宁波霍科电器有限公司成立于2013年7月，公司目前总资产超1.4亿。上年销售收入2.2亿，近三年销售收入增长率为75%，研发投入2200万元。是一家以全自动咖啡机、冲奶机、儿童餐椅、精密齿轮件等产品研发、生产集销售为一体的创新综合型企业。与浙江工业大学成立联合创新研发中心、成立浙江工业大学学生实践基地、浙江工业大学产品创新实验基地。2019年被授予国家高新技术企业、宁波市企业工程技术中心、宁波市奉化区企业工程技术中心、宁波市奉化区企业发展增速奖、 宁波市奉化区企业科技创新奖、奉化区企业创新团队奖、2020年制造业首台套奖项，2021年博士后工作站。

图1 宁波霍科电器有限公司

一、项目概述
 

    宁波霍科电器有限公司全自动咖啡机数字化车间智能工厂，对标工业4.0、工业化和信息化两化融合、结合精益合理化进行建设，打造基于“设计制造一体化、生产加工自动化、生产过程透明化、生产指挥可视化” 的数字化智能工厂。

       1.建设车间总体设计、工艺流程及精益布局的数字化模型，针对全自动咖啡机、母婴用品、儿童餐椅、精密齿轮采用计算机辅助设计、通过CAD、PLM系统的应用，实现设计数字化；

       2.利用海星数控化注塑机、模具管理系统、在线测量系统、集中供料控制系统、高精度数控机床、加工中心、智能组装柔性线实现柔性化数字化生产；建设物流、生产自动化和实时采集的生产线、检测设备，实现生产装备的智能化；

       3.以MES为核心、结合ERP、APS系统、SCADA系统的应用，实现生产制造过程数字化；建设立体仓库，通过SCM、WMS、智能立库WCS系统的应用，实现仓储配送与生产计划、制造执行以及企业资源管理等业务的集成，实现仓储物流智能化和企业经营的数字化；

       4.建立工厂内部通信网络架构、建立工厂级工业互联网，关键技术装备之间，关键信息化管理系统之间、市场需求与企业制造之间完成信息互联互通与集成，实现全流程制造协同化；

       5.建设工厂统一数据平台、数据集市和数据模型，整合数据资源系统，完成ERP、APS、SCM、MES、WMS、PLM、SCADA等系统的互联互通，实现平台、预测、决策、管理一体化的智慧化管理体系；

       6.建立企业级工业信息安全管理制度和技术防护体系，实现管控安全化。

图2 全自动咖啡机

二、项目总体架构

       宁波霍科电器有限公司全自动咖啡机数字化车间智能工厂建设的整体目标是基于成熟先进的产品及工艺，精益有序的设备布局，以SCADA 为基础，对加工装备、物流设备、机械臂、自动检测设备等进行数字化、自动化改造；通过CAD、CAE、PLM系统实现设计制造数字化，以ERP、SRM、WMS系统实现经营数字化；以APS、MES为核心结合工业互联网平台实现数字化、透明化、可视化数字化智能工厂。通过对各部门业务流程的梳理和优化，细化各项基础管理；加强各业务部门的协同，明确各部门的职责；以市场需求计划为导向组织企业资源；实现对销售、研发、生产、售后的全程控制和跟踪，加强成本控制，提高企业整体工 作效率和经济效益。

图3 霍科电器数字化智能工厂架构

三、应用场景及技术方案

      3.1 设计数字化

       1)车间设计数字化

图4 车间设计数字化

    霍科电器数字化车间规划以产品加工工艺和装配精益布局为基础，设计并行式生产线，进行单元化生产。具有物流移动距离段，自动化简单且投资少；各工序单络流动，制程中无切换时间，无交叉污染、产能利用率/生产效率最高。每台加工中心都能单独进行加工，实现不同产品的平行生产，提高生产效率，满足客户需求。智能全自动咖啡机产品具有多品种，小批量、快交货的行业特点，可通过柔性生产线提高生产效率，降低生产成本。单元化生产具有如下优点：
 

    1.物料移动距离短；

       2.可实现最小批量流动，多能工、少人化；

       3.生产工单可下至cell:看板拉动柔性生产；

图5 霍科电器数字化车间厂区布局

   2)产品设计数字化及产品生命周期管理
 

   霍科电器产品设计数字化采用二维及三维CAD、UG等设计工具，运用三维建模与仿真技术开发新产品、实现快速设计，提高项目协同和力度，通过建立一系列数字化产品模型，将这些实物原型转化为精准的数字原型，同时将所有实现这一产品的工艺参数进行集成，在产品模型、设计文件、产品数据和信息等全部实现数字化，有效推进设计、加工、装配、运维等产品全生命周期的数字化。

