“將一塊柔性O(shè)LED手機(jī)顯示屏安裝到金屬邊框里，組裝精度可以達(dá)到多少？”這是小米集團(tuán)北京亦莊智能工廠廠長(zhǎng)周毅一直探索的問題。
2020年初，小米在北京亦莊投產(chǎn)了第一條自研智能制造“實(shí)驗(yàn)產(chǎn)線”；2022年12月，小米13手機(jī)發(fā)布，精度達(dá)0.09毫米，也就是1根頭發(fā)絲的直徑。“采用超級(jí)四窄邊工藝，屏幕像一塊‘無(wú)邊泳池’，屏占比高達(dá)93.3%。”周毅說。
“為了做好裝備與工藝，量產(chǎn)極致超窄邊框，我們從硬件、視覺、智能化等方面入手，讓制造精度再上新臺(tái)階。”小米智能制造部副總經(jīng)理季旭介紹，在亦莊智能工廠，生產(chǎn)效率、產(chǎn)線切換效率均大幅提升，超九成智能裝備由小米和其投資的公司自主研發(fā)。
黨的二十大報(bào)告提出，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。小米集團(tuán)副總裁顏克勝說：“這讓我們對(duì)利用數(shù)字技術(shù)提升制造水平充滿信心。”
6個(gè)月只為0.5%的突破
走進(jìn)小米亦莊智能工廠，廠房里沒有開燈，也看不到埋頭操作的產(chǎn)線工人，只有運(yùn)輸機(jī)器人往來(lái)穿梭。機(jī)器上的信號(hào)燈不停閃爍，以及一臺(tái)臺(tái)自動(dòng)化SMT（表面貼裝技術(shù)）貼片機(jī)發(fā)出清脆的嗒嗒聲，提示著生產(chǎn)正在火熱進(jìn)行。
200多個(gè)高清攝像頭、8000多個(gè)傳感器實(shí)時(shí)收集著生產(chǎn)數(shù)據(jù)，工程師打開手中平板電腦的“數(shù)字孿生”界面，便可實(shí)時(shí)監(jiān)看設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況。
伴隨著小米13手機(jī)量產(chǎn)提速，連日來(lái)，小米智能制造部硬件工程部資深總監(jiān)田真超，就扮演起了那個(gè)手拿平板的工程師角色。不過，他的目光更多停留在屏幕組裝工序的點(diǎn)膠工位上。
“超級(jí)四窄邊是小米13手機(jī)的工藝‘巔峰’，而點(diǎn)膠又是難點(diǎn)中的難點(diǎn)。”田真超解釋，要把屏幕精確組裝到金屬邊框里，離不開膠水。“問題是每一個(gè)邊框都存在微小的加工誤差，由噴射閥以1秒鐘1000次頻率點(diǎn)出的膠線，既不能點(diǎn)偏，也不能點(diǎn)得過寬過窄，否則組裝時(shí)要么外觀有瑕疵，要么防水失效。”田真超說，目前業(yè)內(nèi)點(diǎn)膠良率最高可以做到99%，“我們的目標(biāo)是再提升0.5個(gè)百分點(diǎn)。”
為了這0.5個(gè)百分點(diǎn)的突破，田真超所在團(tuán)隊(duì)開始把目光投向人工智能。“AI視覺檢測(cè)難題在亦莊智能工廠早已被攻克。”田真超說，以前，一條每小時(shí)生產(chǎn)300臺(tái)手機(jī)的生產(chǎn)線，就要配備單班8名檢測(cè)人員；如今，配備了亦莊智能工廠自研的裝備自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)之后，小米的代工廠惠州光弘已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)人檢測(cè)，而且，“漏檢率做到零，誤檢率也做到行業(yè)最低。”
“‘AI視覺’技術(shù)能不能應(yīng)用到點(diǎn)膠工位呢？”田真超說，答案是肯定的，但與屏幕自動(dòng)檢測(cè)不同，這次要針對(duì)邊框膠路進(jìn)行視覺引導(dǎo)。歷時(shí)6個(gè)月，團(tuán)隊(duì)自研膠線視覺檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了三維膠線路徑全檢，不僅消除了邊框加工誤差導(dǎo)致的點(diǎn)膠偏位，還通過機(jī)器學(xué)習(xí)提高引導(dǎo)效率40%，并將引導(dǎo)工位、點(diǎn)膠工位合二為一，點(diǎn)膠良率超過99.5%，并已申請(qǐng)2項(xiàng)發(fā)明專利。
再難也要闖過數(shù)字化這道關(guān)
在亦莊智能工廠手機(jī)組裝線上，完成點(diǎn)膠工序的金屬邊框，被傳送到裝配工位。五軸機(jī)器人揮舞著手臂，從AGV運(yùn)送的自動(dòng)化料倉(cāng)中抓取屏幕，精準(zhǔn)裝配到邊框里……“簡(jiǎn)單的動(dòng)作背后，蘊(yùn)含了大量自主研發(fā)的科技。”周毅說。
“為減小高速組裝過程中結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度，我們自研了振動(dòng)抑制技術(shù)；為提高屏幕與邊框自動(dòng)對(duì)位的精度，自研了極致對(duì)位算法技術(shù)、多次擬合技術(shù)、移動(dòng)平均值算法補(bǔ)償技術(shù)……”周毅說，組屏工序最大的難題，是每一對(duì)隨機(jī)搭配的邊框和屏幕，都存在極小的尺寸工差，且各不相同。只有為所有部件建立“數(shù)字檔案”，并通過人工智能算法，逐個(gè)制定最佳貼合方案，才能確保在1根頭發(fā)絲的安全間隙內(nèi)精確完成組屏動(dòng)作，“這對(duì)工廠的數(shù)字化水平無(wú)疑是巨大考驗(yàn)。”
