航空電子產品制造企業智能制造推廣研究

折丹瑞 張 曉 張耀方

（航空工業西安航空計算技術研究所，陜西西安 710065）

0 引言

傳統制造業存在效率低下、質量不穩定等缺點，隨著制造業數字化轉型，一系列新興技術被應用于工業生產中[1-2]，制造業面臨的問題得到一定程度解決。同時，政府出臺一系列政策支持智能制造產業的建設和發展[3]。電子行業，華為、海爾等多家企業已在智能制造領域取得良好的實踐效果[4]；航空裝備領域，一批企業引領行業數字化、智能化轉型，并取得了良好的經濟效益和社會效益[5]。

與航空制造業中其他類型的企業相比，航空電子產品制造企業的生產制造具有技術復雜性高、多品種、小批量的特點。同時，產品的特殊應用場景使其對質量有更高的要求。在國家出臺各項政策支持，各行各業都積極開展數字化轉型及智能制造建設的背景下，航空電子產品制造企業也急需推廣智能制造，但其產品特點導致該類企業在建設和轉型過程中面臨的情況更加復雜?；谠擃惼髽I實際情況，通過分析現狀及需求，探討其在智能制造推廣過程中面臨的問題并提出建議。

1 智能制造的定義

智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術的深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式[6]。智能制造是信息化與工業化的深度融合，智能制造體系涵蓋智能產品、智能裝備、智能單元、智能產線、智能車間、智能工廠、智能研發、智能管理、智能物流等，它不僅是生產模式的創新，還是商業模式、運營模式的創新。

2 開展智能制造的必要性

隨著技術的發展及客戶單位要求的提高，航空電子產品的復雜程度越來越高，導致航空電子產品的設計時間增加、生產加工難度增大，進而帶來產品交付進度緩慢、質量難以保障等一系列問題。如果企業不進一步提升設計、制造、管理能力，就無法更好地滿足客戶日益增長的需求。與傳統制造相比，智能制造在航空電子產品的設計、加工制造、管理、產品服務等各個環節都有所創新和提升，能夠更好地滿足企業發展需求，主要體現在以下方面。

（1）設計環節個性化。產品在設計階段對接客戶，面向客戶的需求進行精準設計。

（2）生產環節柔性化。具體體現為生產組織靈活多變，加工狀態實時監測，生產調度及時調整。

（3）管理工具信息化。從底層設備層到頂層決策層，信息系統貫通，通過ERP、PLM、MES 等系統，將基于人經驗的決策轉變為基于數據的決策。

（4）產品服務周期化。傳統制造模式只服務于產品本身，而智能制造服務于產品的整個生命周期，服務對象以及服務方式都有較大的改變。因此，企業迫切需要開展智能制造以提高對航空電子產品的設計、生產及服務保障能力。

3 企業智能制造現狀和需求

3.1 企業智能制造現狀

3.1.1 自動化不完善

對于航空電子產品制造企業而言，生產過程中的多數產品、工序可以借助自動化設備完成，但部分工序必須依賴人工完成，導致效率低、工序易遺漏、操作不統一等問題，出現該問題的原因有4 個。一是部分產品為非標產品，沒有合適的加工設備。二是部分工序對于操作精密性要求較高，市面現有設備不成熟或者不具有經濟性。三是部分工序十分簡單，沒有使用自動化設備的必要。四是部分自動化設備老舊，它們雖然可以滿足日常的生產需求，但使用效果與最新設備相比存在一定差距。因此，企業的自動化率還遠遠不足以支撐智能制造推廣，企業應該以智能制造思想為指引，逐步提高自動化程度。

