复杂电子装备的批产自动化测试产线构建与应用

翟桂全

(南京电子技术研究所,江苏 南京 210039)

0 引言

高端装备制造业是推动工业转型升级的引擎,是提升国家产业核心竞争力的必然要求,是抢占未来经济与科技发展制高点的战略选择。近年来,随着大数据、人工智能、工业互联网等新技术的发展与应用,高端装备制造业的数字化进程逐步深入,高端装备得到加速研制与快速迭代。

复杂电子装备是高端装备制造的典型代表,随着高端制造业的快速发展,新体制复杂电子装备从单装备的研制生产逐渐向多品种大批量生产转变。为顺应新时期装备建设发展需求,本文结合复杂电子装备生产制造业务活动中的痛点,简述如何构建复杂电子装备的批产自动化测试产线,升级装备批生产管理模式,以提升复杂电子装备生产效率。

1 复杂电子装备批产自动化产线构建的背景

随着复杂电子装备快速迭代、效能需求持续升级,基于单装备的传统生产制造模式逐步显现出产品技术状态固化慢、制造成本高、生产周期长等问题。为顺应高端装备制造发展趋势,满足持续升级的装备制造技术与产能需求,对复杂电子装备的批产测试现状进行了分析。

1.1 批产计划管理现状分析

复杂电子装备的批产管理包含了对装备所有组成部件的生产管理,并基于装备各级组成部件的工艺流程开展计划排程、计划执行与计划落实,整个过程涉及“人机料法环测”各维度的管理。在业务环节上,装备批产计划管理主要涉及计划主管部门、加工部门、测试部门与质量检验部门,生产制造主体流程涉及组件/分系统/整机加工与装配、分系统调试与检验、整机验收与交付,整个业务活动具有种类多、产量大、跨部门、多角色等特点。面对复杂的装备生产制造过程,批产管理面临着计划管理供给适配性低、过程监测存在延迟和全链条协同优化能力弱等难点。因此,急需优化升级装备批产管理模式,以提升装备批产管理精细度,加快生产过程信息协同与问题处理效率,整体提升批产管理效能。

1.2 批产测试工位现状分析

近几年,随着装备批产任务量的急剧增长,基于各独立的测试工位组织开展装备批产集成调试已无法满足装备产能持续提升的需求,主要呈现出以下问题:

(1)随着复杂电子装备生产台套数量增多,装备测试工作量、试验量大幅增加,导致各测试工位与测试设备资源紧张。

(2)批产集成调试工位的自动化水平不足,装备测试与监测仍高度依赖人工,人力资源投入大,整体效率低。

(3)不同装备型号之间的测试设备、测试平台的通用性与兼容性不足,各测试工位利用效率有待进一步提升。

(4)装备测试工位未统一管理,各工位独立开展测试工作,存在人员复用率低、资源调度周期长、工位运行透明度不足等问题。

因此,急需利用大数据、自动化等新兴技术,构建装备批产自动化测试产线,批产测试从独立工位脉动式生产向流水化生产转变。

1.3 批产物料管理现状分析

在装备批产集成调试过程中,各型号装备需要集成所需物料。在制造运营系统中办理了出库流程后,物料的流转、齐套、盘点等工作均由人工处理,并通过传统的办公电子表单进行记录,处理效率低、易出错。

因无信息化平台统一管理,无法方便、快捷掌握物料在装备批产中的齐套与使用情况,无法基于产品任务开展精准的物料齐套和分配规划,缺料信息传递滞后。因此,为顺应未来发展趋势,需建立物料信息化管理,以实现物料精确分配、补料预警、物料自动化配送等功能。

1.4 批产测试数据管理分析

针对装备批产过程中各测试工位产生的测试数据、工位运行数据、设备健康数据等,未整体规划,缺乏统一管理,各类数据均暂存于各工位的调试设备与计算机中,主要问题如下。

(1)缺乏数据集中管理,测试数据暂存在调试计算机中,随着时间推移,数据量逐年增加,存储和维护效率低,数据容易丢失,数据检索难。

相对湿润度指数为某段时间的降水量与同时段内潜在蒸散量之差再除以同时段内潜在蒸散量得到的指数，该指数是以土壤水分收支平衡为基础的干旱监测指数，反映了作物生长季节的水分平衡特征，能够客观真实地反映干旱的发生强度，其计算公式如下:

