烟草行业智能工厂系列(一):中国卷烟工厂向“智能化”生产转型-智慧资讯

2015年全国烟草工作会议指出,要坚韧不拔加大科技创新的力度,实现创新驱动发展。卷烟生产向数字化、信息化、智能化的迈进,正是这一要求的集中体现。

  而“智能化”,主要体现在“管”和“控”两方面,即在实现软硬件的系统集成,由统一平台,实现对关键业务流程的全程管控,对核心关键参数的自动调节、自动预警、自动纠偏。

  由此,冰冷的机械成为一个具有温度的“生命体”,严整的车间变得灵动、敏捷——卷烟生产从“制造”向“智造”的蝶变,拉开序幕……

蝶变:从“制造”到“智造”

  2009年,美国罗克韦尔自动化有限公司CEO奇思·诺斯布希在美国最早提出“智能化工厂”的概念,其核心是工业化和信息化的高度融合。但目前智能化工厂的准确定义仍众说纷纭,比较一致的看法是:在数字化工厂的基础上,利用物联网技术和设备监控技术加强信息管理和服务,通过大数据与分析平台,将大型工业机器产生的数据转化为实时信息,并融绿色智能手段和智能系统等于一体,构建一个高效节能、绿色环保、环境舒适的人性化工厂。

  智能化工厂的基本特征主要有制程控制可视化、系统监管全方位及制造绿色化三个层面。三个层面要共同发挥作用,需要对硬件和软件进行整合,最终形成包括能自主交换信息的集智能机器、存储系统和生产设施为一体的智能体系,体系构成要素要能独立运行,又要能相互控制。

  目前,如何让制造流程具有自动判断能力,是打造智能化工厂的焦点之一。主要途径是以微处理器和人工智能技术的发展与应用为主,包括运用专家系统、进化计算等,使仪器仪表具备高效、多功能、机动灵活等性能。未来5~15年,在各种智能化、自动化系统的基础上,智能化工厂将由工厂局部智能自动化逐步分层次地发展到全工厂智能自动化和社会化智能制造。未来,生产设备将不再是过去单一独立的个体,一旦接入云端,完成连线,将可提供完整的、系统的服务,一切制造规则都可能会改变。

  正因为看到了智能化工厂的巨大潜力和影响,世界先进经济体均提出并制定了针对性的国家战略,许多国家将智能化生产技术列为重要研究内容,许多跨国公司也在积极打造智能化工厂。

  为适应竞争加剧的市场,近年来,中国制造业对质量、成本、效率以及安全的要求也在不断提高,正在经历着重要的转变,如企业从大批量生产向按市场或客户要求的柔性生产转变,从设计和控制系统各自独立向设计和控制系统集成一体转变,从局限在本地生产向全球化采购、生产转变。但问题是,如果只是在企业的某个局部实现智能化,无法保证全局的优化,这种智能化的意义是有限的,我们传统的制造业离智能化还有一段很长的路要走。

  对于中国烟草来说,虽然经过多年的发展和努力,我们初步实现了工厂的自动化,但按照智能化工厂的要求,还存在很多薄弱环节和亟需突破的瓶颈。从智能化工厂的必要条件来说,目前行业在以下几方面仍需要努力:

  一是全面感知系统不完善。目前部分卷烟智能仓储系统只能识别卷烟产品的生产时间、货位等简单信息,无法进行进一步统计和分析应用,对于专卖防伪等领域不具备完整的应用价值,无法满足智能化工厂的信息要求。

  二是互通互联尚未实现。各省市烟草工商企业建立的物流系统、信息管理系统等无法达到信息共享、数据互联的水平,必要的数据交换不实时,准确性无从验证。这使得省级工商企业之间、烟草行业与辅材供应商之间的完整供应链的互通互联远未实现。

  三是智能应用水平较低。这体现在国家局需要的工商数据一定程度上依赖各省级工商企业人工填报,无法实时收集、管控,并且由人工上报的数据不可避免面临人为修改的风险。目前的数据收集不全面、不统一、不实时,造成行业对数据的智能化分析和处理不够。对于已经收集的数据,也面临着数据仓库建设滞后、对海量数据不能充分使用等问题。