3.1.2 信息化不完善

工業1.0 到工業4.0，4 次工業革命依次將人類帶入蒸汽時代、電氣時代、自動化及信息化時代、數字化及智能化時代[7]。然而，很多企業還未達到工業3.0 時代，即自動化信息化。車間部分信息化管理系統的缺失，容易導致各種問題。一是無法對部分生產過程進行監控與追溯。二是文件為紙質版，不易進行更新與查詢。三是未對生產數據進行持續積累，造成數據浪費。四是一些工藝數據依賴員工手工輸入與操作。五是部分環節系統缺失，導致設備之間彼此獨立。

3.1.3 建設成本高、周期長

企業生產模式、產線布局、設備更換具有成本高、周期長、風險高的特點，不同于新建車間，對已經建成并正常運行的車間進行改造的同時，也要完成日常生產任務，兼顧成本、質量、效率等多方面關系，導致企業在推動一項措施時面臨眾多約束條件。

3.1.4 管理難度大

一是員工與管理者認知不一致。員工熟知日常工作細節，管理者則是項目整體規劃者，員工與管理者對于工作存在認知不一致的情況。二是員工缺乏全局視角。一個復雜項目往往需要來自不同部門的團隊共同完成，在此情況下，部分員工只關注自己的工作，不清楚崗位上下游的數據和信息，無法及時察覺脫節或缺失的數據。

3.1.5 產品具有特殊性

航空電子產品對于安全、質量要求較高，決定了該類企業對于信息系統、信息設備、數據管理、車間環境的要求較為嚴格，在智能制造建設方面會與其他企業存在一定差異。

3.2 企業需求

根據航空電子產品制造企業在智能制造方面的現狀及存在的問題，企業要推廣智能制造，根據智能制造目標彌補各項差距。同時，企業需要針對自身特點及行業常見痛點，如人工依賴、物料管理、產品良率控制等，尋找合適的切入點開展智能制造。

4 智能制造推廣要點及建議

4.1 智能制造的推廣要點

為實現智能制造，企業首先需要達到自動化、信息化與數字化。自動化是在單個作業層面，盡可能將人工操作改為機器操作。其前提是企業擁有先進的工藝基礎，對作業的內容、動作進行標準化，進而實現機器代替人工。信息化是將多個作業通過合理的順序連接起來，進行電子化建設。其前提是先進、高效、標準的管理體系，在此基礎上對作業流程、崗位職責進行標準化，實現流程效率、管理效率的提升。在實現自動化和信息化后，才可以開展數字化，數字化是采集作業過程數據，進一步進行分析及決策。其前提是有效定義數據、識別有用的數據并進行采集和分析，需要良好的自動化與信息化環境。

同時，企業需要明確數字化與傳統信息化的區別，傳統的信息化是對流程的信息化，這一過程關注的對象是流程本身的各項節點與涉及的人員，而數字化是構建一個數字空間，將數據和現實世界的實體聯系起來，包括產品數字化、工藝數字化、制造設備數字化等。數字化技術涵蓋產品從設計、制造到管理的各個環節及領域，負責打通企業各環節數據，識別數據、挖掘數據，充分利用和發揮數據的價值，促進企業研發、設計、生產、物流、服務等環節的高效協同。

4.2 智能制造推廣建議

4.2.1 開展科學管理

科學管理的核心是標準化管理，包括作業標準化和工藝標準化。管理人員對作業現狀進行分析、改善、驗證，制定作業標準；對不合格品分析以及追溯，對生產工藝進行優化、驗證，形成工藝標準。標準化是保證一個系統有效運作的基本條件，制定標準后，操作者按照標準嚴格執行，確保產品質量和生產效率。如果實際結果和預定目標出現偏差，原因有兩點。一是標準存在不合理之處，相關人員需要對標準進行討論和修改。二是操作者對標準的理解不到位，需要企業對操作者進行統一培訓與指導，確保日后不會因為認知差異導致標準執行不到位。

