上海步科：低成本智能制造助力持续精益改善

上海步科自动化股份有限公司（以下简称“步科”）专注于自动化控制核心部件和工业物联网软硬件产品的研发、生产与解决方案的提供。公司的自动化核心控制部件包括工业人机界面、伺服系统、步进系统、可编程逻辑控制器、变频器等，广泛应用于物流设备、机器人、包装设备、食品设备、服装设备、医疗设备、环保设备，轨道交通设备等自动化设备行业，产品远销海内外60多个国家。公司的工业人机界面产品市场占有率在本土品牌厂商中多年保持领先地位。

【业务挑战】

1）解决现场BOM、工艺实时性问题

在一条生产线平均1小时换线1次的生产场景下，需要在现场能根据生产订单快速查询到对应的BOM、工艺文件，最新的工程变更也需快速传递到生产现场，有效指导生产，提升效率和品质。

2）解决计划编制不准，不及时

多品种、小批量业务场景，由于批量的降低，排产的难度同步上升，传统手工编制方式不清楚生产的实绩，计划不准确，统计不及时，影响生产进度。需要对计划体系进行优化，提升计划的科学性、准确性，保障小批量多品种准时化生产。

3) 解决装配现场物料繁杂现象

步科有物料10000余种，成品物料约3800个，常用物料约1500个，且生产以装配为主，面对越来越多的个性化订单，现场物料繁杂，管控困难，存在较大浪费，需要对物料进行精细化管控，降低库存占用，提升物料占用率。

4) 解决现场信息流通不畅问题

通过智能终端、看板的应用实时发布生产指令，反馈生产过程数据，提升信息透明度，提高各环节协同效率。

5）现场防错、防呆

通过物料防错、工艺防错、生产首检防错、质量漏检防错、设备信息监控防止生产现场的错漏装，提升生产品质。

6）解决现场追溯困难问题

需实现包括关键件、原材料、品质、WIP的实时追溯，实现从材料、检验、生产的全过程追溯，为产品的全生命周期维护提供保障。

【解决方案】

步科智慧工厂建设内容包括ERP、MES、WMS系统，并与硬件进行集成实现软硬一体化，实现了财务、供应链、生产、仓储物流的全方位标准化、智能化管控。

整体方案蓝图：

图2  步科智慧工厂整体蓝图

 步科智慧工厂建设的核心内容如下：

（1） 产品全程感知——条码技术应用

条码追溯与防呆贯穿智能工厂产品生产的始终，从供应商端到产品售后维修，实现产品的全生命周期追溯，按照质量管理要求结合仓库管理现状，步科在条码应用方面启用了物料代码、批号、追溯号、序列号等四种规则：追溯号可以用来生产追溯但出入库时可以不记录对应序列号，对自制成品启用序列号单品管理，对每个序列号所耗用材料，生产过程进行记录。

图3  步科现场打印标签

（2） 智能排程

生产订单排程系统自动将订单分配生产线、更新计划订单计划开工时间、更新子项物料的需求时间，实现对生产线产能预警并拉动生产备料。

 步科使用柔性生产功能，通过柔性产线中工作日历，考虑柔性产线与物料关系中优先级及柔性工艺路线中工序对应作业时间，对生产订单进行有限产能排程。

生产订单排程让生产系统变得有序透明，排程直接下发到生产小组，小组工作不需要再由组长安排，让小组员工具有充分的自主性。出现异常不能得到及时处理时，员工有权利切换工单，而物流系统随员工切换而拉动。在正常情况下，物料根据现场消耗情况，亦实现按需拉动。

（3） 生产过程数字化加强生产过程管控

生产现场使用智能终端与连接现场人员、设备，通过打通ERP与MES数据链路，实现数据实时下发至到工位智能终端，用户能过智能终端进行作业。在终端上用户能方便的进行条码扫描、上料、报工、报警、切换工单、首检、完工送检、打印、查看作业指导书等操作，让车间用户通过智能终端就能实现所有业务。

图3  步科现场智慧终端应用

 同时，通过人工采集数据与设备采集数据结合，实现工业现场人机料法环数据的有效获取（附图为产品老化数据的获取）。

图5  老化设备数据采集

获取的数据用于步科产品的持续改善，如生产进度数据，我们用于制造周期改善。通过过程数据采集，能够清晰的确认到生产物流数据：仓库什么时间开始备料，工单什么时间完成，成品检验什么时候开始等。通过生产工序节拍数据的分析，我们很清楚的知悉，我们制造过程中间存在的问题点。未达成产能的原因。

