數(shù)字化紙業(yè)
——通往智能紙業(yè)工廠的大門

王曉春 法比奧百利怡機(jī)械設(shè)備（上海）有限公司

中國政府在2015年提出“中國制造2025”的戰(zhàn)略目標(biāo)。從2015年到2025年，這是中國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個(gè)10年的行動(dòng)綱領(lǐng)，制造業(yè)將會(huì)加速進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，中國將逐步實(shí)現(xiàn)從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。在歐洲，正在實(shí)施中的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略被認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。“工業(yè)4.0”通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

順應(yīng)國內(nèi)外這一制造業(yè)發(fā)展趨勢，在生活用紙生產(chǎn)領(lǐng)域，百利怡也提出了“Digital Tissue”，即數(shù)字化紙業(yè)生產(chǎn)方式。百利怡提出智能機(jī)器、智能應(yīng)用、智能服務(wù)三大智能紙業(yè)生產(chǎn)理念，將信息技術(shù)、云服務(wù)、傳感技術(shù)等引入生活用紙制造業(yè)，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的，同時(shí)幫助企業(yè)管理人員獲得全面的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，打造真正的“數(shù)字化紙業(yè)工廠”。

1 百利怡數(shù)字化紙業(yè)解決方案

百利怡數(shù)字化紙業(yè)方案有三個(gè)重要組成部分：即智能機(jī)器、智能應(yīng)用及智能服務(wù)。

圖1 百利怡數(shù)字化紙業(yè)方案

（1）智能機(jī)器Smart Machine：能夠執(zhí)行智能應(yīng)用所發(fā)出指令的高度自動(dòng)化機(jī)器設(shè)備，操作人員可通過智能應(yīng)用在本地或遠(yuǎn)程管理整條生產(chǎn)線的運(yùn)行。

百利怡最新推出了Constellation星座復(fù)卷機(jī)、Catalyst S6自動(dòng)換卷壓花單元、179AX自動(dòng)換刀切紙機(jī)，以及Carbon T全自動(dòng)裹包機(jī)等智能設(shè)備。

（2）智能應(yīng)用 Smart Application：管理生產(chǎn)線的軟件。它可在最少人工干預(yù)的情況下優(yōu)化生產(chǎn)，使產(chǎn)出最大化。并且能夠搜集分析直接來源于機(jī)器的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，生成KPI報(bào)告。

針對(duì)智能機(jī)器的操作及智能工廠的管理，百利怡設(shè)計(jì)了三種智能應(yīng)用程序。All-in-One是將復(fù)卷生產(chǎn)線和包裝生產(chǎn)線進(jìn)行聯(lián)動(dòng)管理的人機(jī)操作程序；Condition Monitoring機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測機(jī)器的使用狀態(tài)，對(duì)關(guān)鍵零部件的更換提前預(yù)警，減少因突發(fā)故障引發(fā)的機(jī)器停機(jī)；Tissue Data紙業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)控，將收集紙廠所有生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并計(jì)算出整機(jī)運(yùn)行效率O.E.E（Overall Equipment Efficiency）等關(guān)鍵指標(biāo)（KPI）供紙廠管理者參考。

（3）智能服務(wù)Smart Service：針對(duì)機(jī)器維護(hù)及工藝流程改進(jìn)而提供的新型、高效的服務(wù)工具。

百利怡目前可以提供Weareable頭戴式遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)、Pivot實(shí)驗(yàn)室服務(wù)及在線備件銷售、在線技術(shù)專家咨詢服務(wù)。

2 百利怡數(shù)字化紙業(yè)技術(shù)在中國的應(yīng)用

針對(duì)國內(nèi)數(shù)字化紙業(yè)的需求，百利怡（上海）引入了多項(xiàng)國外領(lǐng)先的數(shù)字化技術(shù)。目前，X7及X10復(fù)卷生產(chǎn)線及X系列包裝生產(chǎn)線都可根據(jù)客戶需求，進(jìn)行數(shù)字化生產(chǎn)的改造。

（1） All-in-One復(fù)卷及包裝系統(tǒng)優(yōu)化軟件

All-in-One是將百利怡復(fù)卷生產(chǎn)線和包裝線的操作整合在一起的系統(tǒng)優(yōu)化軟件。在整條復(fù)卷包裝生產(chǎn)線的每一臺(tái)機(jī)器上，都將采用統(tǒng)一的人機(jī)界面。

All-in-One 改變了傳統(tǒng)的“一機(jī)一界面”的人機(jī)操作方式，復(fù)卷和包裝聯(lián)合控制，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

● 實(shí)時(shí)生產(chǎn)布局

圖2 All-in-One 顯示界面

在主要機(jī)器設(shè)備，例如復(fù)卷機(jī)、切紙機(jī)、包裝機(jī)、捆包機(jī)的人機(jī)界面上，都可以實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)線上機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)（運(yùn)行/停機(jī)/報(bào)警），實(shí)際運(yùn)行速度，原材料消耗情況，儲(chǔ)紙架的負(fù)荷狀態(tài)等主要生產(chǎn)參數(shù)。

● 一鍵式產(chǎn)品換型操作

All-in-One 可將生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)先設(shè)置，當(dāng)產(chǎn)品換型時(shí)，操作人員不需對(duì)每臺(tái)機(jī)器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，只需在任意一臺(tái)機(jī)器的操作面板上將要生產(chǎn)的產(chǎn)品菜單調(diào)出，產(chǎn)品換型的信號(hào)會(huì)發(fā)送至生產(chǎn)線上的所有機(jī)器，待所有機(jī)器的運(yùn)行參數(shù)更改后，生產(chǎn)線會(huì)開始新產(chǎn)品的生產(chǎn)。