4.2.2 工作流程精益化

航空電子產品制造企業是典型的離散型制造企業，產品具有技術復雜性高、多品種、小批量的特點，產品種類繁多，生產重復性低，企業需要從精益管理的角度對流程進行梳理與優化。從價值創造的視角來看，企業內部的活動分為增值活動和非增值活動，企業需要注重運用精益生產理念，對工作進梳理、優化、精簡，確認合理的人員、設備、物料等資源配置，識別并盡量消除不能增加整體價值的隱藏成本，打破傳統組織機構邊界，使企業內部運作更加高效。

4.2.3 設計、制造模塊化

模塊化具有相對獨立性、通用性和互換性的特征。在航空電子產品設計環節，可以采用基于模塊的設計方法，將產品系統分解為各自具有特定功能的獨立模塊，實現產品的快速創新與調整。多品種產品對生產系統的柔性提出較高要求，企業需要將個性化生產與標準化生產模塊結合起來，以最小的工作量形成新的生產單元，該單元可以獨立存在并單獨運行，同時它也可以被快速整合到生產體系中，與其他模塊一起運行。企業需要規劃好各個模塊的功能，并為模塊定義整體規范，確保模塊之間銜接順暢、快速集成。

4.2.4 完善自動化建設

自動化設備的缺乏對生產效率及產品質量有一定影響，因為部分產品或零件為非標準件，市面難以直接購買到合適的設備，建議企業可以自行研發非標自動化設備或者進行個性化定制，為建立自動化產線奠定基礎。雖然智能制造的前提之一是實現自動化，但是并不意味需要100%的自動化，智能制造一部分工作需要人進行控制和決策。

4.2.5 開展數字化建設

數字化制造增加了信息系統，使設備的數據收集、分析、控制能力有了較大提高。開展數字化建設要遵從3 個要點。首先，企業對于各種數字技術的應用，包括制造工藝數字化、設備及工裝夾具的數字化等。其次，在產品設計、建模仿真、生產管理等各個階段運用各種工業輔助軟件、信息管理軟件，將圍繞產品復雜多變的信息通過數據、數字化模型管理起來，方便統一分析與處理。最后，數據之間的互聯互通及系統的集成，基于事先構建的統一語義及格式的數據，通過ERP、PDM、MES、WMS 等系統，實現產品信息在各個環節的協同。

該階段需要對數據進行合理篩選，可在藍圖規劃指引下，先以較簡單的數據作為切入點，選取易看到效果、可快速實現的場景進行突破，采取“小步快跑，迭代創新”的方式將業務串聯起來。理想的狀態是平臺架構推動信息化，但在實際工作中，因為業務、生產需要正常運轉，不會停工主動兼容一個新的平臺，所以只能逐步進行數據遷移，導致企業只能在現有平臺基礎上逐步對各個系統進行數據連接。在推動新系統逐步融入原有系統的過程中，可以先找試點，從涉及員工較少的環節入手，形成一定效果。同時，數字化所需的數據和模型需要長時間的積累與優化，因此效果不會立竿見影，而是一項長期的任務，在實際工作中，也需要不同的部門不斷溝通與配合。

4.2.6 進入網絡化、智能化制造階段

網絡化是由數字化階段發展而來，它以大數據、數字孿生、機器視覺、增材制造等技術為支撐，以信息為紐帶，實現物理世界與虛擬世界的深度融合。它達到了企業間橫向集成與企業內部的縱向集成，打通了整個物流、信息流、資金流。企業需要按照步驟逐步推進，經歷自動化、數字化，最終才到達網絡化、智能化階段。

5 結語

首先，對智能制造這一概念進行了理論探索，結合行業、企業發展現狀，分析航空電子產品制造企業開展智能制造的必要性，企業需要在外部環境變化及自身轉型升級的過程中積極利用智能制造技術的優勢，提升企業效率。其次，對企業智能制造現狀和需求進行分析、梳理與總結，企業需要先完善自動化、信息化建設，再推廣智能制造。最后，基于企業特點、產品特點，結合工作實際，提出智能制造推廣要點及建議。希望本研究能夠為企業智能制造推廣提供參考與啟示，促進企業進一步發展。