黃建平 鄧興智

摘 要：我國(guó)建筑陶瓷生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高，但與智能制造的標(biāo)準(zhǔn)相比，仍顯偏低。在智能制造發(fā)展的大背景下，建筑陶瓷企業(yè)要在依托大數(shù)據(jù)重構(gòu)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的過程當(dāng)中，將供應(yīng)鏈、銷售端和制造環(huán)節(jié)相統(tǒng)一，降低企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本文通過對(duì)建筑陶瓷生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的研究，日產(chǎn)1萬平米拋釉磚生產(chǎn)線生產(chǎn)工人降至50人，全員勞動(dòng)生產(chǎn)率明顯提高。

關(guān)鍵詞：建筑陶瓷;智能制造;

1 前 言

智能制造的研究大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：起始于20世紀(jì)80年代人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，智能制造概念正式提出;發(fā)展于20世紀(jì)90年代智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的提出;成熟于21世紀(jì)新一代信息技術(shù)條件下的“智能制造”。智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)[1]。

中國(guó)智能制造發(fā)展迅速，無論是技術(shù)還是規(guī)模短期內(nèi)都取得了較大進(jìn)步，但關(guān)鍵技術(shù)方面，其關(guān)鍵裝備與核心零部件仍不容樂觀，其重要組件的高度依賴進(jìn)口，極大地限制我國(guó)智能制造發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的快速轉(zhuǎn)變，我國(guó)發(fā)布了中國(guó)制造2025報(bào)告，旨在通過開展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng)新和工程應(yīng)用、智能產(chǎn)品和自主可控的智能裝置開發(fā)、智能工廠和數(shù)字化車間建設(shè)、智能制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)搭建等方面的研究，力爭(zhēng)到2025年使我國(guó)部分制造業(yè)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先地位[2]。

我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展取得了輝煌的成績(jī)，也陷入了一定的困境。一方面，生產(chǎn)能耗高、物耗大、占地面積多，資源粗放利用，節(jié)能減排和污染防治壓力大，受資源、能源、環(huán)境的制約越來越嚴(yán)重;“用工荒”問題與人工成本上漲并存，導(dǎo)致生產(chǎn)成本在不斷上漲。另一方面，由于金融危機(jī)影響，國(guó)外市場(chǎng)蕭條，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)房地產(chǎn)不景氣，再加上從國(guó)外建筑陶瓷企業(yè)的技術(shù)壁壘到反傾銷控訴，銷量不斷下降，利潤(rùn)日益減少，部分企業(yè)發(fā)展難以為繼。這些現(xiàn)象迫使我國(guó)的建筑陶瓷生產(chǎn)也必須向自動(dòng)化、智能化發(fā)展[1]。

2? 智能制造中央集成系統(tǒng)

在公司現(xiàn)有自動(dòng)化制造技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合陶瓷磚生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及企業(yè)智能化提升需求，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)信息技術(shù)開展建筑陶瓷磚智能制造工廠建設(shè)。主要建設(shè)內(nèi)容包括智能化陶瓷磚生產(chǎn)線建設(shè)、數(shù)據(jù)采集與大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)、智能化管理系統(tǒng)集成與優(yōu)化、智能分析和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的建立等，整體規(guī)劃如圖1所示。

（1）智能化工廠建設(shè)

基于智能工廠建設(shè)的總體需求，結(jié)合前期生產(chǎn)線建設(shè)積累的大量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑陶瓷磚制造的精細(xì)化和智能化生產(chǎn)，有效提升了陶瓷磚制造裝備智能化程度，提高生產(chǎn)管理與控制水平。

為了使工廠更加智能化，設(shè)計(jì)了高可靠性及高效率的四層級(jí)（網(wǎng)絡(luò)接入層、網(wǎng)絡(luò)核心層、服務(wù)器設(shè)備、外網(wǎng)出口）智能連線系統(tǒng)，并基于分布式文件系統(tǒng)、分布式采集引擎、挖掘算法及組件搭建了大數(shù)據(jù)分布式處理平臺(tái)，形成統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)處理平臺(tái)。

（2）智能化管理系統(tǒng)集成與優(yōu)化

通過整個(gè)廠區(qū)范圍內(nèi)的局域網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化，以及智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)、集成和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的工藝研發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃、制造執(zhí)行、設(shè)備管理、產(chǎn)品管控、能源管理等系統(tǒng)的綜合集成運(yùn)行。

