陶瓷數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造發(fā)展實(shí)踐

肖書明

隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，現(xiàn)代工業(yè)信息化發(fā)展已邁入智能工廠的歷史新階段。華藝陶瓷作為典型的科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)，以先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)建設(shè)為基礎(chǔ)，信息智能化建設(shè)為引領(lǐng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為核心，提升整體智能制造水平，建設(shè)成為以“自動(dòng)化、信息化、智能化”為特征的陶瓷行業(yè)智能制造工廠及技術(shù)體系。

一、陶瓷酒瓶制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

陶瓷酒瓶生產(chǎn)企業(yè)大部分是手工生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、成本高。陶瓷酒瓶在全部酒瓶使用量中占比低，約3%左右，但因其可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)特造型、釉色光潤艷麗、畫面豐富多彩，對(duì)酒質(zhì)的提升有益處，特別是針對(duì)醬酒，醬酒現(xiàn)在處于快速增長期（2020年產(chǎn)60萬千升）。因此，大型酒企的高端、超高端酒均使用陶瓷酒瓶。

但勞動(dòng)強(qiáng)度大、工藝要求高，又成為制約陶瓷酒瓶制造業(yè)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的兩大瓶頸。勞動(dòng)強(qiáng)度大的工序主要有原材料制備、石膏模具生產(chǎn)、注漿成型、坯體整修、貼花等。工藝要求高的環(huán)節(jié)包括坯釉料配方、瓶頸粘接、瓶頸尺寸控制、施釉、上色厚度控制等。

近幾年，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，現(xiàn)代工業(yè)信息化發(fā)展已邁人智能工廠的歷史新階段。在中國制造低成本優(yōu)勢不再，從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變，提高管理過程、生產(chǎn)過程的智能化水平成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

在這一背景下的華藝陶瓷，通過創(chuàng)新發(fā)明、設(shè)備引進(jìn)，補(bǔ)齊自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備短板，部分工序勞動(dòng)生產(chǎn)率提高了5倍以上，如素坯施釉、瓷瓶上色等環(huán)節(jié)。部分設(shè)備是常規(guī)投資的50倍以上（瓶頸滾壓），使產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅度下降，在市場上更具競爭優(yōu)勢。從成本上看，陶瓷酒瓶主要是成型段成本較高，華藝陶瓷通過創(chuàng)新實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化注漿、倒?jié){、脫模、削口、粘接、整修，大幅度降低了成本。為研制適合于高效注漿的坯料配方，全球配置資源，耗時(shí)2年多完成了坯料配方。使用標(biāo)準(zhǔn)化原材料，建立實(shí)驗(yàn)室、檢測中心，升級(jí)理化控制手段，科學(xué)造陶瓷。

二、數(shù)字化智能工廠頂層設(shè)計(jì)

而隨著5G技術(shù)的應(yīng)用推廣華藝陶瓷作為典型的科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)行業(yè)，以先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)建設(shè)為基礎(chǔ)，信息智能化建設(shè)為引領(lǐng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為核心，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升整體智能制造水平，成為了行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿的企業(yè)。

在這一領(lǐng)域，華藝陶瓷走在市場前列，從數(shù)字化智能工廠開始頂層設(shè)計(jì)，分別從信息智能化建設(shè)整體規(guī)劃和智能裝備的研發(fā)、技術(shù)沉淀與引入兩方面切人。

信息智能化建設(shè)整體規(guī)劃包括8個(gè)方面：精益布局與數(shù)字化工廠、研發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)管理、設(shè)備互聯(lián)互通、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、生產(chǎn)運(yùn)營管理系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成、信息安全管理、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析。

智能工廠核心裝備研發(fā)流程包括以下幾點(diǎn)：

1.設(shè)計(jì)需求的確定：通過現(xiàn)場考察與需求確定，詳細(xì)分析每個(gè)節(jié)拍、工步，以數(shù)據(jù)化的形式呈現(xiàn)，充分論證其功能性、正確性與必要性;

2.設(shè)備總體設(shè)計(jì)：根據(jù)現(xiàn)場取得的數(shù)據(jù)、資料進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，同時(shí)找出其中需要驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，便于前期開發(fā)驗(yàn)證;

3.關(guān)鍵點(diǎn)驗(yàn)證：對(duì)于每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，證明其可靠性與效率、質(zhì)量的符合性。驗(yàn)證設(shè)計(jì)與實(shí)際效果的差距，不斷地修改完善，直至達(dá)到理想的效果;

4.樣機(jī)制造：在所有關(guān)鍵點(diǎn)驗(yàn)證確認(rèn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行樣機(jī)制造與驗(yàn)證，這將縮短開發(fā)周期，降低成本的基礎(chǔ);

