淺談玻纖工廠智能化

王承慧

(南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院，南京 210012)

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淺談玻纖工廠智能化

王承慧

(南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院，南京 210012)

摘 要：“中國制造2025”核心是“智能制造”，延伸到具體的工廠就是智能工廠，是推動(dòng)中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國的根本路徑。本文根據(jù)國內(nèi)玻纖工業(yè)自動(dòng)化、信息化發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞“裝備智能化”、“生產(chǎn)方式智能化”、“產(chǎn)品智能化”、“管理智能化”、“服務(wù)智能化”五大“智能制造”的關(guān)鍵組成，探索、歸納玻纖工廠智能化的可行之路。

關(guān)鍵詞：玻纖工業(yè)；自動(dòng)化；信息化；智能化；智能制造

0前言

“工業(yè)4.0”(Industry 4.0)是德國政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速、有效、個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。對應(yīng)“工業(yè)4.0”，我國政府立足我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式實(shí)際需要，圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出“中國制造2025”高科技戰(zhàn)略計(jì)劃。“中國制造2025”核心是“智能制造”，由智能制造再延伸到具體的工廠，就是智能工廠，是推動(dòng)中國從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國的根本路徑，“智能制造”也是玻纖工業(yè)的發(fā)展必由之路[1]。

1“智能制造”概念

“智能制造”主要包括：裝備智能化、生產(chǎn)方式智能化、產(chǎn)品智能化、管理智能化、服務(wù)智能化五大方面。

(1) 裝備智能化：運(yùn)用先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)，賦予物理設(shè)備具有感知、分析、推理、決策、控制功能，是實(shí)現(xiàn)智能工廠的基礎(chǔ)；

(2) 生產(chǎn)方式智能化：運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能裝置、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施等組成一個(gè)智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，讓物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等功能。智能化生產(chǎn)方式將改變整個(gè)生產(chǎn)技術(shù)的使用，不同系統(tǒng)之間可以相互溝通，工作更快、做出反應(yīng)更加迅速，是實(shí)現(xiàn)智能工廠的根本手段；

(3) 管理智能化：信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，將各個(gè)層次自動(dòng)化設(shè)備、各級管理計(jì)算機(jī)有機(jī)連接起來，形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)整體，使企業(yè)的人、財(cái)、物、供、產(chǎn)、銷全面結(jié)合、全面受控、實(shí)時(shí)反饋、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大，是智能工廠的大腦；

(4) 產(chǎn)品智能化：運(yùn)用電子標(biāo)簽等作為數(shù)據(jù)載體，采集(標(biāo)識、識別、跟蹤)產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)的控制信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可追溯性、貨物位置和存儲的情況、識別產(chǎn)品的流向和產(chǎn)品的合法性等。產(chǎn)品智能化賦予產(chǎn)品“身份”信息，更加體現(xiàn)智能化；

(5) 服務(wù)智能化：利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，工程師可以瞬間“到達(dá)”用戶身邊，達(dá)到上門服務(wù)的效果，服務(wù)智能化將使服務(wù)更加專業(yè)安全、快捷高效、節(jié)約大量時(shí)間成本和使用成本。

2中國玻纖工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)狀

“中國智造”整體薄弱，即便是處于國內(nèi)自動(dòng)化生產(chǎn)水平上游的汽車制造行業(yè)，如何轉(zhuǎn)向“中國智造”仍然是一個(gè)艱難的課題。在工業(yè)4.0的構(gòu)架中，未來汽車工廠將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式、模塊化的生產(chǎn)，消費(fèi)者可以將自己的需求輸入制造系統(tǒng)，智能化的生產(chǎn)體系結(jié)合大數(shù)據(jù)去尋找相應(yīng)材料，每臺機(jī)器也可根據(jù)產(chǎn)品特性做相應(yīng)調(diào)節(jié)，進(jìn)行零部件匹配性生產(chǎn)，使得每一個(gè)汽車零部件都有屬于自己的身份認(rèn)證，并貫穿其整個(gè)生產(chǎn)、裝備和服務(wù)環(huán)節(jié)，便于管理和追溯。目前汽車生產(chǎn)線已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)相對柔性化的生產(chǎn)，但要實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0描述的，還面臨著軟件、硬件、智能設(shè)備、體系以及專業(yè)人才等一系列待解決的實(shí)際問題。