  四是还没有达到全行业规模化运作。物联网系统,需要把行业内所有的人、财、物都贴上信息标签,实时识别和管控,才能实现整体运营的规模优势。而现有的物联网技术应用还停留在物流、仓储等领域,在烟叶物流、卷烟生产物流、工商一体化物流等方面的应用仍需进一步探索。

  五是还未出现广泛适用的智能化工厂建设模式。目前,一些卷烟工厂实施的基于RFID(射频识别)的仓储物流、部分3D可视化等,都是零星的、区域性的智能化,还未达到整体化的智能生产管理水平。

  同时,也要看到,烟草行业的硬件条件和技术储备、人才培养在全国制造业中处于领先水平,在自动化、信息化系统运用方面也有很多成熟的实践项目和经验,特别是烟草行业全国一体化的整体架构,顺畅有效的指令和信息传递系统等,都构成了建设智能化工厂的坚实基础。

  行业工业企业需要全面了解、深入研究智能化工厂技术,搭建与之相适应的系统平台的整体框架和结构,将传感设备、嵌入式分析系统、智能控制系统和通信设施通过云端平台整合在一起,形成一个智能化网络,使人、机、服务三方面之间能够互联,共享信息,从而代替过去传统的固定式流水线作业模式,使智能化生产成为可能。

  我们相信,只要行业做好整体策划,通过全体人员的积极探索,选择合适的试点项目,充分利用大数据、云计算的现代技术和工具,积累经验后总结推广,把原有的设备自动化向工厂智能化、省际互联、行业互通发展,直至形成从烟叶种植、卷烟生产、成品销售的实物流和生产计划、销售信息、客户反馈、货款结算的信息流完整融合,就能够建设一个全国范围、更广意义上的烟草智能化网络,构建中国烟草核心竞争力。


云南中烟红云红河集团曲靖卷烟厂:

将3D仿真技术应用到制造执行系统

烟草行业智能工厂系列(一):中国卷烟工厂向“智能化”生产转型

  曲靖卷烟厂实施智能控制后的新制丝线

技改完成后,曲靖卷烟厂搭建了覆盖整个办公区域和生产区域的信息网络,有力地支撑了从设备底层自动化控制、集中监控到车间的一体化管控。以前,采集数据粗放、简单、滞后,现在不但实时,而且量大、真实、完整。数据的采集、分析和处理都可在新的MES(制造执行系统)内完成,大大提升了系统的整体效率。

  以这些数据为依托,曲靖卷烟厂还创造性地将3D仿真技术(主要是三维可视化技术和虚拟现实技术)等移入MES,制丝、卷包等实际生产现场可立体地展现在人们面前,从而丰富和完善了MES的功能应用,实现了企业生产过程的实时可视化管理。

  对于这种嵌入了3D仿真技术的MES,曲靖卷烟厂工人可在屏幕上清晰地看到复杂设备的内部结构,不用拆卸设备就能了解、判断设备运行情况,大大提高了设备管理水平。

  曲靖卷烟厂最近以新系统为依托,开展设备生命周期管理(生命周期值由备件的理论使用寿命和实际使用寿命来确定)的崭新探索,不仅有效控制了备件的库存,还推动了设备维护从经验维修到预防维修再到科学维修的转变。

  操作人员可不用亲临现场,通过MES就能实时跟踪制丝设备质量检测装置的运行状况和质量检测仪器的检测数据。

  这种基于数据之上的精准控制,使得制丝生产线作业的稳定性越来越强。

  除此之外,针对车间主任、副主任、修理工、设备管理员等不同岗位,曲靖卷烟厂也开发了个性化的“我的MES”,立足岗位需求,通过调整模块定制的方式,增加新的功能模块,以实现对工业现场全面智能化管控。

安徽中烟合肥卷烟厂大数据应用:

大数据连接起生产一线的“千条线”