（3）智能化管理平臺(tái)的建立

結(jié)合陶瓷磚生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備特點(diǎn)、能源應(yīng)用狀況，建立了包含設(shè)備智能運(yùn)行與維護(hù)、智能化生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量智能分析和能源智能管理的智能分析和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備、工藝、產(chǎn)品、能源的智能分析與預(yù)測(cè)。

3? 關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

3.1原料自動(dòng)配料連續(xù)球磨一體化加工系統(tǒng)

原料自動(dòng)配料連續(xù)球磨一體化加工系統(tǒng)分兩段：第一段采用自動(dòng)配料系統(tǒng)進(jìn)行配料;第二段采用連續(xù)式球磨工藝。通過改變連續(xù)球磨的加料方式，從而實(shí)現(xiàn)原料加工的精確控制和自動(dòng)化生產(chǎn)。

原料自動(dòng)配料系統(tǒng)建立在自動(dòng)配料設(shè)備和原料標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)配料設(shè)備：整套設(shè)備包括供料系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所需各種原料通過電子系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)計(jì)的比例從存儲(chǔ)設(shè)備輸送到皮帶上，再通過皮帶輸送到球磨中，將傳統(tǒng)的人工取料、稱量、配料的配釉工序改為全自動(dòng)配料系統(tǒng)，代替了現(xiàn)有的人工鏟車配料模式。

連續(xù)球磨系統(tǒng)采用PLC控制，集中控制和無人操作，實(shí)現(xiàn)減員60%，同時(shí)節(jié)約場(chǎng)地面積57%。達(dá)到持續(xù)不斷地生產(chǎn)，從而提高產(chǎn)量，降低原料制造成本。既保證了陶瓷原料的配比在球磨前后的穩(wěn)定和均勻，同時(shí)又具有較高的球磨效率和較低的能耗。

3.2噴霧干燥塔聯(lián)控技術(shù)

智能制造將自動(dòng)聯(lián)控系統(tǒng)應(yīng)用到噴霧干燥中，不但能確保噴霧干燥過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性，保證了干燥后粉料的質(zhì)量，而且還有利于減小工人的工作強(qiáng)度，減少了人工成本，提高了生產(chǎn)效率。實(shí)現(xiàn)了干燥塔進(jìn)料口溫度、出風(fēng)口溫度、部分主要部件溫度以及粉料水分和熱風(fēng)流速的自動(dòng)檢測(cè)、控制、報(bào)警、監(jiān)測(cè)反饋等，智能化程度高。

3.3釉料自動(dòng)配料及自動(dòng)供釉系統(tǒng)

智能制造中，控制系統(tǒng)是自動(dòng)配釉系統(tǒng)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的“大腦”，所有的配料操作都需要通過控制系統(tǒng)來輸入，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)也是通過控制系統(tǒng)來控制的，操作人員可以通過控制系統(tǒng)隨時(shí)查看自動(dòng)配釉系統(tǒng)是否在正常運(yùn)行?？刂平缑孀鳛槿藱C(jī)交流的平臺(tái)，是整個(gè)控制系統(tǒng)完成人機(jī)交流的重要組成部分?？刂平缑婺軌?qū)φ麄€(gè)配料過程起到監(jiān)控的作用，同時(shí)需要給定參數(shù)和控制指令，系統(tǒng)才能按照人的意愿進(jìn)行工作?？刂平缑嬉蠊ふ?、整潔、功能齊全，使得各個(gè)控制對(duì)象、監(jiān)控對(duì)象都能夠一目了然。

在自動(dòng)供釉系統(tǒng)中，在釉罐上安裝水位監(jiān)測(cè)儀，通過多個(gè)水位探頭實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。釉罐頂部接制釉車間進(jìn)行供釉，并配備電動(dòng)截止閥，通過水位信號(hào)控制閥門通斷控制釉量，底部引至釉泵進(jìn)水端，電機(jī)驅(qū)動(dòng)釉泵將釉通過管道運(yùn)送至各條釉線，管道中加裝水壓傳感器監(jiān)控水壓，供排釉控制系統(tǒng)均通過供釉車間PLC實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)供釉系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化控制。

