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汉威科技集团股份有限公司（以下简称汉威公司）位于郑州国家高新技术产业开发区，是国内首批、河南省首家创业板上市公司，河南省首个销售收入突破10亿元的民营物联网企业。汉威公司以传感器为核心，将感知、采集、软件平台、空间信息、信息安全等技术深度融合，自主研发的气体、压力、流量、热释电、振动传感器等产品技术达到国内领先水平，多项产品打破了国际垄断，为我国环保事业、安全生产事业做出了贡献。
汉威公司是国内传感器行业的龙头企业，2017年产销各类传感器2800万个，其中，气体传感器国内市场占有率达75%，气体检测仪表国内市场占有率达15%，均居国内第一位，综合实力进入全球气体传感器领域前三。
产品应用场景复杂、客户要求多样是传感器行业的典型特征，这样的特征又带来多品种小批量的生产模式，导致生产运营管理复杂、效率低、成本高、质量不稳定。汉威公司以“行为改变思想，思想改变习惯，习惯改变文化”为指导思想，坚持“先医后药、先软后硬”的基本原则，借鉴全球先进工厂的运营经验，运用精益管理理念，构建了具有汉威公司特色的小批量柔性生产的精益数字化管理体系。
目前汉威公司已经转变为集团化管控运作的公司，管理者迫切需要了解各业务单元的经营状况，决策者需要准确无误的数据信息为依据，各业务需要高效协同，市场要求快速响应客户需求，生产管理者要求掌握精确的物资状况及生产过程信息，严格的质量管理需要追踪到材料批次来源甚至单个材料或产品，财务需要及时掌控资金流动去向，汉威公司的知识需要积淀分享等，建设覆盖全业务流程的智能制造信息化系统势在必行。根据公司管控和运营的需求，要建设以ERP为核心、向供应链两端扩展到CRM和SRM的一体化的供应链系统，同时建设人力资源（HR）、办公自动化（OA）、PLM、MES、企业门户（EP）、商务智能（BI）等全方位的一体化信息化体系，对企业进行全面的数字化、信息化管理。
汉威公司作为一家面向国际化的企业，根据企业未来发展需要打造智能制造项目，作为公司建立适合自身管理体系的基石。智能制造项目总体规划如图4-1所示。
图4-1 智能制造项目总体规划
智能制造项目完全遵循精益生产的核心理念：确切地满足客户需求。包含以下五个维度：价值由客户定义；识别价值流，消除不增值行为；通过真实的客户需求拉动生产和信息；全员参与变革并管理他们的绩效；持续改进。
智能制造系统硬件架构如图4-2所示。最底层为现场设备层，完成采集设备和生产线设备的物理连接，对数据进行分单元采集，再进行数据聚合。中间层为事业部运营层，完成现场设备层的采集信息收集并进行运营，让数据能产生出更大的意义。该层包含运营级别的服务器、数据库搭建，营运系统、分析系统的设立和运行。最上层为企业核心层：实现数据的再次利用分析，并搭建企业计划、管理系统。
智能制造系统软件架构是一个典型的多层架构，如图4-3所示。通过平台解决了系统中多系统的链接问题，解决了系统之间的数据共享、数据标准问题。系统采用面向服务的架构（SOA）模式，让每个子系统变得更有利于扩展，并在功能拓展上起到了积极的支撑作用。系统以微软开发技术为主要依托，主要基于Windows系统开发和搭建，数据库为MS SQL Server数据库。采用B/S为主要架构，最大限度地给客户提供了优良的体验。
通过智能制造系统的实施和应用，掌控关键设备状态，管理现场各维度直接绩效，提高精益化的管理氛围，以及全程批次的可追溯性、可跟踪性、流程可控制性；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、减少召回损失。基层管理者及员工能够及时有效地获取运营团队的各种支持；对支持部门的支持效率系统跟踪考核；通过即时管理（Short Interval Management, SIM）平台循环管理现场绩效，并根据精益调研建议开展各绩效管理，实现透明化精益生产、生产过程可追溯、及时预警。
图4-2 智能制造系统硬件架构
图4-3 智能制造系统软件架构