图6 产品设计数字化

   3)研发管理数字化

图7 研发管理数字化

    霍科电器数字化智能工厂导入产品生命周期管理系统（PLM），实现对产品数据、过程、资源一体化集成管理，将涵盖制造、工艺和产品创新过程管理等一系列工作，实现设计、工艺、制造部门信息共享与传递，实现设计与生产协同作业管理，为ERP和MES提供物料编号、BOM、工艺BOM、作业指导书及加工技术参数等基础数据，保证企业源头数据的准确性、完整性和一致性。以产品结构为中心的所有数据，实现设计数字化。提高产品的标准化、规范划程度；提升基于基型产品的变型设计的速度和准确性；提高客户定制的模具工件、产品的快速定义。

       3.2 制造过程数字化

       利用海星数控化注塑机、模具管理系统、在线测量系统、集中供料控制系统、高精度数控机床、加工中心、智能组装柔性线，以MES为核心、结合ERP、APS、SCADA系统的应用，实现生产制造过程数字化；MES系统将生产计划自动排程到车间班组、机台，然后各车间生产产量实时汇报到计划系统，自动对生产计划进行修正与再计划；实现生产现场目视化管理，对生产效率、质量、设备、物料状态适时监控、跟踪、分析；实现计划干涉预警、计划缺料预警和质量超标预警，从而实现管理人员决策科学、准确、及时。

图8 制造执行管理系统MES系统

    制造执行管理系统MES系统将设备实时监控系统、派工管理系统、现场电子看板系统及现场实时反馈终端等系统相互整合，实现了车间制造执行管理的如下几个需求：

       1）透明化生产：通过实时的数据采集，及时了解车间的生产情况以及产品质量状况，将生产计划的执行及时反馈给系统，打开生产过程中的黑箱。

       2）敏捷性生产：掌控重要的生产资源，包括设备、人员、物料信息等，能快速应对生产现场紧急状况，对生产作业计划进行调整并合理调度，保证生产顺利进行。

       3）生产可追溯：建立完整的生产数据档案，形成全面的正反向追溯体系，界定责任、减少损失。

       4）改善生产质量：实时采集生产过程中的质量数据，关注事中控制，事后分析，从而持续改善产品质量。

       5）及时预警：自定义各项生产指标，实时监控指标执行情况，以消息、看板等多种方式实时主动告知生产中的异常状况，让相关人员提前发现、及时处理，减少企业损失。

       6）绩效分析：对生产绩效、人员绩效、设备绩效进行评估分析， 为车间、工厂乃至整个集团绩效的改善提供依据。

   
图9 信息实时监控

    根据极望望云工业互联网平台对接采集的所有设备加工信息，订单进度、基于工位的生产进度、正在加工的任务等信息，同时展示异常状态信息，如故障报警、停线原因、等待维修报警等。

       针对于柔性加工生产线，通过与智能产线控制系统配合，进行自动化生产线的实时监控。可以实时自动化产线上所有设备的状态、机器人状态，以及产线上物流的状态。

图10 柔性加工生产线

    3.3 经营数字化及智能物流仓储管理、
 

    (1)霍科电器ERP企业资源系统应用

       霍科电器全自动咖啡机数字化智能工厂以经营数字化为管理重点，通过ERP建设，实现以销定产，以产定购，规范采购、销售、库存、生产、财务各部门作业流程，实现高效业务流转，实现对企业的资金流、物流、信息流的统一管理，实现运营管理规范化、自动化、数字化。

       充分应用物联网、大数据等信息技术、先进制造技术及必要的智能化手段，推动合作伙伴、供应商、员工提高生产效率，以提质增效为目标打造公司核心竞争力。

图11 霍科电器ERP构架图

    通过销售管理、采购管理、计划管理、生产管理、财务管理、成本管理，规范销售业务、采购业务、生产及仓库管理规范作业，实现业务财务一体化应用。

       (2)霍科电器智能仓储物流及WMS系统

图12 霍科电器智能仓储物流及WMS系统

    霍科电器采用极望WMS系统根据预维护的厂内物流中转容器规格等信息将工单拆解成流转卡，检测完成后按流转卡报工，流转卡跟随中转容器流转，产品包装完成入库时。以产品为主线，条码技术为手段，从计划开始，对产品的物料、生产过程、半成品、成品实行自动识别、记录和跟踪，实现全过程的记录管理。通过扫描产品上的二维码，即可查询产品品种、加工记录、质量检查报告等信息。通过对单个产品赋予唯一身份标识，实现一件一码、一批一码，对产品的生产、仓储、物流配送等环节进行数据采集跟踪，实现产品生产环节、仓储环节、配送环节的全生命周期管理。

       通过批次、序列号管理支持产品/料品前向和后向追溯。产品的前向追溯可通过出库追踪入库追溯原材料供应商的供货质量，产品的后向追溯可通过自定义项标识成品（销售）去向，进一步追溯生产和物料情况，实现全程质量监控。