“企業(yè)數(shù)智化轉(zhuǎn)型分為自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化三個(gè)階段，我們的體會(huì)是，數(shù)字化是目前制造業(yè)企業(yè)要闖的最大難關(guān)。”顏克勝解釋，裝備的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析乃至數(shù)字孿生，只是數(shù)字化的一個(gè)方面，全面數(shù)字化涵蓋質(zhì)量管理理論中的五要素——人機(jī)料法環(huán)，“尤其是‘人’和‘法’（工藝）的數(shù)字化，絕對(duì)是巨大挑戰(zhàn)。”
亦莊智能工廠SMT貼片產(chǎn)線負(fù)責(zé)人孫頂對(duì)“法”的數(shù)字化難度感觸最深。“貼片產(chǎn)線過去需要24小時(shí)輪流值班，生產(chǎn)線發(fā)生異常時(shí)，工程師需要憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)去分析原因，甚至要不斷通過人工試錯(cuò)排查問題。”孫頂說，實(shí)現(xiàn)“法”的數(shù)據(jù)化，要求工程師不僅要把材料性能、貼片壓力、印刷參數(shù)、環(huán)境等因素全部梳理出來(lái)，還要把親身遭遇到的各種異常狀況以及處置經(jīng)驗(yàn)沉淀并萃取出來(lái)，構(gòu)建成知識(shí)庫(kù)。
顏克勝回憶，小米把與手機(jī)相關(guān)的221個(gè)工藝全部做了結(jié)構(gòu)化、數(shù)字化，“180多人，耗費(fèi)了大半年時(shí)間。不管多難，企業(yè)都要闖過數(shù)字化這道關(guān)”。
小米要做“制造的制造”
連日大風(fēng)，亦莊智能工廠西北50多公里外的小米昌平智能工廠建設(shè)工地，廠房?jī)?nèi)裝工作依然在有條不紊地進(jìn)行。“2023年年底，兩條產(chǎn)線將正式開工。”小米智能制造部項(xiàng)目部總監(jiān)吳鋒輝介紹，這座智能工廠規(guī)劃年產(chǎn)1000萬(wàn)臺(tái)智能手機(jī)，產(chǎn)值約600億元。
“作為小米智能制造布局的超大‘實(shí)驗(yàn)室’，亦莊智能工廠的效率比目前代工業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的工廠還提升了25%，產(chǎn)能提升10倍的昌平智能工廠，更是瞄準(zhǔn)中國(guó)制造的最高水準(zhǔn)。”顏克勝說，他更期待那些在亦莊智能工廠自研并經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證的新工藝、新材料、新裝備，在昌平智能工廠大規(guī)模鋪開后的表現(xiàn)。
近年來(lái)，以蘋果為代表的代工模式，在3C制造業(yè)已然成為主流，小米為何要投入巨資建設(shè)智能工廠，并且核心裝備九成以上自研呢？
“不只是業(yè)內(nèi)人士有這樣的疑問，幾大代工企業(yè)甚至也曾對(duì)小米的舉動(dòng)心存疑慮——這是打算把我們都替代掉？”顏克勝告訴記者，小米這么做，本身有依托數(shù)字化、智能化提升產(chǎn)品工藝水平、提高效率、降低成本的需求，有在相機(jī)、AI視覺、算法、機(jī)械加工、電子、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算甚至兩足仿生機(jī)器人等專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)積累和團(tuán)隊(duì)支撐，還有每年1億多臺(tái)手機(jī)、幾千萬(wàn)臺(tái)電視以及幾千萬(wàn)臺(tái)小米生態(tài)鏈產(chǎn)品搭建的豐富應(yīng)用場(chǎng)景。
反觀國(guó)內(nèi)主流3C代工企業(yè)，近年來(lái)，雖斥巨資購(gòu)買了先進(jìn)裝備，自動(dòng)化率也已達(dá)到相當(dāng)高的水平，但加工能力依然無(wú)法快速滿足手機(jī)用戶對(duì)新興工藝的消費(fèi)需求。“智能化改造是唯一手段，但在數(shù)字化階段，企業(yè)卻遭遇了難題——裝備品牌和種類繁多、接口和通信協(xié)議無(wú)法統(tǒng)一、數(shù)據(jù)采集不上來(lái)……”顏克勝補(bǔ)充，用戶訂單的不確定性，以及智能化本身的難度，都讓代工企業(yè)很難下決心投入巨資。
“這就是小米5年前決定做智能工廠的初衷。”顏克勝說，小米創(chuàng)始人雷軍曾表示，智能工廠承載了小米很大的夢(mèng)想——做“制造的制造”，不是替代代工廠，而是幫助代工伙伴提升制造效率，幫助中國(guó)制造業(yè)提升智能化水平，“黨的二十大報(bào)告提出促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，更加堅(jiān)定了小米做制造業(yè)背后智能解決方案和裝備服務(wù)商的信心和決心。”
如今，小米已經(jīng)投資了110家做智能裝備的公司，拉動(dòng)上下游產(chǎn)品及技術(shù)供應(yīng)商100余家，初步形成了國(guó)產(chǎn)制造裝備供給生態(tài)集群。去年7月，在科技部指導(dǎo)下，小米牽頭成立了3C制造創(chuàng)新聯(lián)合體。“我們的想法是，自己要先有‘金剛鉆’，把小米智能工廠做成行業(yè)效率最佳，給代工企業(yè)立個(gè)標(biāo)桿，逐步提升手機(jī)乃至整個(gè)小米生態(tài)鏈的效率，再給行業(yè)賦能。”顏克勝說。