智能制造项目的组织与管理实行项目负责人制，项目的信息化、生产、技术部门负责人作为领导小组成员，接受项目负责人指挥，并领导项目参与人员进行项目的具体实施，项目实施组织架构如图4-4所示。项目实施步骤为：第一步，成立项目管理领导小组；第二步，成立智能制造项目作战室；第三步，建立SVN服务器；第四步，对资料科学管理并归档；第五步，制定项目绩效考核管理制度；第六步，建立过程风险管控机制。
图4-4 项目实施组织架构
根据产品的生产工艺流程（见表4-1），对重要环节的关键设备进行数字化改造或重建，使其具备数据采集和远程控制的能力。
表4-1 生产设备信息输出需求
（续）
通过MES，将ERP、PLM等信息平台中的数据与数字化设备中的数据通过高速网络进行交互，实现信息的互联互通。
1.MES
MES主要包括数据采集方案、工厂建模、物流管理、生产管理、质量管理、追溯管理、查询分析与管理报表、统计过程控制、异常预警管理、绩效分析以及与其他应用系统的集成。
2.ERP
ERP是一个开放系统的、集成的企业资源计划系统。其功能覆盖企业的财务、后勤（工程设计、采购、库存、生产销售和质量等）和人力资源管理、业务工作流系统以及因特网应用链接功能等各个方面。
3.PLM
PLM是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部，以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的，支持产品全生命周期信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案，它能够集成与产品相关的人力资源、流程、应用系统和信息。
4.WMS
WMS是通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨等功能，综合批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能的管理系统，可有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程，实现完善的企业仓储信息管理。
5.SCM
SCM是指在满足一定客户服务水平的条件下，为了使整个供应链系统成本达到最小而把供应商、制造商、仓库、配送中心和渠道商等有效地组织在一起进行产品制造、转运、分销及销售的管理方法。
6.BI决策系统
BI决策系统包含了一系列用于收集、管理、分析数据的概念和方法，是通过先进的技术体系和信息工具，帮助企业管理者及时做出正确决策的分析支持系统。
汉威公司智能制造项目始终坚持总体规划、分步实施，先诊断再执行，试点先行、逐步推广，先软件再硬件的指导思想。项目实施途径如图4-5所示。
图4-5 项目实施途径
智能制造项目实施规划如图4-6所示。
图4-6 智能制造项目实施规划
智能传感器生产流程如图4-7所示，根据产品的生产工艺流程，对重要环节的关键设备进行数字化改造或重建，使其具备数据采集和远程控制的能力。
下面介绍一下关键设备功能及参数。
图4-7 智能传感器生产流程图
1.气敏元件在线激光修阻及分选系统
气敏元件中的厚膜电阻是决定元件气敏性能好坏的重要工作条件之一，在线厚膜激光调阻机利用激光切割原理将批量印刷的厚膜电阻调至目标值，控制批量印刷电阻的一致性，精度范围可控制在±1%范围内，从而提高气敏元件性能一致性。气敏元件智能检测分选系统由自动注气、自动检测、自动分拣三大功能模块组成，可以实现智能测试、数据采集、智能判断、智能分选归类、自动拔取平面传感器的整套生产测试工作。整套设备高效、智能，代替原有的人工单机操作。
2.自动粘丝系统
利用智能机械手、PLC程序智能控制设备自动运行，代替手工柔性操作，实现自动粘丝、转送等，过程中视频实时监控制作情况。
3.PCBA智能检测系统
PCBA智能检测系统对焊接好的智能传感器半成品电路板进行自动功能测试，实现自动上下料，并对检测数据进行统计分析，将不合格的产品传输给分拣机器，由机器人根据不合格的故障原因抓取到相对应的存放区。
4.自动化装配生产线
