運用數(shù)字化技術(shù)提高農(nóng)膜生產(chǎn)效益

李子平，李 浩，林潔波

（廣東金明精機股份有限公司，廣東汕頭 515098）

0 引言

農(nóng)膜行業(yè)近幾年發(fā)展速度較快，多層共擠成型、涂覆等裝備技術(shù)水平和新產(chǎn)品開發(fā)取得突破性進展，裝備結(jié)構(gòu)從三層發(fā)展到五層共擠，主要性能達(dá)到國際先進水平。高性能功能膜的研發(fā)打破了國外壟斷，已經(jīng)接近或達(dá)到世界先進水平[1]。但在生產(chǎn)模式上仍以粗放型為主，對生產(chǎn)流程缺乏高效管理，信息化程度普遍較低，目前生產(chǎn)設(shè)備大部分屬于自動化階段，數(shù)字化應(yīng)用較少，缺乏有效的信息化管理。生產(chǎn)效率和資源利用率低、產(chǎn)品不良品率較高，距離數(shù)字化、信息化的要求還存在很大的差距。

隨著中國制造2025的國家戰(zhàn)略實施，農(nóng)用塑料薄膜的市場需求會不斷上升。各種新材料、新設(shè)備和新工藝不斷涌現(xiàn)，將促使農(nóng)膜朝著品種多樣化、專用化以及具備多功能的復(fù)合膜方向發(fā)展。產(chǎn)品的分類越來越細(xì)，功能化、多樣化、小批量、多品種將是行業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)展趨勢[2]。

應(yīng)用信息化、數(shù)字化技術(shù)適應(yīng)農(nóng)膜市場變化的需求，提升企業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)、管理等水平，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升行業(yè)快速響應(yīng)市場定制化需求的能力，對促進農(nóng)膜產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和持續(xù)發(fā)展具有積極作用。

1 系統(tǒng)實施架構(gòu)

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)是生產(chǎn)過程運行工況的數(shù)字化以及數(shù)據(jù)的傳輸，其中實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字化、信息化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要實現(xiàn)數(shù)字化，首先設(shè)備必須有較好的自動化基礎(chǔ)，能實現(xiàn)主要運行參數(shù)數(shù)字化，其次是設(shè)備上必須設(shè)計有數(shù)字接口和統(tǒng)一的通訊數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)設(shè)備運行參數(shù)和數(shù)據(jù)的連接、采集、記錄，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芸刂行模诖嘶A(chǔ)上才能實施數(shù)字化應(yīng)用[3]。目前，數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)膜行業(yè)應(yīng)用目前主要有以下幾個方面：

（1）實現(xiàn)實時過程數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)采集、記錄、分析，為生產(chǎn)運營提供有效的數(shù)據(jù)來源；

（2）建立生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)，用于車間生產(chǎn)流程的監(jiān)控，實現(xiàn)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、記錄、管控、報警及故障等信息的實時顯示及歷史查詢功能；

（3）實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量在線控制，生產(chǎn)過程中對薄膜厚度、薄膜均勻度等關(guān)鍵過程參數(shù)進行在線檢測和記錄，提高制造過程中對制品的自動化檢測水平，為運行管理和質(zhì)量管控收集數(shù)據(jù)；

（4）建立自動化原材料配送系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化配送，將原料配送系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)合，可有效提高生產(chǎn)流程中材料供應(yīng)環(huán)節(jié)的效率，降低運營成本；

（5）通過能耗數(shù)據(jù)采集，建立能耗監(jiān)控系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程主要單位能耗進行監(jiān)控，建立不同狀態(tài)下對應(yīng)的能耗關(guān)系，優(yōu)化產(chǎn)品工藝，降低能耗；

（6）設(shè)備控制系統(tǒng)與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）無縫連接，實現(xiàn)先進的生產(chǎn)運行管理，包括生產(chǎn)計劃與調(diào)度、物流管控、質(zhì)量管控、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視、性能分析、生產(chǎn)跟蹤與追溯、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集等。

2 各部分功能設(shè)計

數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)膜生產(chǎn)上的應(yīng)用主要是將現(xiàn)有各部分功能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接在一起，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通訊格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，在此基礎(chǔ)上進行數(shù)字化應(yīng)用開發(fā)，提高農(nóng)膜的生產(chǎn)效益。

2.1 生產(chǎn)線SCADA監(jiān)控

生產(chǎn)線SCADA監(jiān)控是數(shù)字化應(yīng)用的主要表現(xiàn)，將生產(chǎn)設(shè)備的可編程控制器、驅(qū)動器、傳感器等現(xiàn)場設(shè)備利用通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)連接到采集平臺，通過SCADA系統(tǒng)進行展示，實現(xiàn)生產(chǎn)流程可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實時采集和歷史數(shù)據(jù)存儲、報警與診斷等功能[4]。

SCADA生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)基礎(chǔ)監(jiān)控軟件和通訊接口的連接，將不同控制器的通訊協(xié)議連接或轉(zhuǎn)換到同一平臺上，實現(xiàn)各控制器與控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下功能：

（1）實現(xiàn)對生產(chǎn)線、運行設(shè)備數(shù)據(jù)采集和管控(圖1)；

（2）生產(chǎn)線運行狀態(tài)監(jiān)視，集中監(jiān)視生產(chǎn)線主要設(shè)備的狀態(tài)：運行、停止、故障等；

（3）顯示生產(chǎn)線產(chǎn)品類型、批號、型號、數(shù)量等，在線數(shù)量和下線數(shù)量，實時展示目標(biāo)產(chǎn)量與實際產(chǎn)量；

