生活用紙行業(yè)整場物流數(shù)智化解決方案

周正 程宏 曾繁智 中輕長泰（長沙）智能科技股份有限公司

1 智慧控制平臺概述

智慧控制平臺（以下簡稱ICP）是以生產(chǎn)計劃為輸入，基于實時的工藝反饋、設(shè)備狀態(tài)、車間物流等信息，通過數(shù)采、軟控（分布式控制、集中控制）、設(shè)備巡檢等平臺模塊的驅(qū)動，為智能化生產(chǎn)提供生產(chǎn)執(zhí)行與修正、資源利用、產(chǎn)量質(zhì)量分析、平穩(wěn)工況的優(yōu)化調(diào)度、異常工況的動態(tài)調(diào)度、數(shù)據(jù)多維度挖掘、輔助工藝診斷和生產(chǎn)決策等一體化的解決方案。

ICP具有4個特性：

（1）智能，在整場數(shù)智化升級大的背景下，ICP是一個智能化的產(chǎn)品；

（2）信息，圍繞ICP分析問題、處理問題的，是基于設(shè)備采集回來的數(shù)據(jù)；

（3）交互，即設(shè)備始終為人提供服務(wù)，在跟設(shè)備交互過程中，人的一些動作也需要被采集；

（4）萬物互聯(lián)，即打通所有設(shè)備之間的連接，完成設(shè)備信息采集，讓所有設(shè)備不再成為信息孤島。

其基本原理如下圖所示：

圖1 智慧控制基本原理

ICP通過改變車間內(nèi)工序串行的離散加工的模式，實現(xiàn)車間內(nèi)生產(chǎn)工序網(wǎng)狀交叉、工藝多節(jié)點冗余執(zhí)行；突破多產(chǎn)線簡單并行的集中生產(chǎn)模式，實現(xiàn)整廠產(chǎn)線資源的協(xié)同生產(chǎn)、動態(tài)平衡、產(chǎn)能柔性配置等。

2 關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.1 數(shù)據(jù)采集

通過ICP自有的邊緣控制器集中通信平臺，實現(xiàn)整場單機、集群設(shè)備的數(shù)字鏈路，完成了集中通信平臺與各單元設(shè)備的雙向（讀寫）通信，同時也能支持各單元設(shè)備的軟控通信，真正意義上打破了各生產(chǎn)設(shè)備信息集成的“孤島”壁障。

目前ICP支持以下數(shù)據(jù)采集：

● 10萬個以上的變量，0.1秒采集周期；

● 車間輸送物流設(shè)備，工位紙卷信息等；

● 加工機臺，原輔料配方等；

● 其他自動化三方設(shè)備（需對接雙方接口支持）。

2.2 軟控及分布式

ICP通過集中通信平臺，建立全廠通信的數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)全廠設(shè)備數(shù)智化“上帝視角”后，軟控平臺通過分析全廠海量的設(shè)備狀態(tài)信息，實現(xiàn)從車間設(shè)備條件控制、策略調(diào)度的車間設(shè)備驅(qū)動，到基于車間生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)設(shè)備的即時狀態(tài)，協(xié)同全廠設(shè)備配合完成車間生產(chǎn)作業(yè)、指令等的生產(chǎn)工藝驅(qū)動。

針對車間生產(chǎn)軟控的復(fù)雜應(yīng)用場景（如圖2所示），軟控平臺支持分布式控制架構(gòu)。將多重應(yīng)用場景相對剝離，相互獨立、互不影響，確保了大型的車間生產(chǎn)軟控系統(tǒng)實現(xiàn)分階段、分區(qū)域?qū)嵤?，且業(yè)務(wù)相對獨立的特性，也支持未來各種業(yè)務(wù)場景擴展。讓軟控方案的部署與實施，對整體項目的風(fēng)險降到最低。

ICP把所有的數(shù)據(jù)鏈路打通以后，還可以完成設(shè)備巡檢，根據(jù)整個項目的工藝我們可以監(jiān)控到每臺設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在第一時間把問題點推送給巡檢人員進行處理，通過每一臺設(shè)備配備的唯一編碼，在大型場景可以實現(xiàn)巡檢問題的快速定位及響應(yīng)。

2.3 整場智慧控制

基于生活用紙訂單的生產(chǎn)工藝，貫穿從原輔材料采購入庫到產(chǎn)成品銷售出庫的整廠業(yè)務(wù)鏈。而生產(chǎn)工序包含銷售訂單、生產(chǎn)計劃、倉儲物流、原輔材料備料、加工機臺效率、車間物流、配載垛型、發(fā)貨路線等等。在實際案例中，客戶會經(jīng)常關(guān)注整個銷售訂單的執(zhí)行情況，即加工過程中間每一個工藝或者工序的執(zhí)行情況，以及按目前生產(chǎn)進度什么時間可以完成交貨，或者是說工廠現(xiàn)在加工處于哪一個環(huán)節(jié)，是否存在延期風(fēng)險等。

ICP在每個工序設(shè)置了2個關(guān)鍵參數(shù)：時間（T）和概率（P），每個工序生產(chǎn)耗時以及它到下一個工序時間可以通過歷史的工序加工情況，推算出完成的概率。因此，ICP在任何一個節(jié)點都可以知道任一工序交貨的時間以及在這個時間交貨的概率。有了這種交付概率才能夠確保做到交付的可信度。假如交付概率降低了，那ICP會發(fā)出生產(chǎn)加急指令，或者需要跟客戶協(xié)商延期交貨事宜等等。