自动化装配生产线主要用于智能传感器的自动上下料，采用机器人自动装配，并对装配好的智能传感器进行功能检测，利用分拣机器人将不合格品抓取到不合格品分拣线上，根据不同的输出信号，不合格品分别被送到相对应的位置。
5.自动化标定检测系统
自动化标定检测系统主要功能包含自动上下料、自动配气系统、自动标定系统、自动分拣系统等。采用工装板作为运行承载介质，工装板通过上下两层倍速链输送线及头尾升降机实现循环。自动配气系统对被检测智能传感器进行标定、检验等。标定、检验的同时通过软件采集被检测智能传感的相关参数数据，判断智能传感器是否满足技术要求，将不合格的产品信息传输给分选机器人进行分类处理，合格的产品流入下道工序。
6.信息化系统
通过MES，将ERP、PLM、CRM等信息平台中的数据与数字化设备中的数据通过高速网络进行交互，实现信息的互联互通，如图4-8所示。
图4-8 信息化系统实施架构图
7.MES
MES的实施结合企业的现状，进行设计和部署。MES主要包括数据采集方案、工厂建模、物流管理、生产管理、质量管理、追溯管理、查询分析与管理报表、统计过程控制、异常预警管理、绩效分析以及与其他应用系统的集成，如图4-9所示。
图4-9 MES实施架构图
MES主要包含以下模块：
1）数据采集模块。系统提供多种方式的数据采集支持，包括：基于计算机+扫描枪的数据采集，主要用于包装、抽检、维修、出货等需要较多交互的数据采集；基于DCT（数据采集终端）+扫描枪的数据采集，主要用于上料采集、合格/不合格采集等与测试设备整合的数据采集，用于与现有的测试设备连接以自动获得测试数据。
2）工厂建模管理。工厂建模功能包含了产品、机种、产品工艺流程、产品生产BOM、生产布局以及班别设定几个部分，通过对这些基础信息的录入，能够在系统中模拟不同产品在真实生产环境下的工艺途程以及在各个工序站别的作业方式，如组装上料或测试等。
3）生产管理。生产管理功能涵盖工单开立、备料、装配、生产、测试、包装、完工入库直至出货的全过程。构造了完整的生产信息数据库，记录产品生产过程中的上料信息、生产信息，实现实时生产效率、产品合格率的监控，以及历史趋势分析，并满足产品信息全过程追溯的要求。
4）物流管理。物料的追溯不仅要管控到物料的料号，还要管控到相应的供应商信息、批号信息，如果是有单件条码的，还需要管控到单件的条码序列号。物流管理需要为后续的物料追溯提供原物料的条码，以便在后续的生产过程中，在上料站采集相应的用于追溯的物料信息。为了使ERP有及时的库存信息以便于检查工单的物料齐套性，减少与ERP间的系统接口，库存及批次的管理都在现有的ERP实现，在MES中只是实现补贴条码、来料质量控制（IQC）检验和备料作业管理。两个系统的关系如图4-10所示。
图4-10 MES和ERP的关系
5）质量管理。质量管理由IQC、IPQC、OQC三个部分组成。质量管理采取抽检的方式对以批为单位的对象的质量进行判断，记录各阶段的抽检信息，以满足产品及原料信息全制程追溯的需要。
6）追溯管理。产品全制程追溯原理如图4-11所示。追溯有反向追溯和正向追溯两个方面：①反向追溯，即通过客户返回不合格品的序号，从后往前查询该出货单上产品所使用的物料信息、加工设备、操作人员、工序等信息；②正向追溯，即从某原材料信息（物料编号、批号等）查询有哪些工单的哪些产品使用了该物料，这些产品经过哪些加工设备、操作人员、工序，最终出货到何处等信息。例如可以通过物料查询功能查看到某一批次的物料被使用在了哪些产品上，系统能够在查询结果中列出所有使用此料品的产品唯一标识号。
7）查询分析与管理报表。提供基于Web的查询工具，进行生产效率、产品合格率以及产品生产信息的查询、分析和监控。通过报表，可进行详细的单个产品在制过程信息查询，例如可通过出货单从后往前查询该出货单上产品所使用的物料、加工设备、操作人员、工序等信息；也可以任意查询某台设备在某段时间生产了哪些产品、产品质量如何等信息，查询某生产员工某天使用哪台设备生产了哪些产品、质量如何等。