烟草行业智能工厂系列(一):中国卷烟工厂向“智能化”生产转型

  安徽中烟合肥卷烟厂中控室操作员胡伟生在利用“大数据”智能平台查看制丝车间班次生产相关信息。

  近年来,安徽中烟工业有限责任公司合肥卷烟厂积极开发智能平台,努力通过应用大数据“智”点迷津,提高效率。他们依托大数据的力量,将生产一线的“千条线”连接起来,进行分析运用,指导作业生产,使工厂生产更高效。 

  自2013年起,合肥卷烟厂利用之前架构的厂内MES,系统集成制丝管控、能源管控、物流系统、卷接包数据采集系统等底层生产单元,采集、收录生产、质量、设备、成本消耗等方面数据。目前合肥卷烟厂已在全厂1350台各类别设备上安装了温度、震动等监测元件,形成了6000个信息采集节点,数据每30秒更新一次。

  信息装进“口袋”,不是最终目的。2014年,合肥卷烟厂与第三方软件公司合作,利用ETHINK大数据平台技术,打造了大数据精益管理智能平台,深度分析“口袋”里的信息。他们将设备信息、生产信息、质量信息、能源消耗、成本数据等进行融合整理,形成了大数据的高效集成。

  以该平台健康诊断云图为例,合肥卷烟厂围绕生产、设备、质量三个维度,利用专家法、层次分析法,设置各项数据彼此间的函数关系,计算出生产、设备、质量每天的分数。

  打开健康诊断云图设备健康项,可以看到设备运行指标、设备维修、产品质量、生产消耗4个一级指标,下面对应了有效作业率、维修次数、维修费用、卷烟纸消耗、商标纸消耗等二级指标。程序会依据各指标的比例关系,最终测算出当天的设备健康指数是多少、是否符合生产要求。通过对设备健康指数指标不断钻取,以及对指标的影响因素的关联分析、深度挖掘,合肥卷烟厂实现了透明感知、精益管理。

  合肥卷烟厂的大数据智能平台还包含决策管控、智慧社区等几个模块。

  如在车间级管理上,大数据智能平台可以按照需求,生成一组可自主选择的关联模块,形成智能报表,指导管理人员工作。

  目前,智慧社区智能检索知识库包含了经验库、说明书、OPS改善等企业知识成果,方便员工在遇到难题时查阅信息,做到了企业知识成果的共享与交流,实现了员工能力提升的目的。



山东中烟青岛卷烟厂:

设备综合管理平台成员工“掌上智库”


烟草行业智能工厂系列(一):中国卷烟工厂向“智能化”生产转型

山东中烟青岛卷烟厂卷包车间生产现场

  TSPM设备综合管理平台,是山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂于2009年12月为配合TnPM(全面规范化生产维护)设备管理理念推进而建设的信息化平台。从2010年6月开始,TSPM设备综合管理平台通过移动终端发挥出越来越大的作用,在设备管理、安全管理、员工成长等方面应用效果明显,已成为员工的掌上“智库”,有力地促进了智能化工厂建设。

  利用移动终端进行点巡检并实现数据即时上传,是智能化工厂建设中“工业物联网”理念的具体实践。它利用移动互联网和RFID(射频识别)技术构建“全员”标准化生产维护机制,使工作任务落地到现场、岗位,通过集成的“任务清单”告诉员工每天“做什么”,通过可视化“SOP作业标准”指导员工“怎么做”,通过简单直观的人机交互界面和手指触摸完成数据上报;同时,员工可以通过移动终端查询工作标准、图纸、备件库存、设备档案、维修履历和维修经验。

  设备综合管理平台的智能还包括通过“故障诊断树”来辅助现场的异常判断和故障处置;通过后台的智能维修决策模型进行维修计划排程和任务闭环;通过“四精保养模型”对各机台进行精细化维护保养;通过“备件需求模型”科学控制成本费用,拉动物流保障服务;通过“设备健康评价模型”进行即时自动化评价,建立绩效评价和改善工作的良性循环。同时,该平台集成安全生产标准信息化模块,将安全隐患排查治理体系、安全检查、相关方施工管理纳入了移动终端。