通過ICP打造一個整場的解決方案，可實現(xiàn)車間級的原輔料調(diào)度，包括跨車間的原紙調(diào)度等等，同時可以把多個立庫當(dāng)成一個整體的資源，進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理，最終實現(xiàn)整個資源的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及協(xié)同分配。

2.4 配載及裝車問題優(yōu)化

生活用紙裝車車型主要包含集裝箱和箱式貨車兩種，集裝箱尺寸標(biāo)準(zhǔn)比較統(tǒng)一，但是貨車裝箱尺寸多樣，針對裝車系統(tǒng)適配的車型，裝車碼垛算法根據(jù)車廂空間、物料規(guī)格及數(shù)量等已知參數(shù)，綜合考慮空間利用率、出庫效率、能耗等因素計算最優(yōu)的裝車碼垛方案。在處理一車多個客戶訂單（多個卸貨點）問題時，因為不同的客戶卸貨順序，最優(yōu)的裝車碼垛方案可能會將多客戶的物料混合碼放，造成卸貨不便。在計算完裝車垛型后，即可獲得物料的裝車順序、裝車數(shù)量及裝車率等數(shù)據(jù)，為自動化立體倉庫出庫及機械手拆垛提供指導(dǎo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)間聯(lián)動。

通過ICP，可以實現(xiàn)對歷史裝車單的分析，輸出裝箱方案，并根據(jù)實際裝車效果，自動迭代優(yōu)化裝車方案（如圖3所示）。

圖3 配載裝車優(yōu)化

2.5 數(shù)智化套件

（1）視頻智能防控套件

通過安裝在工廠生產(chǎn)施工作業(yè)現(xiàn)場的各個監(jiān)控裝置，構(gòu)建智能監(jiān)控分析預(yù)警和防范體系，有效彌補傳統(tǒng)方法和技術(shù)在管理中的缺陷。視頻監(jiān)控智能防控系統(tǒng)利用AI技術(shù)實現(xiàn)對人員、機械、材料、環(huán)境的全方位實時監(jiān)控，真正做到事前預(yù)判及示警，事中聯(lián)動觸發(fā)及協(xié)同，以及事后問題溯源，實現(xiàn)安全生產(chǎn)透視化管控和精細(xì)化管理。

圖4 視頻智能防控

（2）產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測套件

質(zhì)量在線自動檢測系統(tǒng)結(jié)合底層PLC控制系統(tǒng)，利用機器視覺與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于箱件包裝質(zhì)量、拉伸膜包膜質(zhì)量，商標(biāo)貼標(biāo)質(zhì)量，環(huán)保標(biāo)識粘貼質(zhì)量自動識別等防錯檢測，與控制系統(tǒng)聯(lián)動排出或報警，讓操作人員可以不用花費精力等來操作即可準(zhǔn)確無誤，顯著提升產(chǎn)品合格率。

圖5 產(chǎn)品質(zhì)量在線檢測

3 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

智控平臺ICP以銷售計劃、生產(chǎn)工藝、設(shè)備狀態(tài)等信息為輸入，通過數(shù)采、軟控、高級算法、數(shù)據(jù)挖掘等模塊，為數(shù)智化生產(chǎn)提供產(chǎn)能分析、質(zhì)量追蹤、AI決策，解決平穩(wěn)和異常工況下調(diào)度優(yōu)化等問題，實現(xiàn)集中生產(chǎn)的資源協(xié)同與柔性生產(chǎn)。

圖6 智慧控制工廠

數(shù)智化、工業(yè)大腦的數(shù)字基礎(chǔ)，輔助與自主決策的數(shù)據(jù)挖掘條件，實現(xiàn)車間物流平穩(wěn)和異常工況下，柔性與動態(tài)調(diào)度。其實現(xiàn)步驟如圖7所示：

圖7 智慧控制進化實現(xiàn)

第一步：基于當(dāng)前狀態(tài)條件實現(xiàn)自動化控制，確保安全實現(xiàn)設(shè)備協(xié)同；

第二步：基于當(dāng)前時刻的全局分析能力，選擇合適的策略配方驅(qū)動設(shè)備集群進行作業(yè)；

第三步：能根據(jù)已發(fā)生的事實情況（結(jié)果反饋）轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)參數(shù)，迭代學(xué)習(xí)、激勵，并不斷衍化整個控制模型，無限接近理論最優(yōu)。

其中智慧控制支持水平嵌套、垂直嵌套，基于局部最優(yōu)的狀態(tài)集合，通過啟發(fā)、強化、遺傳等優(yōu)化算法，無限接近理論最優(yōu)控制。

4 總結(jié)

鑒于國內(nèi)生活用紙大中型企業(yè)存在成本端承壓的現(xiàn)狀，因此通過內(nèi)部系統(tǒng)自動化、智能化進程加快數(shù)智化轉(zhuǎn)型升級并從中獲益尤為必要。本文旨在介紹一種生活用紙領(lǐng)域“場景—車間—工廠—產(chǎn)業(yè)生態(tài)”的數(shù)智化改造路線，通過集成創(chuàng)新與數(shù)智化運營，助力行業(yè)轉(zhuǎn)型。同時，企業(yè)在轉(zhuǎn)型過程中抓住機遇培養(yǎng)高素質(zhì)人才，也是加快成果轉(zhuǎn)化的重要保障。