8）SPC。SPC系统提供了统计制程控制与分析功能，强调了实时的制程监控和异常分析，对产品质量特性进行监控，具有实时性、自动化的特点。系统提供了控制图、柏拉图、直方图等统计学工具，可以实时自动地进行参数计算和图表绘制，并对异常状况加以标示；同时提供对异常状况处理流程进行管控的功能，辅助管理者进行产品质量监控和制程改善。SPC系统提供多种实时的控制用管制图，能够帮助用户在较短的时间内发现制程的异常变异，以供用户迅速采取改善行动。
图4-11 产品全制程追溯原理
9）绩效管理。建立相应的产出、品质、库存、客诉的指标，并在此基础上进行统一的绩效管理，包括产出绩效、品质绩效、计划完成率绩效、人员绩效、机器效率等。
10）异常预警管理。异常预警管理主要是针对生产过程中发生的异常事件，例如某工序不合格率超标、来料不合格率超标、机器设备故障、模治具故障、非正常换线、停线待料、产品设计不合格、系统故障、人员不足等一些异常状况发生时，系统会自动根据设定的预警规则发出异常预警通告。用户也可以手动建立异常通知单，经过系统设定的签核流程后送达责任部门，由责任部门回复对策，并对执行的结果加以确认。
11）ERP。ERP是一个开放系统的、集成的企业资源计划系统。其功能覆盖企业的财务、后勤（工程设计、采购、库存、生产销售和质量等）和人力资源管理、业务工作流系统以及因特网应用链接功能等各个方面。ERP应用软件模组化结构。它们既可以单独使用，也可以和其他解决方案相结合。从流程导向的角度而言，各应用软件间的整合程度越高，它们带来的好处就越多。
8.PLM
PLM主要包含三部分，即CAX软件（产品创新的工具类软件）、CPDM软件（产品创新的管理类软件，包括PDM和在网上共享产品模型信息的协同软件等），在ERP、SCM、CRM以及PLM这四个系统中，使用PLM软件来真正管理一个产品的全生命周期，与SCM、CRM特别是ERP进行集成。
产品的交付和维护需要市场、计划、研发、工艺、采购、生产、质量和售后等各个部门的通力合作。PLM系统作为产品研发阶段的支撑平台，不仅能够接受上游的计划、合同信息指导研发。其中的设计图纸、产品BOM、技术资料等将为后续的采购、生产、测试、维护提供基础数据。通过PLM与相关业务系统的集成接口，能够实现产品信息流的快速和准确的传递，从而提高企业的整体运作效率。
9.粘丝制电极工艺升级——自动粘丝系统
粘丝制电极工艺是平面生产工艺的瓶颈，目前产能发展受该工艺制约非常明显，工艺操作依赖人工、人员流失率大、操作难是主要因素。手工粘丝制电极工艺存在的主要问题有以下几方面：生产效率低，现有生产满足不了供货需求；人工操作，一致性差异较大，导致产品批次合格率低；基片尺寸小，操作难度大，生产员工流动性大。由于所需设备属于非标定制类，在国内尚属空白，在项目运作过程中，综合了国内外多个研究厂所，发现了很多问题，引线细且熔点高、基片尺寸小、基片打孔成本高、浆料过孔印刷难度大、气敏料无法印刷等因素使得粘丝制电极很难一步实现自动化一体绑定。经过多次实地考察自动化设备、学习自动化设计的理念，并与研究厂所一起试验验证，最终确认了符合产品生产工艺特性的粘丝系统实施方案。
10.气敏元件智能检测分选系统
目前传感器性能检测主要依靠人工插拔检测，存在效率低、传感器分类范围宽的问题。考虑到大量测试分析的需求，建立一种全新的智能检测分选系统，并形成配套的工作流程。
11.传感器智能标定检测系统
标定是传感器生产工艺过程的关键环节，对传感器的精确度、准确度存在本质影响，因此，标定环节的数字化、智能化是传感器实现智能制造的核心节点。汉威公司智能制造新模式下，安全可控智能制造设备主要包含在线激光修阻机、平面传感器智能检测分选系统、半成品检测系统、自动化装配生产线、自动化标定生产线。
CRM系统通过自动化分析销售/签约订单情况，形成销售漏斗、销售模块业绩目标、销售模块签约表等，实时跟进订单生产状况及交货明细。CRM系统销售模块订单生产示意图如图4-12所示。
图4-12 CRM系统销售模块订单生产示意图
订单下达后，销售人员可计算出产品的生产成本、材料成本，方便产品成本核算、报价评估等；通过产品标准成本可核算出一块产品的制造费用，方便工资核算、维修分析、费用转嫁等；形成了全面预算与业务系统的联动机制。