(2)测试工位无数据自动采集、存储手段,大部分数据记录、流转与使用均由人工处理,效率低下。

(3)无集中监测与控制手段,测试过程出现异动等情况,需依托各工位负责人现场识别,对人员要求较高。

(4)测试数据的利用率不高,存储的数据未能在批产管理决策、装备健康预警等方面充分发挥作用。

2 复杂电子装备批产自动化产线的构建

为顺应复杂电子装备整体发展趋势以及数字化发展新格局,需要聚焦装备生产制造过程中存在的问题,开展装备批产自动化测试产线研究与建设,推进企业批产制造与管理的数字化转型。分别从装备批产精细化管理、自动化工位改造、物料信息化管控、测试数据自动采集应用等方面开展规划与建设,着力构建完备可靠、先进适用、安全自主的装备自动化测试产线,实现集成互联、人机协作、数据贯通、资源调度、科学决策的装备生产与管理。

2.1 实施精细化计划管理

针对装备批产数量多、业务流程复杂、计划波动性大等问题,分别从建设计划排程系统[1]与构建精细化计划管理模式两个方面逐步推进批产精细化管理。

2.1.1 高级计划排程管理(APS)

在装备生产计划排布时,仅基于产品生产工艺流程进行粗放排布,缺少对生产过程中设备状态、人员安排、物料齐套等信息的计算和分析,形成的计划条目穿透性弱、精准性低。面对复杂电子装备生产过程变化多、计划波动大、资源调配延迟高等问题时,无法有效满足装备生产的管理需求。因此,围绕装备任务目标,依据产品各项组成部件的工艺路线,建设基于人力资源、调试设备产能和产品齐套情况等要素的高级计划排程系统。在有限资源下,以满足装备交付节点为目标,开展计划分析与推演,形成符合批产集成调试现状的生产计划,同时提供灵活的调整功能,有效提高生产计划的精细度与准确度,为任务拉动和推进做出合理的决策支撑,确保装备目标任务完成。

2.1.2 优化计划管理模式

图1 复杂电子装备的精细化计划管理流程

2.2 构建自动化测试产线

为有效应对复杂电子装备任务形势,选取近几年产能需求大的典型装备,利用工业网、大数据、自动化等新兴技术,试点开展装备批产自动化测试产线建设,构建设备互联、工位集中控制、被测件自动测试、数据自动采集存储的产线模式,大幅提升装备批产效能。

2.2.1 工位互联、集中管控

整合工位与设备资源,将原工位独立、信息隔离的产线运行模式升级为资源统筹、信息互联的运行模式,从而实现产线资源的智能化调度、生产工序的全过程管控、运行问题的智能化分析。同时,在满足现有装备生产的基础上开展测试系统升级改造,以兼容后续新型装备生产,提升产线整体柔性化和自动化水平。

开发装备产线自动化测试系统和控制中枢,实现对生产过程中液冷、电源和试验箱等状态数据的监测,对不同测试通路的切换和增益进行自动调节,并实时采集运行数据与测试数据,根据实时数据进行自动测试控制、异常报警、紧急下电等操作。

2.2.2 运行监测、看板展示

开发产线智能化综合看板,并在现场配置大屏进行展示,主要对产线的装备任务、工位运行、设备运行等情况进行动态展示[2],能穿透至单个装备的物料齐套信息、计划排程以及工位资源分配等信息。各项展示信息均来自测试产线实时产生的数据,通过控制中枢传输至综合看板系统,进行自动统计与分析,实现产线信息可视化、信息传递快捷化、任务执行透明化,大幅提升生产过程管理效率。