● 自動(dòng)速度匹配

在All-in-One控制下的機(jī)器，可以平衡各機(jī)器間的生產(chǎn)速度，例如當(dāng)貯紙架裝滿時(shí)，復(fù)卷機(jī)就會(huì)降低生產(chǎn)速度；或當(dāng)貯紙架緩沖區(qū)紙卷?xiàng)l超過參考值時(shí)，切紙機(jī)和包裝機(jī)將提高分切和包裝速度。

（2） Tissue Data紙業(yè)云數(shù)據(jù)分析

Tissue Data Cloud紙業(yè)云數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)整合分析類軟件。此軟件將能夠與機(jī)器的PLC相連，以獲得機(jī)器的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至云服務(wù)器。然后運(yùn)用分析工具生成直觀的圖形表格，用來進(jìn)行生產(chǎn)KPI，特別是整機(jī)運(yùn)行效率O.E.E的分析。

Tissue Data Cloud紙業(yè)云數(shù)據(jù)軟件可以將多個(gè)工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)集合在一個(gè)軟件中查看，每個(gè)工廠內(nèi)又可以監(jiān)控所有生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。在獲得所需的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告后，可將分析數(shù)據(jù)分享到ERP軟件或是指定的Email。

圖3 Tissue Data Cloud紙業(yè)云數(shù)據(jù)分析

（3）Condition Monitoring 機(jī)器狀態(tài)檢測

Condition Monitoring機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測可通過預(yù)設(shè)的傳感器，檢測故障及進(jìn)行故障預(yù)警。達(dá)到始終保持機(jī)器的良好狀態(tài)、減少停機(jī)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率的目的。

（4）Process Control 過程控制

通過對(duì)生產(chǎn)線上的機(jī)器加裝傳感器后，對(duì)生產(chǎn)中的卷紙產(chǎn)品也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，包括紙卷定量檢測，直徑檢測。

3 百利怡智能工廠案例

百利怡的云端目前已接入了70多條歐洲的生產(chǎn)線，客戶可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)線的狀態(tài)。

例如百利怡的歐洲客戶A.C.M.E公司，該公司采用車速800m/min的復(fù)卷機(jī)，配兩條分切包裝生產(chǎn)線。其主要問題是單品種類較多，需要經(jīng)常更換產(chǎn)品的類型、壓花花型以及包裝的尺寸和顏色，整體O.E.E生產(chǎn)效率只有45%。

百利怡對(duì)其開展的改進(jìn)項(xiàng)目包括：

（1）All-in-One操作系統(tǒng)

整條生產(chǎn)線采用All-in-One系統(tǒng)，通過協(xié)調(diào)前后設(shè)備的生產(chǎn)速度，達(dá)到設(shè)備之間更科學(xué)的車速匹配，減少了不可預(yù)測狀態(tài)下的產(chǎn)能損失。比如，在改進(jìn)前，包裝機(jī)的額定車速160包/min，在原紙及包裝膜更換時(shí)都按此車速生產(chǎn)。改進(jìn)后，All-in-One系統(tǒng)可使生產(chǎn)線在換膜以后自動(dòng)調(diào)整車速，從160包/min提升到220包/min，以加速處理由換膜造成的產(chǎn)品堆積，無需人工干預(yù)，使整線生產(chǎn)效率提高5%。

（2）Tissue Data Cloud

對(duì)所有生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，傳送到云端進(jìn)行分析，分析影響整線運(yùn)行效率的故障原因。通過Tissue Data Cloud進(jìn)行問題排查，提供建議，使整線生產(chǎn)效率提升3%。

（3）Catalyst和Trolley One Touch

采用Catalyst自動(dòng)換卷壓花單元和Trolley One Touch包裝機(jī)。原來壓花換花型時(shí)，需要進(jìn)行人工換壓花輥的操作。改用百利怡公司的Catalyst壓花單元，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換壓花輥。同樣，Trolley One Touch包裝機(jī)也不需要人工操作，只需在數(shù)字操控電腦上進(jìn)行參數(shù)的錄入，就可以自動(dòng)完成包裝換型操作。通過這些設(shè)備改進(jìn)，使整線生產(chǎn)效率提升8%。

（4）Tissue Data分析報(bào)告

通過Tissue Data分析報(bào)告，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線在換刀片、換原紙時(shí)浪費(fèi)了較多時(shí)間，造成了生產(chǎn)效率的損失。百利怡提供了自動(dòng)換原紙的退紙架和自動(dòng)換刀的切紙機(jī)，使整線生產(chǎn)效率提升了15%。

（5）原材料的物流運(yùn)輸

百利怡除了可以提供的設(shè)備以外，Tissue Data的分析報(bào)告還發(fā)現(xiàn)該公司原材料的物流運(yùn)輸時(shí)間過長，比如膠水、原紙、最終產(chǎn)品等入庫時(shí)，由于工廠物流瓶頸造成了效率降低。通過改進(jìn)這些非后加工生產(chǎn)線所造成的O.E.E影響因素，使整線生產(chǎn)效率提高8%。

全部改造完成以后，使整線生產(chǎn)效率從45%提升到84%，提升了近一倍的產(chǎn)能。

圖4 百利怡對(duì)A.C.M.E公司的生產(chǎn)線及物流效率提升

通過A.C.M.E的案例，可以實(shí)現(xiàn)大幅提高生產(chǎn)線的O.E.E，生產(chǎn)操作更為簡單，整個(gè)智能化工廠、智能化生產(chǎn)線不再依賴于人工操作。同樣，此案例經(jīng)驗(yàn)可以在全球任意一家工廠實(shí)現(xiàn)復(fù)制。