智能制造系统，工业4.0的核心

2017年3月16－17日，由e-works数字化企业网主办的主题为“互联网与工业的深度融合之道”的“2017(第六届)中国信息化和工业化融合发展高峰论坛”在北京歌华开元大酒店圆满闭幕。明导电子Valor事业部市场经理江涛发表了《智能制造系统，工业4.0的核心》的主题演讲，以下为演讲内容整理，暂未获得演讲者授权。

图1 明导电子Valor事业部市场经理江涛

明导电子是一家美国上市公司，为全球EDA领域三大巨头之一，有超过5600名员工分布世界各地，其中近5000名是软件研发工程师。

一、工业自动化浪潮的来临

相较于五年甚至十年以前，华南电子制造企业面临的市场压力主要是来自两个方面：一是市场竞争激烈，其中价格最为敏感。企业必须提供最低价格的服务或者产品，才能够拿到订单。

二是用工压力，其中深圳东莞一带最为明显，十年前，在2、3月份，会有很多南下务工人员到深圳东莞找工作，如今这种现象已经不存在了。用工难、招工难，招到合适的工人更难，企业需要用自动化设备来替代人工。

二、SMT电子生产制造和智能制造

产能要求。图2是SMT电子生产制造的模型，主力生产设备为贴片机，生产模组的增大带来系统运转速度的提高和产能的增加。在富士康的苹果或IPAD生产线上，整个U形环形生产线的长度可以接近一百米，生产的模组接近30个。缺点是整个生产系统非常僵硬，柔性较差。在这样长的生产线上做任何一点生产的改变都非常的困难。

图2 SMT电子生产制造模型

这个系统平均下来线上人员更加精简，使企业单件成本降低，从而可以提供给客户更低价格的产品或是电子制造的服务，进而拿到更多订单。但同时企业需要面对市场多样化的问题，产品类多而量少。例如几乎人手一部的智能手机，可能往往只需要半年，某个产品型号厂家已经不再生产。产品生产周期越来越短促使企业去考虑，什么样的投入产出比，才能够使企业竞争力达到最大化？

德国率先提出工业4.0的概念，最终目的是让企业直接面对消费者。贴片机是第三次工业革命最典型产物，在60年代末70年代初工业电脑和机械手结合在一起，曾经是SMT的主力机型。在如今这个产业变革时代，美国提出互联网制造概念。中国作为制造业大国，也制定了一系列目标，但制造业现状跟美德比起来还有一定差距。

对于智能制造，尤其对于SMT电子智能制造的概念，明导电子认为它的主要支柱是四个系统。第一是必须拥有全优化的制程准备系统，意味着所有的生产工具必须一次性在生产前准备完成，从而确保产品能在工厂任意一条生产线即时开始生产。企业的全球化制造战略，是智能制造的基础。目前典型的生产模式，是研发中心在欧洲或北京，而工厂在东莞、菲律宾或巴西。传统的做法是研发中心拿到产品之后，发到下面的工厂进行生产，然后拿到新产品交由客户确认。

如果拥有制程准备系统，可以在研发中心完成设计之后，首先进行工艺仿真，在系统中检查设计是否存在缺陷，进行分析之后可以看到全球任意一家工厂生产线的情况，经过工艺仿真可以确认哪家工厂的生产线最适合生产这个产品，同时该生产线可以同步拿到生产工具数据，即可开始新产品的生产，用最短的时间将新品制造出来交给客户，从而帮助企业在最短的时间拿到订单。

第二是开始生产。传统的情况是一个工厂有十条生产线，这个星期可能生产20个产品，如何进行安排？物料什么时候到期？什么时间出货？靠工程师根据经验计算，然后用秒表到生产线上掐。这样的模式导致企业无法发挥最大的产能，从而耽误订单的出货。如果拥有智能化的计划排程系统，就可以有最优化的生产排程，之前的问题也迎刃而解。

第三是可视化的智能生产线。产品在进入生产线之后，生产的实际情况、物料消耗情况、进度、质量，每个工艺流程是否很顺畅的正在进行生产？可视化的智能生产线必须展现在工厂每一位相关人员面前，可以实时了解生产线的具体状况。其中最关键的有两点：一个是每个流程节点的实时数据信息，互联系统；二是必须建立全闭环的控制模式的生产线。

