智慧造紙工廠

徐小偉 許智賢 鄢來朋

摘 要：智慧造紙工廠是華章科技有限公司結(jié)合造紙行業(yè)的生產(chǎn)特點推出的造紙工業(yè)信息化管理平臺。智慧造紙工廠注重新工業(yè)時代對節(jié)能、高效、智慧的核心訴求，對生產(chǎn)、運營、維護過程的各環(huán)節(jié)進行實時數(shù)字化監(jiān)控管理，在企業(yè)信息化及自動化產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)運營瓶頸；企業(yè)還能通過紙業(yè)云平臺對標(biāo)行業(yè)指標(biāo)，及時獲取造紙行業(yè)權(quán)威信息，幫助企業(yè)了解外部環(huán)境，及時調(diào)整運營策略。通過智慧工廠的應(yīng)用，能夠有效地挖掘企業(yè)潛力提升效率，節(jié)約成本，實現(xiàn)生產(chǎn)過程精細化管理。

關(guān)鍵詞：造紙工業(yè)；信息化；管理平臺；智慧工廠

中圖分類號：TS75

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.04.012

Abstract：Smart papermaking mill platform is the industry information management platform which was developed based on Huazhang Technology′s twentyfive years experience in automation control， combining with the production characteristics of papermaking industry. Smart papermaking mill focused on the main requirements in new industry era including energy saving， efficiency and intelligent， and carried out realtime digital monitoring and management of all sections of the production， operation and maintenance process. Bases on a large amount of data produced by enterprise management and mill automation， and hadoop technology was used to find the bottleneck of production and operation in time. Enterprises could also use paper cloud platform to find the competitive index， timely access to authoritative information of paper industry to help companies understand the external environment， rapidly adjust operating strategies. Through the application of intelligent mill， it could effectively tap the potential of enterprises， improve efficiency， save costs， and achieve delicacy management of the production process.

Key words：papermaking industry； informatization； management platform； smart factory

以信息化技術(shù)為代表的高新技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動了造紙行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，為了滿足企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在需要、同時滿足國家“兩化融合”的要求，造紙企業(yè)不同程度地開始致力于企業(yè)信息系統(tǒng)的建設(shè)，如企業(yè)資源管理（ERP）、能源管理系統(tǒng)（EMS）、倉儲物流管理系統(tǒng)（WMS）等。隨著企業(yè)規(guī)模逐漸擴大，企業(yè)內(nèi)部的事務(wù)已經(jīng)不再僅僅局限于獨立的、單調(diào)的事務(wù)，生產(chǎn)管理、能源管理、設(shè)備管理、經(jīng)營管理互相融合，復(fù)雜度大大提高。此時需要一套高度協(xié)同的信息資源共享平臺來整合企業(yè)各項信息化系統(tǒng)，解決信息孤島的問題。

華章科技有限公司（以下簡稱華章科技）造紙工業(yè)信息化管理平臺——智慧造紙工廠，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和管理應(yīng)用搭建符合企業(yè)自身管理需求的管理平臺，它本身是信息技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建起一個體系，讓企業(yè)的管理在這個體系中高效運作，智慧工廠信息結(jié)構(gòu)圖見圖1。

智慧造紙工廠通過整合各類已有系統(tǒng)和新建系統(tǒng)，實現(xiàn)靈活的柔性組態(tài)業(yè)務(wù)管理，不因組織機構(gòu)的改變而要改變整個信息化系統(tǒng)，只需重新設(shè)置即可做到數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。另外，在信息化系統(tǒng)中信息的充分共享，進一步進行數(shù)據(jù)的挖掘和分析從而滿足公司不同管理層面的需求。