與汽車產(chǎn)業(yè)相比，中國的玻纖工業(yè)生產(chǎn)制造自動(dòng)化覆蓋范圍和水平整體要低得多，中國玻纖生產(chǎn)自1996年推廣池窯拉絲工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)以來，經(jīng)過近20年的努力，產(chǎn)業(yè)規(guī)模及自動(dòng)化生產(chǎn)程度得到了較大的發(fā)展。行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)實(shí)現(xiàn)了主生產(chǎn)線DCS自動(dòng)控制、物流生產(chǎn)線的自動(dòng)化、以及配合料輸送、浸潤劑配制、公用工程(水、電、燃?xì)獾?的自動(dòng)化控制等部分生產(chǎn)制造自動(dòng)化，并已經(jīng)開始著手實(shí)施“智能制造”。但就絕大多數(shù)玻纖企業(yè)而言，生產(chǎn)自動(dòng)化還只是孤島，尚未連接起企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)過程，信息化管理也大多停留在計(jì)劃管理層，未能貫穿到企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)、管理、資金、物流、服務(wù)環(huán)節(jié)。對整個(gè)玻纖行業(yè)而言，更多的企業(yè)面臨著尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化就搭建了信息化管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃、倉儲物流、采購、銷售等環(huán)節(jié)的企業(yè)資源優(yōu)化管理?？绮竭~進(jìn)信息化，距智能制造、智能工廠要求差距很大。

玻纖工業(yè)從二十世紀(jì)50年代開始已經(jīng)走過了50多年，生產(chǎn)工藝從學(xué)習(xí)原蘇聯(lián)的全鉑坩堝到具有中國特色的代鉑爐，從球法拉絲工藝到池窯拉絲，池窯從年產(chǎn)7000 t到12萬t；池窯拉絲從單元窯、馬蹄窯到全電熔窯；燃燒從空氣預(yù)熱助燃到純氧燃燒；玻璃成分從中堿、E玻璃、無硼無氟到HM高模量。玻纖工業(yè)自動(dòng)化更是一步一個(gè)腳印的向前發(fā)展，控制裝備從電子管到晶體管，從單板機(jī)到單片機(jī)，從可編程調(diào)節(jié)儀到PLC(可編程控制器)，從DCS(分布式控制系統(tǒng))到FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))，從主生產(chǎn)工藝的池窯車間到絲筒等后處理的物流輸送，從浸潤劑配制到公用工程車間的水、電、燃?xì)?、制氧等，從玻纖生產(chǎn)環(huán)節(jié)到廢氣、廢水處理等等，一個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、局部智能化與局部網(wǎng)絡(luò)化?？刂撇呗詮某Ｒ?guī)PID到先進(jìn)PID，從恒值控制到模型預(yù)測控制；物流輸送從固定式的輸送鏈線、立體絲庫到AGV智能小車與機(jī)器人在線。工廠與企業(yè)管理從內(nèi)部局域網(wǎng)、AO(辦公自動(dòng)化)與ERP(企業(yè)資源策劃)。所有這一切都體現(xiàn)了玻纖工業(yè)，作為國家工業(yè)的一個(gè)組成部分，在一步步向著生產(chǎn)、管理、經(jīng)營的自動(dòng)化、信息化直至智能化的道路上前行[2-4]。

3玻纖工廠智能化發(fā)展之路

3.1工廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化

玻纖工廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化主要包括原料自動(dòng)配料輸送、池窯拉絲主生產(chǎn)線DCS控制、物流生產(chǎn)線的自動(dòng)化、浸潤劑配制線的自動(dòng)化、工廠公用站房自動(dòng)化等。

原料自動(dòng)配料輸送系統(tǒng)，采用PLC加PC上位機(jī)，完成配合料各種粉料上料、稱重、混合、輸送至窯頭料倉的自動(dòng)配料、輸送過程，以及配合料系統(tǒng)的信息化管理。

池窯拉絲主生產(chǎn)線DCS控制系統(tǒng)，通過眾多溫度、壓力、流量傳感器，智能測量、調(diào)節(jié)、控制裝置，計(jì)算機(jī)嵌入式終端系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施等組成的智能控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)池窯及其熱工設(shè)備的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)玻璃熔制、纖維成形工藝生產(chǎn)過程自動(dòng)化和信息化。

物流生產(chǎn)線的自動(dòng)化，應(yīng)用了激光導(dǎo)引AGV(自動(dòng)導(dǎo)引小車)與搬運(yùn)機(jī)器人，將絲餅從卷繞區(qū)自動(dòng)輸送到烘干區(qū)烘干后，自動(dòng)完成包裝、堆垛、進(jìn)出立體庫等，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從生產(chǎn)環(huán)節(jié)到倉儲的自動(dòng)化識別、傳輸、分配、存儲和管理。

浸潤劑配制線的自動(dòng)化，采用PLC加PC上位機(jī)按照工藝流程對預(yù)處理罐、預(yù)溶罐、配制罐、中間罐、儲罐、循環(huán)罐等進(jìn)行一系列的順序過程控制和信息化管理。