图13 流转卡

图14 条码管理

    结合条码识别设备，实现系统自动赋码，支持自定义条码规则及标签格式。

       关键材料条码追溯管理，记录关键材料IQC检验数据，通过关键材料追踪对应的产品。
生产工序条码追溯管理，根据生产任务对生成工序进行定点采集扫描记录，采集工序、设备、人员、批次、产量等信息。

       全程条码追溯管理，跟踪每一个关键原材料与产品从来料、发料、生产工序、设备、质量检验记录、产品包装、出入库、发货的过程，通过采集扫描实时记录相关管理信息。

       赋码方式：

       原材料：采用原材料供应商纸质标签，如果没有则需要仓库打码并每包装粘贴；
托盘：使用二维码标签；

       3.4 霍科电器工业互联网平台

       霍科电器采用极望望云工业互联网平台中通过有线网络或无线网络，将人、机、料、法、环、测等接入到网络中，以便及时发现或获取相关信息。在人、机、料、环、环、测等全面联网后，便可通过人工输入、系统导入、自动感知、设备读取、视频采集、系统生成等方式，对研发数据、生产数据、运维数据、管理数据、外部数据等各类生产运营管理所需的数据进行采集。采集到的数据应包含但不限于海量的关键价值数据、接口数据、信息化数据以及文档、图片、音频、视频等类型数据。

图15 数据采集示例

    霍科电器在推动数字化转型过程中，实现设计、研发、生产、销售、服务、管理等全环节的数据共享与快速流转，以满足提高产品质量、提升企业生产效率、降低企业运营成本、快速响应市场需求。

       实现霍科电器现场看板和中央控制中心数字化展现和监控，主要有：计划看板、 进度看板、质量看板、委外看板、员工看板等。

图16 中心控制数字化大屏

    中控大屏；实现工厂、车间、产线和机台生产进度、质量状况、设备状况、销售状况、能源及环境等。

图17 数字化工厂显示

四、项目成效及展望

       1)项目效益

       霍科极望望云工业互联网项目以MES系统为核心，接收来自ERP系统共享的产品订单计划数据进行计划排程到设备和工位，并通过PLM系统进行工艺同步，实现作业指导书电子化并及时下发；再通过SCADA系统，互联采集各种数字化设备，实时的生产过程数据监控，实现工业大数据分析平台、通过自动化柔性生产线结合智能立库WMS系统和物流叉车、工业互联网及安全防护等新内容，建成全新的全自动咖啡机数字化车间。项目上线试生产后，研发设计周期缩短了35%，生产效率相比增加了近25%，设备OEE提升30%，充分证明了实施本项目的积极效果，主要表现在以下几个方面：

       1）注塑、机加、装配车间自动排产，生产任务派工更加及时，计划员工作效率提升。通过ERP生成的订单计划，将生产任务派给机台、设备、人员，系统根据设备负荷和物料齐套情况自动排程，取代以前手工进行排产和下生产任务，大大简化了排产工作量，并且派工更加及时，通过注塑设备与模具，以及产品的匹配，提高产品质量和设备OEE。

       2）车间生产数据透明化、实时化。设备生产参数、设备产量、人员在岗生产数据、设备维修记录等重要生产数据都在系统中进行呈现，通过系统监控和看板TV，使得生产数量、设备状态、生产合格率、设备故障情况等重要数据都能实时呈现。

       3）质量可追溯，提升产品品质。通过对质量数据的收集和汇总，系统直接以报表的形式呈现，取代原先大量人工资料整理汇总工作。通过系统数据，收集最有效标准的设备工艺参数，可有效提高品质稳定性。

       2)展望

       霍科电器在当前疫情严重、国际贸易纷争激烈的情况下引进数字化技术赋能，通过工业互联网平台建设实现智能制造，打造智能产品，2021-2022年取得了35%复合的高速增长。通过数字化建设唤醒了团队的数字化意识，更加坚定走数字化之路。当前霍科电器成立了董事长牵头的数字化委员会，以数字化智能化融入产品、产线、设备、物料；以数字化协同、数据驱动、智能化制造为核心，全面对产品设计、生产、物流、运维深度融入数字化和智能化，通过OT与IT融化，给合电气化、自动化、数字化、智能化技术全面提升产品、服务、生产，谋划打造霍科电器公司链主型协同生态平台，以设计协同、采购协同、销售协同和生产协同为牵引，打造霍科生态圈；以工业互联网数据进行深度分析和学习，规划数字化营销、AI场景化营销、AI远程运维，采用数字孪生和元宇宙技术，为下一步提质、降本、增效，结合数字化技术驱动为下一步高增长提供有力支撑。