造紙企業(yè)通過智慧造紙工廠實現(xiàn)以下目標(biāo)：①通過內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)的多渠道收集存儲和管理實現(xiàn)企業(yè)運營管理流程全程數(shù)字追蹤與分析；②結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)管理成本的精細化監(jiān)控和改進；③對設(shè)備的生命周期、能耗對比等分析，建立設(shè)備生命周期管理體系，及時淘汰能耗過高、效率低下的老舊設(shè)備；④通過分析追蹤生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)過程的薄弱環(huán)節(jié)提出系統(tǒng)優(yōu)化建議，通過造紙工業(yè)信息化管理平臺的應(yīng)用，能夠有效地挖掘企業(yè)潛力提升效率，節(jié)約成本，實現(xiàn)生產(chǎn)過程精細化管理。造紙企業(yè)還能通過紙業(yè)云平臺對標(biāo)行業(yè)指標(biāo)，及時獲取造紙行業(yè)權(quán)威信息，了解外部環(huán)境，及時調(diào)整運營策略。

1 智慧造紙工廠主要特點

1.1 數(shù)據(jù)處理流程

智慧造紙工廠根據(jù)數(shù)據(jù)流程分為4層：

（1）數(shù)據(jù)獲取層：實現(xiàn)從現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)及外部數(shù)據(jù)來源中檢索、接收，將來自不同系統(tǒng)、具有不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式并去除錯誤的數(shù)據(jù)，加載到企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫中。

（2）數(shù)據(jù)存儲層：實現(xiàn)對企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)的集中存儲與管理，并可根據(jù)需求建立面向部門和主題的多維數(shù)據(jù)庫。

（3）數(shù)據(jù)分析層：通過多樣化的前端分析展示工具，實現(xiàn)對造紙生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和處理， 形成市場經(jīng)營和決策工作所需要的科學(xué)、準(zhǔn)確、及時的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息和知識。通過利用報表分析、多維分析、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)構(gòu)建智能管理平臺，并能夠可視化數(shù)據(jù)，為管理者提供及時、準(zhǔn)確、科學(xué)的決策依據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)應(yīng)用層：業(yè)務(wù)應(yīng)用及呈現(xiàn)，提供如日常管理、主要指標(biāo)分析、設(shè)備維護等子模塊，用戶可進行靈活的業(yè)務(wù)配置。通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫可將不同子模塊的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析，便于適應(yīng)進一步的業(yè)務(wù)決策需求。

1.2 數(shù)據(jù)采集及存儲

智慧造紙工廠的核心是數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)采集模塊主要通過一系列完善的數(shù)據(jù)采集方式，連接造紙企業(yè)內(nèi)部和外部的相關(guān)數(shù)據(jù)源，并抓取數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)中心。

造紙企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、品控數(shù)據(jù)、庫存訂單數(shù)據(jù)等[1]。智慧造紙工廠支持多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)： DeviceNet、ControlNet、Profibus DP等，通過對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器1756DNB、1756CNB、SSTPB3CLXRLL等讀取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。庫存數(shù)據(jù)、品控數(shù)據(jù)等第三方數(shù)據(jù)通過OPC方式進行采集。

造紙企業(yè)外部數(shù)據(jù)包括以下內(nèi)容：造紙行業(yè)需求數(shù)據(jù)，紙業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，紙業(yè)市場的遠景分析數(shù)據(jù)，國家政策及新技術(shù)信息等。

數(shù)據(jù)中心采用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫，將采集的各種數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、集成，結(jié)合評估模型進行分析處理、數(shù)據(jù)挖掘，提出預(yù)警信息或優(yōu)化建議，產(chǎn)生各類報表。

1.3 決策系統(tǒng)

華章科技的智慧造紙工廠決策系統(tǒng)HZTSmart2.0采用專家決策系統(tǒng)（見圖2），它能夠有效地運用專家多年積累的有效經(jīng)驗和專門知識，通過模擬專家的思維過程，做出相應(yīng)的決策判斷。系統(tǒng)以信息化為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)為核心，模型分析為手段。通過對比采集企業(yè)內(nèi)部和外部的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行轉(zhuǎn)換、集成，最后通過評估分析，實現(xiàn)企業(yè)運營的智能化決策判斷[2]。

1.4 其他系統(tǒng)接口

對于企業(yè)暫缺的管理系統(tǒng)，信息化管理平臺預(yù)留相應(yīng)的管理模塊接口，關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用人工錄入方式完善數(shù)據(jù)，待企業(yè)信息模塊完備后接入管理平臺。