  作为一种综合管理平台,系统中还设计了有助于员工成长的内容。如团队活动菜单中包括单点课、单点建议、活动团队管理三项内容,进入单点课课程库,里面所有的“教材”都是一线员工生产经验的总结,有工作技巧、故障事例、改善事例等。员工在移动终端可以随时看到这些“课程”,随时学习;同时,青岛卷烟厂还根据案例的重要性进行适当奖励,调动了大家“编辑教材”的积极性。

福建中烟龙岩烟草工业公司:

应用5A精品生产线      打造“智慧工厂”

烟草行业智能工厂系列(一):中国卷烟工厂向“智能化”生产转型

  龙岩烟草工业公司职工李武镇在实际操作中了解机器人码垛情况,用数据思维实现精益作为。

  打造“智慧”工厂,离不开“智慧”设备的应用。福建中烟龙岩烟草工业公司的5A精品生产线便是最好的体现。

  该生产线是龙岩烟草工业公司为更好地满足客户需求、彰显“七匹狼”品牌特色和工艺,专门打造的一条智能制丝生产线,集低碳环保节能、食品安全标准、数字化可追溯、全程主动防御及欧盟安全标准于一身,加工精细、流程简捷、工艺独特,从而实现卷烟生产的系统化、柔性化和智能化。

  这条“智慧线”到底“聪明”在哪呢?

  ——智能多线加工。5A精品生产线采用智能多线加工技术,为不同原料定制加工模式,消除了以往单线生产模式带来的质量波动,真正让进入工艺配方的烟叶特性得到最大程度的发挥。

  ——智能加香加料。5A精品生产线所独有的三大优势,有效保证了烟丝料香施加均匀一致。一是采用多工序添加,使加香加料更加均匀稳定。二是采用国际物流标准识别系统,让每个保温输料罐都有了自己的“身份证”,使其移动和输料实现了全程可追溯。三是采用双系统加香加料设备,解决了单系统设备在更换产品时牌号易混淆、清罐不及时、杂物有残留等弊病,有效消除了加香加料过程中的不可控因素。

  ——智能激光选叶。为确保“支支精品”,5A精品生产线在行业首次启用激光选叶技术,从光谱、形状、颜色等角度选叶,“片片精选”达到了食品级的生产标准。

  ——智能九式烘丝。5A精品生产线引进九模式烘丝机,创造性地将烘丝模式“由1变9”,为每一种烟丝定制个性化烘丝加工模式,并通过二段式低温轻处理,最大程度保留烟草本香,去除杂气,确保烟气更醇和。同时,5A精品生产线还引进了全球处理温度最低、体积最小的气流式低温处理烘丝机,将烟丝处理温度由常规设备的230℃降至160℃,较好地保留了烟丝的有用物质。

  ——智能分贮醇化。5A精品生产线采用全过程恒温恒湿控制,在不同工序之间保持烟丝随时贮存在最佳温湿度环境中,使烟丝在每个工艺环节都得到充分醇化,保证养分平衡,吸收均衡。此外,该生产线还对成品烟丝采用进口木箱密封分箱存放,烟丝箱采用激光导引智能小车实现配送。

  在实际生产过程中,龙岩烟草工业公司构建了基于数据仓库技术的生产绩效测量分析平台,通过对设备综合效率、质量指数、库存周转次数、生产物耗指数四大指标进行多层级、多维度分析,对涉及生产运营管理的海量数据进行梳理,从中分析出生产短板,并以此为依据实现对生产短板的快速、精确定位,促进企业实现优质基础上的低耗。

  以OEE(设备综合效率)指标为例。在OEE分析平台上,从全年来看,该指标可以从OEE相对较低的7月向下一层查看7月哪一天的效率最低,也可以从时间维度切换到区域维度;可以查看7月卷接机与包装机的OEE对比,再查看卷接机的计划性停机损失率;还可以从卷接机的计划性停机损失率向上查找到整个生产区域的计划性停机损失率,真正实现了数据的全方位、多角度、立体式分析。

 

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