5.驗(yàn)證與推廣：樣機(jī)通過正常運(yùn)行，取得預(yù)期的產(chǎn)量、質(zhì)量、成本數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)確定優(yōu)化方向，助力所研發(fā)裝備后續(xù)的大范圍推廣;

6.進(jìn)口國外新設(shè)備：詳細(xì)確認(rèn)設(shè)備的使用場景，是否匹配產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，同時(shí)拆分對(duì)比各項(xiàng)產(chǎn)量、質(zhì)量、運(yùn)行耗用參數(shù)，判斷其適合性。

三、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要工作

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，華藝陶瓷積極探索開拓，投資超10億元，將產(chǎn)量提升到年產(chǎn)陶瓷酒瓶4 500萬只，成功人選“2021年中國輕工業(yè)智能制造示范案例”。在這個(gè)過程中，憑著首創(chuàng)研發(fā)了10余項(xiàng)陶瓷酒瓶專用設(shè)備的厚實(shí)家底，進(jìn)行精細(xì)布局，升級(jí)數(shù)字化工廠。通過投入自動(dòng)化裝備，建設(shè)信息化管理系統(tǒng)，搭建智能中控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息高效傳遞，智能化水平大幅提高，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型基本完成。建立數(shù)字工廠模型，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型優(yōu)化，提升整體的運(yùn)作效率，從而做到了千萬只酒瓶顏色和尺寸一致。

如今，經(jīng)過升級(jí)改造后的華藝陶瓷形成了“四系統(tǒng)三平臺(tái)”的格局?！八拇笙到y(tǒng)”為PLM系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）、信息集成系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)。華藝陶瓷研發(fā)設(shè)計(jì)包含2D/3D各類圖紙，通過PLM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義、研發(fā)BOM管理、項(xiàng)目變更管理等工作。該系統(tǒng)不僅支持現(xiàn)有已知2D/3D設(shè)計(jì)軟件的集成，且支持未知和未來的應(yīng)用軟件的開放式集成;“企業(yè)資源管理系統(tǒng)”覆蓋了財(cái)務(wù)、營售、采購、倉儲(chǔ)、生產(chǎn)等方面的信息，具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、銷售管理、采購管理、倉庫管理、銷售核算管理、采購核算管理等功能，通過該系統(tǒng)打通采購、倉儲(chǔ)、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的信息流通，可以從采購訂單、物料、工單、銷售訂單等方面維護(hù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)進(jìn)度的控制和查詢。

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，華藝陶瓷導(dǎo)人生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），以樹立集約、協(xié)作、高效、精益的現(xiàn)代生產(chǎn)理念為目標(biāo)，進(jìn)一步提高公司生產(chǎn)管控能力，提升生產(chǎn)管理水平，構(gòu)建新的生產(chǎn)管理體系。MES系統(tǒng)主要包含生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、工藝管理、物流管理、設(shè)備管理等功能，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)計(jì)劃到產(chǎn)品交付的全過程的信息化管理，包括生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、領(lǐng)料、生產(chǎn)、入庫等業(yè)務(wù)流程的信息化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)采集，記錄生產(chǎn)過程信息、物料防錯(cuò)信息、產(chǎn)品追溯信息和關(guān)鍵生產(chǎn)資源的實(shí)時(shí)狀況，實(shí)現(xiàn)可追溯生產(chǎn)和透明化生產(chǎn);華藝智能工廠使用網(wǎng)絡(luò)分層的方案，建立安全可靠的工業(yè)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)分層分類，執(zhí)行層與鏈路層分離;生產(chǎn)環(huán)境與辦公環(huán)境分隔。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)和功能進(jìn)行劃分，分為外部接人區(qū)、生產(chǎn)主干網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心區(qū)3個(gè)層次，各網(wǎng)絡(luò)層次之間采用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行防護(hù)隔離，構(gòu)建一套支持語音、視頻、數(shù)據(jù)的多業(yè)務(wù)多功能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺(tái);華藝陶瓷在企業(yè)信息安全的保障措施作用于服務(wù)器數(shù)據(jù)庫安全和廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次。通過信息服務(wù)器升級(jí)改造，建立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維系統(tǒng)。通過升級(jí)服務(wù)器、增加安全隔離硬件和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理軟件，提高整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的易用性、安全性，加強(qiáng)整體安全管控。