工廠公用站房，如燃油站、天然氣站、氧氣站、變電站、循環(huán)水站、廢氣廢水站等，通過采用PLC加PC上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供油、供氣、供電、供水與廢棄物的智能控制和信息化管理。

3.2企業(yè)管理信息化

企業(yè)信息化是利用信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，將各個(gè)層次自動(dòng)化設(shè)備、各級管理計(jì)算機(jī)有機(jī)連接起來形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)整體，控制整個(gè)企業(yè)的全部生產(chǎn)活動(dòng)：物質(zhì)供應(yīng)、生產(chǎn)過程、計(jì)劃調(diào)試、經(jīng)營決策、企業(yè)管理、產(chǎn)品銷售等，使企業(yè)的總體經(jīng)濟(jì)效益最大化。如面向企業(yè)上層計(jì)劃層的ERP系統(tǒng)，是在企業(yè)中形成以計(jì)算機(jī)為核心的閉環(huán)管理系統(tǒng)，使企業(yè)的人、財(cái)、物、供、產(chǎn)、銷全面結(jié)合、全面受控、實(shí)時(shí)反饋、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、以銷定產(chǎn)、以產(chǎn)求供，降低成本；面向車間層的MES管理信息系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)車間生產(chǎn)管理和調(diào)度執(zhí)行，使“計(jì)劃”與“生產(chǎn)”密切配合，企業(yè)和車間管理人員可以在最短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，作出準(zhǔn)確的判斷和快速的應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速修正；面向組織的日常運(yùn)作和管理的OA系統(tǒng)，打通了業(yè)務(wù)流程和審批流程，甚至是企業(yè)的審批流程可以調(diào)用業(yè)務(wù)流程。將OA系統(tǒng)與微信企業(yè)號對接，流程審批實(shí)現(xiàn)了語音化，內(nèi)部溝通更加簡易化和精準(zhǔn)化。在當(dāng)前和未來，企業(yè)各種管理系統(tǒng)及工具軟件進(jìn)行平滑對接，數(shù)據(jù)共享，是提升信息化管理水平的關(guān)鍵。

3.3企業(yè)計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)[5-7]

CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的中文含義為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，或計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)現(xiàn)代制造系統(tǒng)。它是將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和制造技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段，通過人/組織、經(jīng)營管理和信息技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)物流、信息流、價(jià)值流的集成和優(yōu)化運(yùn)行，提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和綜合競爭力。

CIMS是將企業(yè)各個(gè)層級自動(dòng)化設(shè)備，包括基礎(chǔ)自動(dòng)化、設(shè)備級控制計(jì)算機(jī)、車間級生產(chǎn)控制計(jì)算機(jī)、分廠級管理計(jì)算機(jī)、總廠級管理計(jì)算機(jī)有機(jī)連接起來，形成一個(gè)完整的整體，面向整個(gè)企業(yè)的全部生產(chǎn)活動(dòng)，包括物質(zhì)供應(yīng)、生產(chǎn)過程、計(jì)劃調(diào)試、經(jīng)營決策、企業(yè)管理、產(chǎn)品銷售等，其目的是根據(jù)市場的供銷情況和對經(jīng)濟(jì)形勢的分析預(yù)測，充分利用企業(yè)的可用資源，通過CIMS中各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，取得更大的管理效率，從而獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

CIMS系統(tǒng)組成的四個(gè)層級：

第一層：池窯拉絲全生產(chǎn)過程與裝備、成品紗流程處理與裝備、公用工程流程與裝備、廢氣廢水處理流程與裝備等等；

第二層：DCS(或PLC)控制層是第一層的過程控制層，控制級的實(shí)施性能的好壞，對整個(gè)CIMS工程的實(shí)施是至關(guān)重要的；過程監(jiān)控層是以操作優(yōu)化為目的，通過建立相應(yīng)對象數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用有效的優(yōu)化方法，求取合適的操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)過程控制最優(yōu)化，如“通路溫度先進(jìn)控制系統(tǒng)”。

第三層：生產(chǎn)調(diào)度層是調(diào)度級接受管理級發(fā)來的生產(chǎn)任務(wù)、目標(biāo)的指定要求，針對實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)，解決不同工段或裝置間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)與平衡。調(diào)度級將下層DCS層中有關(guān)信息與企業(yè)管理信息層有機(jī)連接，使企業(yè)的信息溝通、指令傳遞快捷高效。

