智能工廠系統(tǒng)在工業(yè)改革中的應(yīng)用研究

文/牛曉望

隨著《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的發(fā)布，工業(yè)改革進(jìn)程進(jìn)一步加快，節(jié)能減排的理念逐漸深化。當(dāng)前，生產(chǎn)過程中依然存在大量低效流程，急需通過工業(yè)改革進(jìn)行優(yōu)化?；诖吮尘?，本文在簡要分析工業(yè)改革當(dāng)前存在的問題的基礎(chǔ)上，對智能工廠系統(tǒng)在工業(yè)改革中的必要性展開研究與分析。

現(xiàn)階段，國內(nèi)依舊存在著數(shù)量龐大的傳統(tǒng)制造公司。由于污染環(huán)境、能耗高、績效低等固有弊端，傳統(tǒng)制造模式已無法滿足現(xiàn)代制造業(yè)的生產(chǎn)需求，因此傳統(tǒng)制造公司必須深化改革，向著智能化方向轉(zhuǎn)變。

一、工業(yè)改革當(dāng)前存在的問題

（一）待轉(zhuǎn)型制造企業(yè)存在的問題

1.倉庫管理流程混亂

傳統(tǒng)制造企業(yè)大多存在倉庫管理流程混亂的問題，許多操作員可以直接接觸原材料，甚至不需要登記就能隨意進(jìn)出工廠。在原料獲取環(huán)節(jié)，這些企業(yè)僅進(jìn)行人工登記，根本無法確保登記信息的真實性、準(zhǔn)確性。除此之外，無法及時核查配送信息、物料信息長時間混亂、生產(chǎn)效率低下等問題時有發(fā)生。以陶瓷產(chǎn)業(yè)為例，對于黏土、石英、長石這三大類礦山原材料以及一些其他常用的化工原料，通常需要妥善存放于倉庫，以便后續(xù)生產(chǎn)使用。但由于傳統(tǒng)陶瓷工廠的倉庫管理流程相對混亂，原材料配送不及時、物料投放出錯等問題仍屢禁不止。

2.物料使用數(shù)據(jù)不明晰

例如，傳統(tǒng)陶瓷工廠的生產(chǎn)流程不透明，并且存在物料使用情況不明晰的問題。同時，由于大多數(shù)傳統(tǒng)陶瓷工廠尚未引入云端技術(shù)，物料信息的登記和分析工作仍靠人工來完成，故而無法保障相關(guān)數(shù)據(jù)的科學(xué)性，極易導(dǎo)致物料遺漏、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問題。

（二）傳統(tǒng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中存在的問題

1.缺乏科學(xué)的戰(zhàn)略指引

數(shù)字化轉(zhuǎn)變策略是指為支持公司靈活運用數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的，策略轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)型過程中、轉(zhuǎn)變后公司經(jīng)營業(yè)務(wù)的策略定位。[1]但傳統(tǒng)制造企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級過程中普遍缺少科學(xué)的策略指導(dǎo)，部分傳統(tǒng)制造企業(yè)甚至不能正確認(rèn)識數(shù)字化轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略。例如，一些中小型企業(yè)對數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的理解較為淺顯，或者將數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)和策略混為一談，缺乏實際規(guī)劃。[2]

2.發(fā)展戰(zhàn)略與生產(chǎn)模式不匹配

例如，在傳統(tǒng)陶瓷工廠轉(zhuǎn)型升級過程中，經(jīng)常發(fā)生企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型升級后的生產(chǎn)模式不匹配、紙質(zhì)化管理占比過高、數(shù)字化管理單一化等問題。由于傳統(tǒng)觀念根深蒂固，這些陶瓷工廠通常無法及時轉(zhuǎn)變發(fā)展戰(zhàn)略，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，難免陷入轉(zhuǎn)型策略與轉(zhuǎn)型目標(biāo)相沖突的怪圈。有些傳統(tǒng)陶瓷工廠在轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略方向后，甚至出現(xiàn)背離數(shù)字化發(fā)展目標(biāo)、數(shù)字化轉(zhuǎn)變措施形同虛設(shè)的情況。[3]