2.3 推进高效的物流管理

装备批产过程涉及被测件的物料、工装等实物的齐套、流转与装配,物料种类多、位置变动频繁,通过人工建账、手动分配已无法满足装备批产任务形势。为提升装备生产过程的物料管理效能,建设物料管理信息化手段,对装备生产所需的物料进行全过程流转管控[3],提高产线物料配送和状态透明度。

2.3.1 建设物料管理信息化手段

装备生产所需物料进入产线现场后,由现场负责人接收并放置于现场库存区域,根据现场运行情况开展物料齐套与搬运,产线物料管理效率较低。因此,首先对装备生产产线现场进行布局改造,根据物料的流转情况构建暂存库与线边库;同时,开展信息化手段建设,对物料进入产线现场后的流转与信息进行信息化管理,形成由装备生产订单驱动的物料信息化管理,实现产线实物的齐套、出入库与盘点,提高产线物料和成品的出入库管理及配送管理水平。

2.3.2 提升物料管理智能化水平

在实现装备物料齐套与分配的基础上,开发产线缺料与坏料的预警功能,减少因缺料等原因对自动化测试产线的流水节拍影响,缩短等待时间,提升物流管理与产线运行效率。

开发产线物料与测试部件信息的统计、分析与展示功能,可快捷、清晰地查询物料各项信息,实现对自动化产线批产物料分配的辅助决策,减少生产等待,提升批产计划下达的准确性和可执行度,减少重复性劳动,释放测试人力资源,提升产线管理效率和计划管理水平。

2.4 推进数据自动化采集

在装备批产过程中会产生各类型数据,包括测试指标数据、测试原始数据、工位运行数据、设备在线数据等。建设产线数据自动化采集手段[4],并基于数据开展资源、计划、运行、质量等多维度综合分析与展示。

2.4.1 建立规范化的数据标准与接口

针对复杂电子装备的测试数据采集,开展数据规范与标准研究,建立规范化、标准化的装备测试数据证书,包括数据类型、数据项目、数据名称、数据要求等要素;针对数据自动采集手段方面,建立标准化的采集方式、采集接口、数据存取策略、数据容错处理机制,确保自动采集系统的通用性与兼容性。

2.4.2 基于工业网建立数据采集平台

针对产线中的生产设备、仪器仪表等调试平台,通过接口数字化改造,接入数据采集系统。在产线运行过程中,各工位开展装备分系统与整机的自动化测试,产生的测试原始数据、设备运行数据、产线运行数据等均实时采集到信息化系统中进行存储与集中管理。数据采集系统具备各类型数据的统计功能,可实现对历史数据的信息搜索和查询、测试指标数据的趋势分析和展示;系统具备基于算法模型的数据分析功能,辅助开展装备故障判断、排故引导,为调试和保障人员提供技术支撑,为批产管理提供辅助决策。

3 复杂电子装备批产自动化产线的应用

近几年,装备制造企业的某型装备产能需求逐年递增,原有的生产测试模式已经无法满足批产任务要求。因此,以该型装备为试点,分别从批产管理模式、测试工位、物料齐套与配发、数据采集等方面开展痛点分析与整体规划,形成了装备自动化测试产线建设方案,并建立了基于典型复杂电子装备的批产自动化测试产线。目前,该产线已上线运行使用,具备指标测试无人值守、多工位一体化控制、设备状态监测、计划排程实时更新和运行问题报警等能力。

该批产自动化测试产线的建设与运行降低了批产测试人力资源投入,管理模式与产品测试更加高效,大幅提升了装备生产效率,切实解决了生产过程变化多、交付周期准点难、现场调试效率低、资源调度延迟高等问题。经过实际运行验证,该型装备测试人员投入整体减少60%,测试效率提升5倍,装备整体产能翻番。

4 结语

对某型复杂电子装备的批生产情况进行深入分析,以问题为导向,开展批产计划、工位、物料与数据管理的需求梳理,形成装备测试产线建设目标。通过优化批产管理模式,并利用信息化手段构建形成了复杂电子装备批产自动化测试产线,已在制造企业的批产部门内推广运行,有效提升了复杂电子装备的批产测试与管理效能。