第四，目前，工厂的物流成本在整个成本中占很大比重，所以需要建立一个精准的精益化的物料管理平台。

以上四点具体如何实施：

首先是制程准备平台，对于电子制造企业来说，一般输出一些必须的数据，比如从设计端ODB++的数据，然后是物料表和生产到每一个工艺流程，各自为政。有了准备平台以后，各个环节可以进行协同作战，用同一个工具可以在最短时间将生产数据全部准备完成。同时在准备的过程中，可以匹配出最合适的生产线，确认之后按照优化的流程在生产线上进行生产。

其次是自动化的排程系统，先将工厂模型和生产线模型在平台中建好，同时将每个产品所需要的工程数据输入平台，算出该产品在最优化生产线上所需要的单板生产时间，其他相关日程例如有公众假日、有人请假，或者流程相关问题均输入其中，然后跟货舱或者物料管理系统连接，计算物料齐备时间，同时根据订单完成时间自动生成生产计划排程，将工厂所有生产线的产能最大化。

再次是精益化的物料管理平台，自丰田公司提出拉动模式的物料文化模式以后，很多工厂引入这个概念，这个概念最关键的一点也是精确的信息化，同时跟物料设计实际消耗情况相连，生产线根据实际物料情况，及时触发物料和货舱系统，进行物料配送，达到物料库存最优化和物流时间最优化。日资企业曾经做过统计，有的公司在这样的情况下对于营运成本减少75%，同时让工厂做到最优化的库存，很多公司可以省去线边仓。

最后是可视化的智能产线，面临的困难主要有以下几点：其一，不同SMT设备有不同的数据输入输格和端口，各不相同，也不相互开放；其二，周边的小设备没有数据接口，无法提取生产数据；其三是手工工位，手工工位需要工厂IT部门自己研发自己的信息数据，以及生产系统以外的供应链、质量管理、生产计划，也是客户自己研发自己的数据接入接口。目前市场上很多大型设备的供应商，都有自己的软件系统来解决数据的输入输出，但是这些方案往往只能解决企业自己的设备数据采集，没有第三方的公共平台。此外供应商不断的推出新一代的设备，新的软件方案通常也仅针对新设备，不再对接老设备。

三、明导电子互联网制造解决方案

之前业界曾经产生一些数据通讯的体系或标准，比如GAM和CAM，推行多年由于自身情况仍无法在业界广泛应用。原因在于自有设备数据结构差异化较大，很难统一，数据通讯模式对其进行解析非常复杂，往往不能完成。为了解决这个问题，明导电子根据20多年的研发经验，推出新一代互联网制造的解决方案。

图3 明导电子互联网解决方案

如图4是明导电子专为电子制造装配业打造的一个互联网解决方案，能够实现生产线与工厂IT系统的信息互联，一经投入使用，任意的生产设备与流程都可以跟IT信息系统进行互联，具有独立网络架构，即插即用。配备多种数据接口，适配于网线、并行或串行的数据接口。

主要特征如下：1）所有设备与各生产流程的信息互联的桥梁，可以实现标准化的数据格式进行对接，整个架构主要基于生产线的每个生产设备或者工艺流程，对整个工厂现有的IT系统进行信息互联；2）可实现各种硬件与软件的无缝连接；3）在loTM与所有信息交换主体之间实现了标准化的数据格式对接；4）为智能制造的电子产业模式提供了高效可靠的数据流和信息流。

目前可以支持主流的产品设备如松下、三星、YMAHA等。明导电子定义OML为电子装配制造的普通话，旨在划定一个统一的交流平台，实现人机，机器设备和机器设备，生产流程和生产流程的对话。

OML最核心的部分是帮助企业解决SMT产业链中，没有信息互联的数据标准协议这样一个核心障碍，提高数据的及时性和精确度。主要应用在生产流程的闭环管控，大数据分析、物料的精益化管理，生产计划与资源管理以及生产流程的一致性、流畅性和可追溯性。

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