第四層：是面向企業(yè)上層計(jì)劃層，控制整個(gè)企業(yè)的物質(zhì)供應(yīng)、生產(chǎn)過程、計(jì)劃調(diào)試、經(jīng)營決策、企業(yè)管理、產(chǎn)品銷售等全部生產(chǎn)活動(dòng)，使企業(yè)的人、財(cái)、物、供、產(chǎn)、銷全面結(jié)合、全面受控、實(shí)時(shí)反饋、動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)、以銷定產(chǎn)、以產(chǎn)求供，降低成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成與全面質(zhì)量管理，獲得總體經(jīng)濟(jì)效益最大化。

CIMS系統(tǒng)功能涵蓋公司的所有部門與生產(chǎn)裝置，涉及了公司調(diào)度、計(jì)劃統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)、工藝技術(shù)、機(jī)動(dòng)設(shè)備、質(zhì)量、化驗(yàn)、計(jì)量、環(huán)保、安全、物資供應(yīng)、銷售信息、人事、決策分析及黨政工團(tuán)等行政事務(wù)。應(yīng)用系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)信息管理系統(tǒng)、物資綜合管理系統(tǒng)、工藝全流程模擬系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)及視頻會(huì)議系統(tǒng)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、生產(chǎn)經(jīng)營管理信息系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、企業(yè)管理決策系統(tǒng)等，并提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和電子郵件業(yè)務(wù)等。

3.4實(shí)施智能化關(guān)注事項(xiàng)

(1) 自動(dòng)化與信息化深度融合：由于工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)中自動(dòng)化設(shè)備越來越多，覆蓋面越來越大，設(shè)備能夠提供的信息也越來越多，這些信息可以囊括生產(chǎn)的方方面面，從工藝運(yùn)行參數(shù)、質(zhì)量控制、能源管理到產(chǎn)品和設(shè)備數(shù)據(jù)的歸類、分析、整理，最終將會(huì)形成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫。因此，信息的繼承與共享、自動(dòng)化與信息化深度融合是實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。中國整個(gè)制造工業(yè)正在進(jìn)行中的趨勢也正是工業(yè)自動(dòng)化與信息化的高度融合。

(2) 在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段要充分考慮到本企業(yè)的未來發(fā)展趨勢。智能制造、智能化工廠是整個(gè)工業(yè)制造系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢，所有的層級智能也都是在發(fā)展中，所以在計(jì)劃階段就就應(yīng)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，既要采用當(dāng)前最先進(jìn)的軟硬件技術(shù)，又要在軟硬件接口上與標(biāo)準(zhǔn)化上留有充足的余地。

(3) 普及現(xiàn)場設(shè)備智能化：現(xiàn)場的單體設(shè)備智能化是工廠智能化的基礎(chǔ)，設(shè)備智能化的現(xiàn)場才能接收并執(zhí)行來自管理調(diào)度層的指令，上傳生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)。否則，即使上層采用了高端管理軟件也是與現(xiàn)場生產(chǎn)管理脫節(jié)，也不可能建成覆蓋整個(gè)生產(chǎn)運(yùn)營全過程的高效的信息化網(wǎng)絡(luò)。

(4) 重視網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)：沒有安全的網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)就沒有安全生產(chǎn)與綜合管理活動(dòng)的環(huán)境。

4結(jié)束語

國內(nèi)玻纖工業(yè)的生產(chǎn)管理與現(xiàn)代智能制造間的

巨大差異，就必然要求我們在向著玻纖工廠智能化的大目標(biāo)奮進(jìn)中，要積極地學(xué)習(xí)、借鑒、借力石油、化工、汽車、電子、機(jī)器人制造等先進(jìn)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)及做法，在此基礎(chǔ)上，制定出自己的綜合目標(biāo)，分步實(shí)施計(jì)劃，一步一個(gè)踋印向前推進(jìn)。

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Primary Discussion on Intelligent Glass Fiber Factory

Wang Chenghui

(Nanjing Fiberglass Research & Design Institute，Nanjing 210012)

Abstract:The core of“Made in China 2025”is“intelligent manufacturing”，which can be extended to intelligent factory，and can create necessary path of upgrading China from large manufacturing country to strong manufacturing country.Based on the automation and information technology status in the domestic glass fiber industry，this article explores and summarizes a feasible way of developing intelligent glass fiber factories with focus on five key components of“intelligent manufacturing”，including“intelligent equipment”，“intelligent production”，“intelligent products”，“intelligent management”and“intelligent service”.

Key words:glass fiber industry；automation；intelligence；imformatization；intelligent manufacturing

中圖分類號：TQ171.77

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：王承慧，女，1963年生，高級工程師。主要從事玻纖、巖棉工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)管理工作的研究。

修回日期：2016-01-21