“三大平臺(tái)”為互聯(lián)互通基礎(chǔ)平臺(tái)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。華藝陶瓷主要生產(chǎn)設(shè)備包括注漿機(jī)、施釉機(jī)、各類窯爐、智能物流輸送線等，均留有對(duì)外信息接口模塊。通過現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和DNC數(shù)采控制模塊，將主要設(shè)備的加工信息、運(yùn)作狀態(tài)、產(chǎn)品進(jìn)度進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。同時(shí)通過各類協(xié)議將數(shù)據(jù)從設(shè)備傳至邊緣網(wǎng)關(guān)，再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關(guān)經(jīng)過處理，將設(shè)備的有效數(shù)據(jù)上傳和回饋，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間信息的互聯(lián)互通，完成數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)平臺(tái)建設(shè);華藝通過搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控。

設(shè)備間信息互通和數(shù)據(jù)采集主要依托傳感器、工業(yè)控制系統(tǒng)、新型邊緣計(jì)算采集網(wǎng)關(guān)，面向設(shè)備、系統(tǒng)、產(chǎn)品、軟件等要素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的及時(shí)采集與邊緣化處理。同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、能效管理平臺(tái)、廠區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等企業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)集成，打通數(shù)據(jù)流，完成數(shù)據(jù)匯集、處理，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值鏈中的深層價(jià)值，實(shí)現(xiàn)華藝丁業(yè)大腦的搭建，并通過集控中心與分控中心相結(jié)合，對(duì)于生產(chǎn)、設(shè)備、現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)智能分析、優(yōu)化與應(yīng)用，達(dá)成高效運(yùn)營管理與智能化提升的戰(zhàn)略目標(biāo);華藝陶瓷利用人工智能技術(shù)，在生產(chǎn)線以圖像識(shí)別方式進(jìn)行生產(chǎn)進(jìn)度的追溯，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)建模方式進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)量追蹤與訂單進(jìn)度管控，減少人員工作量。同時(shí)通過建立混合云，搭建工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，針對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行全生命周期追溯與端到端原因分析，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)每一節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過技術(shù)手段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，打通原有信息孤島的環(huán)境，使數(shù)據(jù)成為一個(gè)閉環(huán)。

四、智能工廠建設(shè)實(shí)施要點(diǎn)

華藝陶瓷數(shù)字化轉(zhuǎn)型完成后，智能制造發(fā)展成為下一個(gè)階段發(fā)展的目標(biāo)。華藝陶瓷通過突破傳統(tǒng)觀念，根據(jù)自動(dòng)化設(shè)備的需要，確定工藝參數(shù)，比如：智能工廠一定要求產(chǎn)品素?zé)?，才能更好施釉，適合快速注漿成型需要注漿料的流動(dòng)性好、干燥強(qiáng)度高和優(yōu)選高嶺土。因此應(yīng)配置全球資源，實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)，把質(zhì)量和效率落到實(shí)處。華藝陶瓷進(jìn)口了球石（球磨時(shí)間是國內(nèi)河硅的60%）、注漿石膏（質(zhì)量穩(wěn)定，平均使用壽命達(dá)到110次）、稀釋劑等，保證了質(zhì)量與效率，降低了生產(chǎn)成本。

在智能工廠建設(shè)實(shí)施階段的第一步，工廠生產(chǎn)需要平衡計(jì)算。智能工廠必須是后段的生產(chǎn)能力略大于前段的生產(chǎn)能力，通過計(jì)算將流程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，包括物料計(jì)算、土建設(shè)施、設(shè)備配置、人員配置、工作班次等內(nèi)容，也是工廠設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。其次是工廠成本預(yù)估與工資待遇承載能力計(jì)算。根據(jù)工藝路線選擇，預(yù)估工序合格率、土建費(fèi)用、設(shè)備配置、人員配置，再結(jié)合設(shè)計(jì)產(chǎn)量與物料價(jià)格，預(yù)測產(chǎn)品的成本。根據(jù)目前的市場售價(jià)即可以預(yù)測工廠人員工資待遇承載能力與盈利能力，企業(yè)工資待遇承載能力應(yīng)滿足未來10年工資增長需要，與發(fā)達(dá)國家的生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行對(duì)比，預(yù)測企業(yè)未來的生存能力。也可以預(yù)估最大投入多少土建與設(shè)備費(fèi)用。華藝陶瓷人均產(chǎn)值將達(dá)到45萬元，人均工資待遇承載能力為12萬元，占比27%。

華藝智能工廠項(xiàng)目建設(shè)過程中，一直秉承“精益先行、頂層設(shè)計(jì)、分步實(shí)施、三線并進(jìn)、整體調(diào)控”的方針，讓華藝陶瓷能夠順利完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能制造發(fā)展。從而促使其成為全球規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的陶瓷酒瓶生產(chǎn)企業(yè)之一，成為同類企業(yè)發(fā)展學(xué)習(xí)的典范。

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