3.新生產(chǎn)模式與節(jié)約成本的目標(biāo)相背離

成功改革后，智能生產(chǎn)系統(tǒng)操作復(fù)雜、使用難度較大的問題較為突出，進(jìn)而導(dǎo)致企業(yè)無法組織待上崗員工參與崗前培訓(xùn)，不得不高價聘請專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行操作，企業(yè)負(fù)擔(dān)加重。這顯然與企業(yè)節(jié)約成本的改革目標(biāo)相背離。因此，針對新生產(chǎn)模式“低成本生產(chǎn)、高用人成本”的問題，相關(guān)制造企業(yè)仍需進(jìn)一步研究。

二、智能工廠系統(tǒng)

智能工廠系統(tǒng)是以MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)為核心，以高效率、低成本生產(chǎn)為目的，由組態(tài)編輯器、WMS智能倉儲管理系統(tǒng)、APS系統(tǒng)高級計劃排程系統(tǒng)、MOM系統(tǒng)等共同組成的智能化工廠管理系統(tǒng)。

（一）組態(tài)編輯器

智能工廠系統(tǒng)為使用者提供了一款組態(tài)編輯器，使用者可通過操作該編輯器完成工藝流程圖的繪制。在繪制過程中，各組態(tài)的綁定數(shù)據(jù)將直觀顯示在編輯器中。對于非專業(yè)技術(shù)人員來說，該編輯器操作界面簡潔直觀、功能強大、便于操作。

（二）WMS智能倉儲管理系統(tǒng)

使用者可以通過組態(tài)編輯器設(shè)計入庫出庫、區(qū)位理貨、單據(jù)流轉(zhuǎn)、收費結(jié)算、報表圖表分析等工作模塊，進(jìn)而實現(xiàn)生產(chǎn)過程無人調(diào)度的目的，形成柔性、現(xiàn)代化智慧物流體系。例如，WMS智能倉儲管理系統(tǒng)具有聯(lián)網(wǎng)控制大型物流日常經(jīng)營管理的功能，如傳遞入庫信號、自動存儲物流信息、智能規(guī)劃傳輸路線等。與此同時，該系統(tǒng)模塊也是柔性工廠、柔性流水線的重要管理平臺，能夠大幅降低傳統(tǒng)制造企業(yè)的人工成本，有效提高倉儲管理的總體質(zhì)量。在通常情況下，該系統(tǒng)模塊主要包含兩個核心子系統(tǒng)，即道路控制子系統(tǒng)和機器人控制子系統(tǒng)。此外，為實現(xiàn)自動化倉庫管理，WMS智能倉儲管理系統(tǒng)還與自動化管理器相連接，使得該系統(tǒng)能夠自動控制卡車和倉庫管理系統(tǒng)間的連接，進(jìn)而開展數(shù)據(jù)通信、同步倉庫數(shù)據(jù)、交換任務(wù)數(shù)據(jù)、日常維護管理數(shù)據(jù)等工作。

（三）APS系統(tǒng)高級計劃排程系統(tǒng)

該系統(tǒng)是針對傳統(tǒng)運檢計劃的編制與執(zhí)行環(huán)節(jié)普遍存在的過度依靠工作人員進(jìn)行人工編制與現(xiàn)場管控、運檢計劃編制進(jìn)度慢、執(zhí)行管控疏漏不斷等問題，以提高運檢工作的質(zhì)量和效率、保障電網(wǎng)安全為主要目的而搭建的運檢計劃用數(shù)字化管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對比運檢業(yè)務(wù)與制造業(yè)業(yè)務(wù)的異同點，建立映射模型，以供相關(guān)管理人員結(jié)合實際需要調(diào)整運檢計劃。該系統(tǒng)以生產(chǎn)車間為基礎(chǔ)，對微應(yīng)用進(jìn)行改造，從而實現(xiàn)運檢計劃及全業(yè)務(wù)工作流程的數(shù)字化管控，優(yōu)化減少近90%的信息收集工作，有效規(guī)避因檢修不到位造成的設(shè)備質(zhì)量問題。簡單來說，該系統(tǒng)通過分析運檢承載能力、辨識運檢風(fēng)險、制定差異化運檢策略等方式，切實保障傳統(tǒng)制造企業(yè)的生產(chǎn)安全。

（四）MOM系統(tǒng)