2 智慧造紙工廠軟件介紹

2.1 系統(tǒng)要點

智慧造紙工廠采用FactoryTalk工業(yè)平臺與VisualStudio平臺相結(jié)合，運用統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘等方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲處理與分析。針對造紙生產(chǎn)運營的特點，有的放矢地進行信息化整合。

（1）面對智能制造設(shè)備的現(xiàn)場傳感數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等，在FactoryTalk工業(yè)平臺中創(chuàng)建底層各自動化系統(tǒng)之間的信息接口，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)式、分布式的數(shù)據(jù)集成平臺，將分布式的、多工業(yè)平臺數(shù)據(jù)如AB系統(tǒng)、西門子系統(tǒng)、ABB系統(tǒng)等工業(yè)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、集成，最后加載到數(shù)據(jù)庫中，作為分析處理、數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)。而針對數(shù)據(jù)挖掘，隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大量復(fù)雜類型的數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘算法不再適用這些復(fù)雜類型數(shù)據(jù)的處理，需要一些更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)， 如空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；多媒體數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)； 文本挖掘技術(shù)；Web挖掘技術(shù)；數(shù)據(jù)流挖掘技術(shù)；時間序列數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；生物序列數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等[3]。

（2）針對數(shù)據(jù)庫中的大量數(shù)據(jù)，結(jié)合專家系統(tǒng)模型庫中的評估模型，知識庫中的評估推理規(guī)則和知識，采用基于模型的定量分析、知識庫的定性分析或定性定量相結(jié)合的方法，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速分析處理。

（3）根據(jù)系統(tǒng)評估分析，利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)對評估結(jié)果進行可視化展示。此外，針對評估結(jié)果不滿足企業(yè)指標(biāo)的系統(tǒng)，提出相應(yīng)的改進或優(yōu)化方案，以提升原有系統(tǒng)的性能。同時，更新和完善評估系統(tǒng)模型庫、知識庫中的模型、知識和方法等。例如參照建立基于灰色理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組合模型對不同紙種的能耗和產(chǎn)量選用合適的指標(biāo)進行以月為時間跨度的預(yù)測，給企業(yè)和政府的具體工作安排提供一定的參考[4]。

2.2 軟件界面

華章科技智慧造紙工廠的首頁將企業(yè)運營總況數(shù)據(jù)用圖形化的方式展示給管理者，管理者可以對生產(chǎn)任務(wù)、運營數(shù)據(jù)直觀明了，詳見圖3。

主要指標(biāo)分析可將造紙訂單（見圖4）、造紙原料數(shù)據(jù)、采購數(shù)據(jù)及生產(chǎn)情況通過數(shù)據(jù)（見圖5）可視化界面進行同比環(huán)比分析，讓管理者掌握企業(yè)整體運營趨勢。

設(shè)備管理模塊可將生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)資料進行定量管理（見圖6），對于毛布、成型網(wǎng)、刮刀等的耗材做到定時提醒更換。可以錄入重點設(shè)備的維護記錄信息，同時增加備件信息，通過備件管理可以有效減少意外停機時間。

3 結(jié) 語

華章科技有限公司的造紙工業(yè)信息化管理平臺——智慧造紙工廠，幫助造紙企業(yè)完成信息化整合的關(guān)鍵一步，可提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量的一致性。同時，為我國造紙工業(yè)現(xiàn)代化與國際接軌開創(chuàng)了新的篇章。智慧造紙工廠，對提高我國造紙工業(yè)現(xiàn)代化管理水平起了標(biāo)桿作用，為其他行業(yè)企業(yè)提供了信息化智能管理平臺的模板，有著重要的社會效益。

該項目的實施及技術(shù)的推廣，符合國家“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”的大政方針，即傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)采用移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術(shù)，改造原有產(chǎn)品及研發(fā)生產(chǎn)方式，不僅有利于節(jié)約能源和社會管理成本，而且有助于紓解優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，帶動周邊經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，為構(gòu)建智慧社會貢獻力量。

參 考 文 獻

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（責(zé)任編輯：馬 忻）