3.4噴墨花機(jī)集中遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

陶瓷磚生產(chǎn)是24小時(shí)不間斷，主要是體現(xiàn)在設(shè)備的連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)，在這個(gè)過程中，突發(fā)問題和故障是存在的。為了便捷、高效的處理問題和穩(wěn)定生產(chǎn)秩序，在規(guī)劃生產(chǎn)線噴墨工序時(shí)，結(jié)合線上的工藝點(diǎn)和車間布局，將三條線的噴墨花機(jī)規(guī)劃在一個(gè)房間內(nèi)，形成統(tǒng)一集中管理，一方面方便員工集中管理，另一方面可實(shí)現(xiàn)減員增效、實(shí)時(shí)監(jiān)控，穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)連續(xù)性。從而做到一體化實(shí)時(shí)監(jiān)控所有信息，可以通過主控制屏或者手機(jī)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)進(jìn)行操作處理，不僅提高了解決問題的效率，減少了問題軟件的處理時(shí)間。同時(shí)增加了管理員對(duì)于生產(chǎn)管理的機(jī)動(dòng)性，為生產(chǎn)的穩(wěn)定和連續(xù)提供了幫助。

3.5窯爐燒成智能優(yōu)化控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)窯爐燒成采用較為落后的手動(dòng)控制燒成，調(diào)整溫度和窯爐傳動(dòng)工作量大，人工成本高，溫度調(diào)節(jié)不精準(zhǔn)，易造成產(chǎn)品質(zhì)量問題?，F(xiàn)在的窯爐燒成智能優(yōu)化系統(tǒng)中，溫度控制表有處理熱電偶信號(hào)和控制執(zhí)行器的功能，通過熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)到控制器調(diào)整進(jìn)氣量來控制溫度。操作工能在控制室電腦屏幕上看到窯爐溫度參數(shù)和壓力制度等實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)窯爐出現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，控制室面板上也會(huì)顯示，以便操作工快速做出調(diào)整，并自動(dòng)記錄，可減少窯爐工記錄報(bào)表的次數(shù);并將控制室屏幕操控系統(tǒng)連入手機(jī)APP，當(dāng)窯爐處發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，直接在手機(jī)上調(diào)整，智能化程度高。

3.6 AGV自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)

AGV是“自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車”，屬于機(jī)器人的一個(gè)分支，主要有以下幾個(gè)特征，一是自動(dòng)引導(dǎo)，現(xiàn)在有一個(gè)更時(shí)髦的說法叫無人駕駛，裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，按預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)引路徑、儲(chǔ)運(yùn)規(guī)則避讓規(guī)則行駛。同時(shí)還具有安全保護(hù)功能，能夠避讓行人及其它障礙物。AGV是立足陶瓷行業(yè)設(shè)計(jì)的無人駕駛?cè)詣?dòng)智能儲(chǔ)運(yùn)裝備，主要用于生產(chǎn)過程中陶瓷磚的工序間轉(zhuǎn)運(yùn)及成品的進(jìn)出庫(kù)。實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)運(yùn)裝備的革命與創(chuàng)新，推動(dòng)工廠機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)，向打造無人工廠的目標(biāo)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步[3]。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）自動(dòng)化設(shè)備升級(jí)換代：AGV設(shè)備按系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行無人自動(dòng)作業(yè)，使機(jī)器對(duì)貨物的感測(cè)、行走測(cè)量更精準(zhǔn)可靠;AGV環(huán)保節(jié)能，無噪聲、無污染，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

（2）企業(yè)現(xiàn)代化、信息化管理：企業(yè)通過電腦、手機(jī)隨時(shí)隨地掌握物料庫(kù)存及出入量等信息;解決用工荒和高漲的用工成本，實(shí)現(xiàn)瓷磚搬運(yùn)、儲(chǔ)存、裝車的無人化、自動(dòng)化。

（3）設(shè)備安全可靠，可控性高：裝有三級(jí)安全保護(hù)設(shè)置，避免貨物撞翻、人員撞傷等不良后果;通過自動(dòng)手動(dòng)相互轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，可快捷處理機(jī)器突發(fā)事件，確保機(jī)器在作業(yè)過程中更安全。

3.7自動(dòng)儲(chǔ)磚系統(tǒng)

