如何打造流程制造業(yè)智能工廠
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- 發(fā)布時(shí)間:2023-11-11 11:52
本刊編輯整理
在中國(guó),流程行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分,占全國(guó)規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值的47%左右。我國(guó)流程行業(yè)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,歷經(jīng)70年代技術(shù)與裝備引進(jìn)、80年代初消化吸收、90年代自主創(chuàng)新幾個(gè)階段。發(fā)展到目前,流程行業(yè)的生產(chǎn)工藝、裝備和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平已經(jīng)得到了大幅度提升,整體實(shí)力增長(zhǎng)迅速。我國(guó)已成為世界上門(mén)類最齊全、規(guī)模最龐大的流程制造業(yè)大國(guó)。
當(dāng)前,智能制造的浪潮席卷全球,我國(guó)流程行業(yè)也迎來(lái)第四次工業(yè)革命、中國(guó)制造業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的關(guān)鍵時(shí)期,如何在當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)下抓住其中蘊(yùn)藏的機(jī)遇,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型是重中之重。
智能化改革的困境
流程型制造是以資源和可回收資源為原料,通過(guò)物理變化和化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)復(fù)雜生產(chǎn),為制造業(yè)提供原材料和能源的基礎(chǔ)工業(yè),包括石化、化工、造紙、水泥、有色、鋼鐵、制藥、食品飲料等行業(yè)。
與離散行業(yè)相比,流程行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行模式特點(diǎn)突出,例如:原料變化頻繁,生產(chǎn)過(guò)程涉及物理化學(xué)反應(yīng),機(jī)理復(fù)雜;生產(chǎn)過(guò)程連續(xù),不能停頓,任一工序出現(xiàn)問(wèn)題必然會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)線和最終的產(chǎn)品質(zhì)量;部分產(chǎn)業(yè)的原料成分、設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量等無(wú)法實(shí)時(shí)或全面檢測(cè)等。上述特點(diǎn)在流程行業(yè)實(shí)施智能化轉(zhuǎn)型的過(guò)程中突出地表現(xiàn)為測(cè)量難、建模難、控制難和優(yōu)化決策難。
此外,我國(guó)流程行業(yè)的發(fā)展正面臨資源緊缺、能源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重的制約。流程行業(yè)是高能耗、高污染行業(yè),我國(guó)石油、化工、鋼鐵、有色、電力等流程行業(yè)的能源消耗、CO2排放量以及SO2排放量均占全國(guó)工業(yè)的第一位。
據(jù)中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、深圳華制智能制造技術(shù)有限公司、東北大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的《流程型智能制造白皮書(shū)》中總結(jié),現(xiàn)階段,我國(guó)流程型制造企業(yè)從制造過(guò)程底層到生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)頂層還存在一些問(wèn)題。
1)在以資金流為主的經(jīng)營(yíng)決策層面:供應(yīng)鏈采購(gòu)與裝置運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)度不高、產(chǎn)業(yè)鏈分布與市場(chǎng)需求存在不匹配,知識(shí)型工作自動(dòng)化水平低,缺乏快速和主動(dòng)響應(yīng)市場(chǎng)變化的商業(yè)決策機(jī)制。
2)在以物質(zhì)流為主的生產(chǎn)運(yùn)行層面:資源和廢棄資源缺乏綜合利用,運(yùn)行過(guò)程依靠知識(shí)工作者憑經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行操作,精細(xì)化優(yōu)化控制水平不高,面向高端制造的工藝流程構(gòu)效分析與認(rèn)知能力不足,缺乏虛擬制造技術(shù)。
3)在以能量流為主的能效安環(huán)層面:能源的錯(cuò)時(shí)空利用技術(shù)有待發(fā)展,能源管理與生產(chǎn)運(yùn)行缺乏協(xié)同,單位產(chǎn)量能效水平亟需提高。高?;瘜W(xué)品、廢水、廢氣、廢固的全生命周期足跡缺乏監(jiān)管和溯源,危化品缺乏信息化集成的流通軌跡監(jiān)控與風(fēng)險(xiǎn)防范。
4)在以信息流為主的信息感知層面:物料屬性和加工過(guò)程部分特殊參量無(wú)法快速獲取,大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)在物流和產(chǎn)品流通軌跡監(jiān)控、生產(chǎn)和管理優(yōu)化中的應(yīng)用不夠,亟需工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)充信息資源以深度認(rèn)識(shí)復(fù)雜的流程行業(yè)過(guò)程。
5)在系統(tǒng)支撐層面:我國(guó)流程行業(yè)生產(chǎn)效率不理想,既體現(xiàn)為生產(chǎn)系統(tǒng)跨層次運(yùn)行效率低下,也體現(xiàn)為企業(yè)跨領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)效率低下?,F(xiàn)有的系統(tǒng)難以自動(dòng)化處理非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)以驅(qū)動(dòng)智能決策,也無(wú)法支撐復(fù)雜的知識(shí)自動(dòng)化軟件平臺(tái)以輔助操作工人決策,需要全新的控制系統(tǒng)架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)控制-優(yōu)化-決策一體化。