数据亦通过智能电子看板进行实时呈现。产品实时状态、进度等信息的多维可视化，可深入到问题的背后，找到关联的数据信息，帮助客户快速解决现场的异常问题。

图6  步科现场看板应用

 （4） 智能物流

智能物流方案，通过软硬件的充分结合，保证物流及时性。

图7  步科仓储物流管理

 智能立体仓库将WMS智能算法、创新的机械手设计与拣货人员完美结合，实现人机数据的协同作业。智能立体仓库将货架的下面三层定义为拣货区，上面层次定义为存货区。机械手通过WMS智能优化算法驱动，自动进行库位的上下调整。保证拣货区物料满足订单需求。而当订单到达仓管员的移动智能终端时，仓管员只需要点击触发工单，系统会获取到相应物料信息，在拣货区对应库位进行亮灯，作业人员只需要按照亮灯的库位依次进行拣货。拣货人员的效率达到最优水平。

图8  智能亮灯拣货

智能拣货小车，结合多品种小批量的特点，由智能终端、条码枪、无线模块、移动电池；配置好WIFI后，在仓库范围内跟随仓库人员进行现场操作；生产工单下达后，需要备货的信息传达到拣货小车上，根据亮灯系统的指引，实际拣货后用条码枪进行汇报；实现零距离、零等待的数据处理，解决库存不准的顽疾。

基于步科的战略要求，本次项目首先搭建了智慧工厂顶层设计方案，并配合软硬件研发一次性的推动整体方案的落地。

1） 软件平台建设

新一代信息技术、云平台的应用是智能制造转型的重要一环。以步科智慧工厂顶层设计为指导方针，步科智慧工厂首先建设了一套涵盖ERP、MES、WMS的软件平台，助力步科构建强有力的内部管理体系，让其内部信息流在各个业务环节高效流转共享，实现企业经营管理、生产执行、仓储物流的高效协同。其中云ERP的搭建，从财务、销售、计划、成本、供应链几个方面实现资源优化、将流程标准化；MES系统的搭建，实现生产过程现场数字化，让生产执行敏捷、高效、透明；WMS系统的搭建，保证物料准时化供应，提高仓储物流效率及透明度，快速响应生产各工序的即时配送要求；并通过 ERP+MES+WMS一体应用提升其内部经营、生产的效率，优化成本管控。

 2） 硬件平台构建

智慧工厂建设，软硬一体才能让智能制造系统发挥其最大的效能。在软件系统建设的同时，步科发挥其自动化厂商优势，同步进行了硬件平台的构建。为适应多品种、小批量生产模式下，现场高节拍、换线频繁、物料种类多配送频率高等特点，步科智慧工厂项目先后完成构建了智慧终端、数据采集网关、电子看板、智能货架、智能RGV小车、物料输送滚筒线等硬件设施，并将硬件设备与软件平台进行无缝对接，实现软件平台与硬件设备的生产联动，生产指令实时下发至设备，执行数据实时上传至软件系统，并实时透明化展示。通过软硬一体化的智慧工厂解决方案，以提升生产现场的执行效率和品质，降低整体成本。

 3） 精益改善  持续优化

在数字化基础上，结合精益管理思想，不断对生产现场进行精益改善，发挥智慧工厂的最大作用，持续为步科的发展注入新的动力。

图9  利用生产数据进行工序价值流分析

图10  利用生产数据进行车间布局改善

【客户价值】

通过ERP+MES+WMS一体化、软硬一体化智能管控平台的应用，实现了数据在云端存储，工厂全过程无纸化、可视化，工序间高效流转，各生产组织部门高效协同，生产效率快、作业精度高，让工厂可以和设计者、客户、供应商在云端数显数据共享以及通过应用软件实现协同，可快速响应客户多元化的需求，真正做到多品种小批量的柔性生产制造模式。在品质、效率、交期几个方面得到了的大幅提升。实现了换产时间0小时，生产数据0等待，生产工位0距离的三0应用，制造周期由7.67天下降到0.9天，人均产值提升81.8%。

智慧工厂结合精益改善，帮助步科消除了生产现场大量的浪费，在不增加一个人的情况下，步科实现了产值翻番。

表现在：

1. 产供销高效协同，客户履约得到保障

2. 库存得到合理控制，保障生产日清日结

3. 生产数字化，实现过程精细化管控

4. 生产精益化，浪费逐渐消除，产能翻番

       5. 大量节省仓储空间，配送时间降低