通过SAP系统把一个凭证上的数据复制到另一个凭证上形成凭证流，以减少人工数据输入并且使问题更加容易处理；通过凭证流使订单处理状态一目了然，并提供实时操作记录监控，完成追溯根源；订单下达后可直接查询库存状态，库存预警模块根据自定义的各项指标进行自动监控，一旦触发，实时报警。
应用信用管理功能降低发货风险，对整个销售流程全程监控，提高发货率。订单管理中条码应用为先同步信息，再采集数据，再同步系统，实现从原材料入库开始的追溯系统。订单管理流程如图4-13所示。
图4-13 订单管理流程
1.项目实施达到效果
可以通过SAP、CRM、HR等系统了解各业务单元的经营状况，以数据信息为依据做出管理决策，各业务部门高效协同，对客户需求做出快速反应；MES项目以精益生产为核心，通过生产现场管理的E-Andon（快速安灯）、生产看板将现场管理电子化、及时化；质量管理系统从原料、在制品和最终产品全方位展开质量管理，确保产品质量可追溯以及客户满意度的提升；绩效管理系统采用报表、E-SIM（及时化管理）等形式满足企业内部不同管理人员的需要，其中的E-SIM打破了生产部门和支援部门之间的隔阂，提高了对于生产重要事件的响应能力。每日SIM报表及跟踪事项示意图、生产环境实时监控示意图如图4-14和图4-15所示。
图4-14 每日SIM报表及跟踪事项示意图
图4-15 生产环境实时监控示意图
2.项目实施取得经济效益
通过对生产设备的自动化、智能化改造，传感器生产效率在2014年年初的基础上，提高23%（图4-16），人均产值由项目实施前的47.01万元提升25%，产品综合市场故障率由实施前的1.66%降低20%。通过应用高效的数字化开发工具，使产品研制周期由项目实施前的18个月缩短30%（图4-16）；通过信息系统的升级扩展，提高过程数据的采集利用率，缩短决策时间，使运营成本与销售收入占比由项目实施前的53.05%降低20%以上；通过智能化制造项目，推动产品生产工艺的优化，绿色制造、节能降排，使每万千瓦时电量产值由项目实施前的51.50万元提升10%以上；建立产品数据管理系统；主要生产设备数控化率达80%以上；工序在线检测和成品检测数据自动上传率达90%以上，建立产品质量追溯系统；建立生产过程数据库，深度采集制造进度、现场操作、设备状态等生产现场信息；建立面向多品种、小批量的MES，实现10种以上产品/规格混合生产的排产和生产管理；建立ERP系统，实现供应、外协、物流的管理与优化。
图4-16 项目实施生产效率和产品研制周期走势图
3.项目实施取得社会效益
增强企业核心竞争力：提升智能制造标准化水平：提升品质：促进安全生产：加大企业同供应商和客户之间信息互通：通过同行业间的参观交流学习，带动同行业共同提高发展：万物互联，传感先行，通过传感器项目的实施，促进了众多相关行业的技术进步。
1）项目的设计既需要满足现有企业模式的业务管理特色，又能满足未来长期运营的管理模式。随着企业组织结构和管理模式的变化，项目设计必须符合灵活性、可操作性和长远性，必须体现战略性的系统设计，保护信息化建设的投资。
2）项目施工方必须表现出“去商业化”的良好合作态度，切实做到从项目方的利益出发、为项目方的信息化建设带来价值，避免为了商业利益而不顾项目的设计质量与应用水平。
3）项目系统具有高可靠性和足够的安全性，能满足各级保密要求。
4）项目系统具有开放性和可扩展性，符合信息技术发展潮流，不仅提供的是当前最新版本而且便于今后的升级和功能扩展。
5）项目系统应该具有流程配置的功能，以保证系统实施后公司流程变化重新设计流程的可能。
6）项目实施过程中尽可能保持设备间的通信协议或者通信协议标准的一致性，实现设备间信息互通和数据交互，避免未预留对外通信端口等问题。
7）捕捉项目实施过程中的画面，做成操作手册，对各部门的关键用户进行培训，实现知识转移。
1）填补了国内气体传感器智能制造领域的空白，为国家设立的其他传感器产业化专项提供可靠产业化技术和平台保障。
2）在气体传感器智能制造技术水平方面实现了较大突破，提升生产效率、扩大产能、提高产品质量，能起到积极、良好的示范作用。