由此可以了解,工藝優(yōu)化、智能控制、計(jì)劃調(diào)度、物料平衡、設(shè)備運(yùn)維、質(zhì)量檢驗(yàn)、能源管控、安全環(huán)保等內(nèi)容,是流程制造業(yè)推進(jìn)智能制造建設(shè)時(shí)需要考慮的核心要素。盡管現(xiàn)實(shí)情況復(fù)雜,但是可以看到,智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)已成為流程行業(yè)重要發(fā)展趨勢(shì),終將推動(dòng)該行業(yè)形成新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和商業(yè)模式。
在行業(yè)的實(shí)施落地
面向工藝優(yōu)化、智能控制、生產(chǎn)調(diào)度、物料平衡、設(shè)備運(yùn)維、質(zhì)量檢驗(yàn)、能源管理、安全環(huán)保等核心問(wèn)題,流程行業(yè)智能制造建設(shè)主要圍繞數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化展開(kāi)。建設(shè)過(guò)程主要是在已有的物理制造系統(tǒng)基礎(chǔ)上,充分融合智能傳感、先進(jìn)控制、數(shù)字孿生、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)云等智能制造關(guān)鍵技術(shù),從生產(chǎn)、管理以及營(yíng)銷(xiāo)的全過(guò)程優(yōu)化出發(fā),實(shí)現(xiàn)制造流程、操作方式、管理模式的高效化、綠色化和智能化。
以中國(guó)鋼鐵行業(yè)首個(gè)入選“燈塔工廠”的鋼企——寶山鋼鐵股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“寶鋼股份”)為例,2020年,寶鋼股份上海基地的五個(gè)智慧制造項(xiàng)目獲評(píng)“燈塔工廠”最佳實(shí)踐案例,覆蓋智慧計(jì)劃、智慧生產(chǎn)、智慧設(shè)備管理、智慧質(zhì)量管理和智慧物流五大模塊。具體包括了滿足個(gè)性化定制需求的大數(shù)據(jù)熱軋自動(dòng)生產(chǎn)計(jì)劃編制系統(tǒng);降低煉鋼成本的轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生系統(tǒng)與自動(dòng)出鋼專家系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能診斷的數(shù)字化工廠平臺(tái)與智能模型;代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工經(jīng)驗(yàn)的AI表面質(zhì)量線檢測(cè)系統(tǒng);以及實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤、無(wú)人操作和自動(dòng)計(jì)劃的智慧物流系統(tǒng)。
世界經(jīng)濟(jì)論壇對(duì)此評(píng)價(jià)道,“作為一家有著四十余年歷史的企業(yè),寶鋼股份很早就進(jìn)行了數(shù)字化的探索,廣泛應(yīng)用了AI、高級(jí)分析技術(shù),在數(shù)字時(shí)代里依然保持著引領(lǐng)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力”。
寶鋼股份的智能制造,以營(yíng)銷(xiāo)、采購(gòu)、研發(fā)、制造等公司核心業(yè)務(wù)作為數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的切入點(diǎn),以精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的數(shù)據(jù)采集互聯(lián)體系為紐帶,旨在構(gòu)建一個(gè)“全要素、全業(yè)務(wù)、全流程”的智能化動(dòng)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng),持續(xù)優(yōu)化資源配置效率,以自動(dòng)化提高工作效率,以智能化、智慧化提高決策精準(zhǔn)性,實(shí)現(xiàn)“作業(yè)自動(dòng)化、管理智能化、決策智慧化”的精細(xì)化深度運(yùn)營(yíng)。
經(jīng)過(guò)多年的努力,寶鋼股份在國(guó)家級(jí)試點(diǎn)示范、作業(yè)無(wú)人化、業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新、流程變革等領(lǐng)域取得了顯著成效與經(jīng)驗(yàn),其中,入選“燈塔工廠”網(wǎng)絡(luò)的上海基地建成了煉鐵數(shù)字化料場(chǎng)、1580智能車(chē)間試點(diǎn)示范、一煉鋼厚板連鑄智能產(chǎn)線、冷軋C008智能車(chē)間、硅鋼四期智能工廠、出廠物流優(yōu)化等一批智能化產(chǎn)線,效益效果明顯,在智慧制造推進(jìn)中起到示范引領(lǐng)作用。寶鋼股份其他各大基地亦在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用、智能化產(chǎn)線建設(shè)等各方面持續(xù)發(fā)力、協(xié)同共進(jìn),形成了智慧制造的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。
如今,寶鋼股份智能制造體系正在日趨完善,形成綜合性的大數(shù)據(jù)服務(wù)能力和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu),技術(shù)能力建設(shè)進(jìn)入新的發(fā)展階段,以人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)為代表的應(yīng)用不斷拓寬,部分實(shí)現(xiàn)了新的突破。
?。ū疚恼碜浴读鞒绦椭悄苤圃彀灼?shū)》、寶鋼股份官網(wǎng))