自動(dòng)儲(chǔ)磚系統(tǒng)是連接窯尾自動(dòng)上下磚機(jī)與拋光線（或磨邊線）自動(dòng)上磚機(jī)的中間環(huán)節(jié)，是瓷磚經(jīng)過自然冷卻及連續(xù)運(yùn)輸過程中的自動(dòng)化系統(tǒng)。在陶瓷行業(yè)24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)模式下，有效地減少了工人數(shù)量、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了勞動(dòng)環(huán)境、降低了產(chǎn)品破損率、避開了用電高峰期、極大提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了由人工3班輪換制向1班制的自動(dòng)化生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。特別是能夠在連續(xù)生產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)拋光線間斷生產(chǎn)的緩存功能，同時(shí)避免了傳統(tǒng)陶瓷儲(chǔ)磚模式存在的機(jī)動(dòng)叉車燃油煙氣及運(yùn)行揚(yáng)塵、噪音等環(huán)保問題。

通過自動(dòng)儲(chǔ)磚系統(tǒng)，生產(chǎn)線不僅可以連貫運(yùn)轉(zhuǎn)，而且省去了3臺(tái)叉車及其維護(hù)費(fèi)和油費(fèi)，一年可以節(jié)約成本一百多萬。在人員配置上三個(gè)班至少可以減少17名員工，實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)減員增效的目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了錯(cuò)峰用電，大大減少了用電量，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.8自動(dòng)包裝系統(tǒng)

高速全兼容自動(dòng)包裝線主要用于替代人工，將成品磚按設(shè)定的瓷磚片數(shù)自動(dòng)地進(jìn)行疊垛、翻包、包裝、捆扎及碼包?？纱蠓档腿斯趧?dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。高速全兼容自動(dòng)包裝線具有生產(chǎn)效率高、可靠性高、能耗低、自動(dòng)化程度高、無污染等特性，符合國(guó)家重點(diǎn)支持的高新技術(shù)領(lǐng)域，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向。該生產(chǎn)線集機(jī)械技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)及電子電氣技術(shù)為一體，由觸摸屏、PLC、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻器以及各種光電磁電傳感器組成的控制系統(tǒng)，具有人性化的操作界面、柔性的產(chǎn)品適應(yīng)性以及可靠的控制功能等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代化陶瓷磚生產(chǎn)企業(yè)必不可少的生產(chǎn)裝備之一。

3.9陶瓷磚智能制造全流程信息化管控一體化技術(shù)

智能能源管理系統(tǒng)的核心目標(biāo)是通過更精確的過程狀態(tài)跟蹤和獲取更完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，獲得更豐富的信息，并在科學(xué)決策支持下對(duì)生產(chǎn)制造過程進(jìn)行更科學(xué)的管理，以實(shí)現(xiàn)更加靈活與柔性的過程控制，減少對(duì)環(huán)境的污染。以新一代信息技術(shù)和人工智能等技術(shù)為支撐，將智能化信息技術(shù)融合到產(chǎn)品生產(chǎn)，從全局視角實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全周期的智能制造。

陶瓷磚智能制造以高度自動(dòng)化、智能化工廠為目標(biāo)，把智能能源管理系統(tǒng)作為階段性工作進(jìn)行推進(jìn)，設(shè)備運(yùn)用自動(dòng)化、智能化手段進(jìn)行運(yùn)營(yíng)管理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少了機(jī)電人員巡檢頻率。設(shè)備運(yùn)行情況都在線監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常馬上報(bào)警提示，空氣壓縮機(jī)等高能耗、重點(diǎn)核心能源設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)控、提示、記錄功能，并具備遠(yuǎn)程設(shè)備廠家云監(jiān)管、維護(hù)等功能。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文通過建筑陶瓷智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研究，采用新一代信息技術(shù)將建筑陶瓷工業(yè)的裝備、工藝、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等進(jìn)行高度集成，建立了以智能工廠為代表的生產(chǎn)控制體系，以日產(chǎn)1萬平米拋釉磚生產(chǎn)線為參照標(biāo)準(zhǔn)，1條生產(chǎn)線生產(chǎn)工人降至50人。我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)品的產(chǎn)銷量均已達(dá)世界第一，但大而不強(qiáng)，迫切需要通過先進(jìn)智能制造體系的構(gòu)建，推動(dòng)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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