MOM系統(tǒng)主要用于協(xié)同企業(yè)管理員工、設(shè)施、原料和產(chǎn)品等信息，協(xié)助操作人員將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。當(dāng)前，MOM系統(tǒng)中的客戶和物料協(xié)同優(yōu)化模式主要用于提高客戶需求和庫存信息的關(guān)聯(lián)度。傳統(tǒng)制造企業(yè)可以用優(yōu)化生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的方式來提升供應(yīng)鏈企業(yè)的工作效率，減少人員壓力，降低原料供給不穩(wěn)定等的負(fù)面影響。此外，MOM系統(tǒng)中的配送車路線優(yōu)化模塊還可以根據(jù)不同生產(chǎn)線對物料的需求分配目標(biāo)，根據(jù)車輛載重和配送時長，實時設(shè)計最優(yōu)車輛運輸方案，實現(xiàn)物流運輸成本的最小化。值得注意的是，MOM系統(tǒng)還支持使用兩個不同交叉算子的遺傳算法，進(jìn)一步優(yōu)化車輛運輸方案，進(jìn)一步提高車間生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。

三、智能工廠系統(tǒng)在工業(yè)改革中的優(yōu)勢

智能工廠系統(tǒng)中的設(shè)備互相聯(lián)結(jié)，同時，該系統(tǒng)還可以通過廣泛使用虛擬仿真軟件，實現(xiàn)柔性自動化生產(chǎn)。在節(jié)能減排方面，該系統(tǒng)比傳統(tǒng)制造模式更加注重綠色生產(chǎn)，其可以通過檢測能源消耗情況及時調(diào)整生產(chǎn)模式，并且支持在大型生產(chǎn)車間進(jìn)行可視化生產(chǎn)，以便操作人員根據(jù)實際情況及時調(diào)整生產(chǎn)速率，達(dá)成降低企業(yè)生產(chǎn)成本、科學(xué)高效生產(chǎn)的目的。為此，傳統(tǒng)制造企業(yè)在工業(yè)改革過程中，應(yīng)從以下幾點入手。（1）定制個性化專業(yè)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)具備跟蹤控制、品質(zhì)管控、系統(tǒng)工程、綜合運營、物流控制、項目協(xié)調(diào)等六項核心功能，以輔助管理人員處理數(shù)據(jù)采集、機械設(shè)備調(diào)度等工作。（2）引入智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，傳統(tǒng)制造企業(yè)可以直接參與自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)和控制、實時采集設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行管理分析、整合對接第三方平臺等工作。（3）搭建簡易遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用可視化界面，從而大幅降低了技術(shù)人員的操作難度。同時，在互聯(lián)網(wǎng)的支持下，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以實時傳輸至云端系統(tǒng)，以供管理人員遠(yuǎn)程操控。

現(xiàn)階段，工業(yè)改革明確提出提高效能、節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本的戰(zhàn)略目標(biāo)。隨著工業(yè)改革的持續(xù)推進(jìn)，重點工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)能效將全面提升，傳統(tǒng)制造企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型將持續(xù)深入，綠色能源、節(jié)能提效工藝技術(shù)和設(shè)備利用率將顯著提升。由此可見，加快普及智能工廠系統(tǒng)在傳統(tǒng)制造企業(yè)中的應(yīng)用，是確保工業(yè)改革成效的必要手段。

四、結(jié)語

當(dāng)前，傳統(tǒng)制造業(yè)普遍存在安全隱患、生產(chǎn)效率低下等固有問題。

以陶瓷行業(yè)為例，首先，因操作人員反應(yīng)爐投放錯誤、倉庫存儲管理不規(guī)范而引發(fā)的安全事故不在少數(shù)。其次，在生產(chǎn)效能方面，受紙質(zhì)化管理占比過高、操作不精細(xì)、耗材過高等問題的影響，傳統(tǒng)陶瓷工廠的生產(chǎn)效能相對較低。隨著科技的發(fā)展和智能化改革的進(jìn)一步推廣，在國家政策的積極推動下，智能化工廠系統(tǒng)將逐漸發(fā)展成工業(yè)改革中不可或缺的重要內(nèi)容。在不久的將來，云組態(tài)存儲、基于MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)等智能技術(shù)有望取代傳統(tǒng)組態(tài)技術(shù)，進(jìn)而加快工業(yè)改革的步伐。