造的基础，并引进了西门子、IPC等国际电子行业MES、电子工艺专家，在规划、编写NP-MES之初，就特别注意了专业化与通用性的协调。采用了模块化设计，配置灵活，部署快捷。
图5 优倍MES界面
并严格遵循标准要求，并且在数字化设计与导入模块有独到的技术设计，产品的主要模块包括了物料管理、产品工艺、生产管理、质量管理、设备管理及可视化设计等。
同时，为深度体现电子制造专业化与标准化属性，我们还依据国军标、IPC等国内外主要标准，将MSD（潮湿敏感元器件）、ESDS（静电敏感元器件）、焊锡膏等特种物料的管理、使用、报废等作了标准化的规定，极易与企业的生产相结合，实现在短期内充分落地。
三、 结论
总结在我们自己的企业——优倍电气的智能化改造，效果十分明显。具体的实施项目和取得的业绩简述如下：
优倍电气主要从事工业测控用安全仪表等产品的研发与制造。从2013年起，开始进行智能化改造，共采用了自行开发的NP-MES、NP-PDM和金碟的ERP，通过五年来的不断完善及深入应用，使得物料库存下降了30%，准时交付率提升了20%，设备利用率提升20%。可视化程度提升了60%。
总之，电子制造智能化建设并非无章可循、难以落地，这需要专业的技术支持和良好的团队配合，学习和总结前人的经验与教训，科学规划、分步实施，才能逐步获得最终的成功——那就是给企业带来可观的、实际的经济收益。
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