（4）故障及報警信息的實時顯示及歷史數(shù)據(jù)查詢功能。

圖1 運行數(shù)據(jù)監(jiān)控

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控及控制

農(nóng)膜生產(chǎn)過程主要的產(chǎn)品參數(shù)是厚度和寬度，生產(chǎn)設(shè)備如能將數(shù)據(jù)連接傳輸?shù)狡脚_上，就能實現(xiàn)產(chǎn)品在線質(zhì)量監(jiān)控和反饋。在線厚度檢測及自動控制技術(shù)前幾年在行業(yè)上已經(jīng)有應(yīng)用[5]，控制技術(shù)包括在線檢測、工藝控制算法、驅(qū)動系統(tǒng)等，如何利用在線厚度控制實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢測和控制是數(shù)字化農(nóng)膜生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)。

項目研發(fā)的厚度控制系統(tǒng)將檢測到薄膜厚度信號分兩部分，一部分用于控制，及時對產(chǎn)品進行調(diào)整，將厚度采集與擠出系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)產(chǎn)品自動切換功能，簡化生產(chǎn)工藝，節(jié)約規(guī)格更換材料損耗。另一部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)按產(chǎn)品生產(chǎn)時間單位對厚薄變化進行統(tǒng)計，分析出不同時間段生產(chǎn)的薄膜質(zhì)量，作為產(chǎn)品質(zhì)量控制的依據(jù)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量可追溯性。膜泡寬度質(zhì)量控制與厚度相同，通過厚度和寬度的在線檢查和反饋，有效控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)合格率[6-7]。

2.3 原料配送系統(tǒng)

原料配送系統(tǒng)主要由原料倉、輸送管道、控制閥、真空泵組成，實現(xiàn)原料從材料倉自動輸送到設(shè)備擠出機，減少人工。原料配送系統(tǒng)生產(chǎn)過程中與控制系統(tǒng)結(jié)合，根據(jù)訂單需求形成的原料清單等信息，系統(tǒng)將原料輸送到配料裝置，配料裝置根據(jù)不同材料配比進行混合，混合完成的原料通過輸送管道輸送到不同的擠出機儲料筒上，實現(xiàn)原材料供應(yīng)全自動化配送流程。原料配送系統(tǒng)通過與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的鏈接，將大幅減輕勞動強度，確保原料配送的準(zhǔn)確率[8]。

2.4 遠(yuǎn)程診斷服務(wù)

數(shù)字化設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接口可實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷及維護。通常生產(chǎn)設(shè)備不能直接連上以太網(wǎng)，設(shè)計過程中通過VNP等方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備連接，打通連接鏈路，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與診斷功能，使設(shè)備制造商能隨時對裝備進行故障診斷和排除[9]。

2.5 設(shè)備管理

數(shù)字化技術(shù)在設(shè)備維護維保以及設(shè)備管理上發(fā)揮重要的作用，可提供有效的設(shè)備的運行、維護、保養(yǎng)管理，確保生產(chǎn)正常運行。

（1）設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控，記錄統(tǒng)計運行時間、運行狀態(tài)；

（2）通過數(shù)據(jù)記錄可實現(xiàn)設(shè)備停機管理，分析造成設(shè)備停機的各種原因和頻率，減少設(shè)備異常停機，對工藝停機、物料停機、能源停機、機械故障、電氣故障等進行分析處理；

（3）設(shè)備效率計算，各產(chǎn)線效率對比，產(chǎn)品合格率、廢品率產(chǎn)量統(tǒng)計生產(chǎn)周期統(tǒng)計；

（4）設(shè)備維護：日常保養(yǎng)計劃，使用壽命記錄、參數(shù)和精度管理。

2.6 生產(chǎn)報表及信息跟蹤查詢

數(shù)字化技術(shù)可有效滿足生產(chǎn)的可追溯要求，將采集到生產(chǎn)信息、產(chǎn)品名稱、日期、批次、指令號、人員信息等進行存儲，便于可追溯控制。通過SCADA系統(tǒng)，實時跟蹤生產(chǎn)單名稱、生產(chǎn)進度、產(chǎn)品規(guī)格、統(tǒng)計信息等內(nèi)容，也可以按生產(chǎn)日期、生產(chǎn)訂單、產(chǎn)品名稱等方式進行查詢等，通過數(shù)據(jù)匯總，可生成車間、機臺的生產(chǎn)績效、物料消耗、質(zhì)量管理等各類不同時間的報表及批次，更好地服務(wù)于生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用有效提高農(nóng)膜生產(chǎn)效益，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開始實施，企業(yè)生產(chǎn)效率提高20%，原材料節(jié)約5%以上，取得良好效果。數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的全數(shù)字化管理，生產(chǎn)流程可視化、質(zhì)量管理透明化、在線檢測數(shù)字化和工藝可持續(xù)改近。提高產(chǎn)品質(zhì)量、能源利用率，降低運營成本，進一步延伸和發(fā)展將是數(shù)字化車間和智能化生產(chǎn)流程控制，有利于行業(yè)的技術(shù)升和生產(chǎn)模式的升級換代。