阮昆明

南京化學工業(yè)有限公司 江蘇 南京 210048

引言

傳統(tǒng)制造企業(yè)生產(chǎn)以工人生產(chǎn)和車間設備生產(chǎn)運營為主，生產(chǎn)效率較低。隨著智能化、信息化技術日益發(fā)展，化工企業(yè)對生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)效率的要求不斷提高，智能工廠建設成為當前化工企業(yè)的熱點話題。通過對信息化系統(tǒng)的探索、應用和完善，智能工廠推進了化工行業(yè)的重大變革和創(chuàng)新，推進企業(yè)精細化生產(chǎn)，促進經(jīng)營管理實現(xiàn)技術、產(chǎn)品和管理的全面融合，進一步促進資源優(yōu)化利用，提高工廠的整體效益，從而建成安全可靠、高效生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展的智能工廠。

1 智能工廠的內(nèi)涵

智能工廠是指通過信息化系統(tǒng)和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，智能工廠通過實現(xiàn)人與機器之間的協(xié)調(diào)合作，采用更加智能的生產(chǎn)設備和生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)流程的智能化、智慧化。簡單理解就是能夠隨時幫助企業(yè)對生產(chǎn)KPI進行動態(tài)調(diào)整，既能最大化產(chǎn)出，同時又能夠兼顧效益。作為實現(xiàn)工業(yè)4.0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要載體，智能工廠通過全方位建立網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)格局和智慧型信息指揮系統(tǒng)，完成交互式生產(chǎn)的全過程。智能工廠以其強大的自我決策能力（包含研判、決策等多個過程）、具象化的模擬展示功能，在生產(chǎn)、維護以及性能擴展等多個方向實現(xiàn)了人機交互，可以說智能工廠就是未來[1]。

2 智能工廠的具體建設標準及在化工行業(yè)中的具體應用

智能工廠的建設涉及企業(yè)生產(chǎn)的方方面面，具體來說，完成智能工廠的建設需要從以下幾個方面的來考量。

①在產(chǎn)品設計階段，要做到從設計方法到設計手段的數(shù)字模擬化、產(chǎn)品模型化和關鍵指標的量化，優(yōu)化產(chǎn)品設計，從源頭提高產(chǎn)品競爭力。②在投產(chǎn)之前，要全鏈條實現(xiàn)數(shù)字化模擬，并能夠智慧反饋、修正，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)與監(jiān)管。③具有龐大的數(shù)據(jù)儲存功能，用大數(shù)據(jù)、云計算的手段建立科學算法，實時提升生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。④生產(chǎn)過程要做到可回源、可追溯，每一件產(chǎn)品自帶“DNA”，提高生產(chǎn)及檢測的精確度。⑤智慧化安排生產(chǎn)與物流，確保產(chǎn)能得到最大程度發(fā)揮。⑥實現(xiàn)彈性生產(chǎn)，根據(jù)機器看得懂的“視覺系統(tǒng)”，結合現(xiàn)有的工藝路線數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)智慧化和結構化生產(chǎn)。⑦做到1+1+1>3的系統(tǒng)集成，即把產(chǎn)品的生命周期管理、企業(yè)的要素計劃系統(tǒng)以及制造執(zhí)行管理系統(tǒng)進行有機整合，并最終形成合力。⑧各項新技術的應用，包括VR操作、可視化模擬、3D打印等。比如目前在一些工廠開始推廣的Google眼鏡，在幫助工人對一些特殊儀器進行操作時有很好的輔助。⑨做到“零紙生產(chǎn)”，并將設備的績效水平提升至百分之八十以上。⑩通過各個節(jié)點的傳感器傳輸數(shù)據(jù)，全方位采集并呈現(xiàn)實時生產(chǎn)動態(tài)，為智能決策和人工修正做好準備。?機器人的運用將是大規(guī)模、集群化，并不局限于個別點位和關鍵環(huán)節(jié)，將機器人作為整個系統(tǒng)的一部分。?大力推進物聯(lián)網(wǎng)的應用，不僅僅體現(xiàn)在設計、生產(chǎn)的智慧化，更重要的是加大對后期生產(chǎn)設備的維護、生產(chǎn)產(chǎn)品的追溯上，做到實時觀測、實時傳輸、實時反饋。

以上關于智能工廠設計、建設的種種標準在化工行業(yè)都能找到“影子”，簡單舉個例子，通過智慧物流的數(shù)據(jù)傳輸至工廠，彈性安排生產(chǎn)能力，目前在化工行業(yè)已經(jīng)得到了普遍運用；還有提升設備績效、大規(guī)模運用機器人生產(chǎn)，這都是在提高化工行業(yè)生產(chǎn)安全性和可靠性上做文章；數(shù)據(jù)存儲和生產(chǎn)過程的可追溯也是作為化工企業(yè)一直以來追求的目標。

3 現(xiàn)階段的世界各國的智能工廠建設實踐

在世界制造業(yè)升級熱潮中，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、3D打印、大數(shù)據(jù)在內(nèi)的諸多新興技術應用風起云涌，而把這些新技術應用結合的一個典型就是智能工廠的建設。舉幾個世界著名企業(yè)的例子：德國西門子公司安貝格工廠通過智能控制實現(xiàn)了跨品種的混線量產(chǎn)；發(fā)那克機電公司通過建立全自動化、智能化的物料堆疊、傳遞系統(tǒng)，創(chuàng)造了行業(yè)內(nèi)720小時自動化生產(chǎn)新紀錄；美國戴維森公司通過大力推廣以傳感器和機器人為核心的結構單元，實現(xiàn)智慧化、批量化生產(chǎn)；世界重型卡車生產(chǎn)商“男人”公司通過構建全方位的廠區(qū)物流體系，智慧化調(diào)整線路，建設“配件超市”，生產(chǎn)效率大幅提升；日本著名企業(yè)三菱公司旗下名古屋電機制造通過使用人機交互的新型智慧化生產(chǎn)線，從傳統(tǒng)的半自動化、自動化生產(chǎn)過渡到智能生產(chǎn)，實現(xiàn)了企業(yè)的飛躍[2]。

世界范圍的變革也在催促著進一步加快制造業(yè)升級，這對于當前的中國具有更為緊迫的現(xiàn)實意義。第一個重要的原因在社會層面，就是當前全社會的工人勞動成本飛速上升、結構性的產(chǎn)能過剩、行業(yè)間同質(zhì)競爭愈演愈烈、單體用戶需求多樣化等等因素，這些因素都在推動傳統(tǒng)企業(yè)要從簡單的產(chǎn)品力競爭走向全方位差異化競爭。第二個原因在產(chǎn)業(yè)層面，當前很多制造業(yè)面臨著用人難，特別是專業(yè)技能人才的缺口尤其龐大，企業(yè)往往面對著減員提效和擴大產(chǎn)能的雙重矛盾，這也從反面印證了建設智能工廠的急迫性。第三個原因則是技術層面，隨著產(chǎn)業(yè)機器人、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視覺機器等高新技術的日漸成熟，智能工廠建設的客觀技術條件也已經(jīng)具備，這些都使得我國制造業(yè)企業(yè)，特別是大型龍頭企業(yè)建設智能工廠的動力非常充足。同時，在大型企業(yè)中，特別是化工企業(yè)中我國的國有企業(yè)占據(jù)了大半壁江山，國有企業(yè)自身的資金和技術實力強勁，企業(yè)底蘊深厚，加上國家政策的引導，比起國外私人企業(yè)天然地具有更長遠的生產(chǎn)力發(fā)展自覺，這就使得我國的智能工廠更有發(fā)展空間。

目前我國一些智能工廠的建造主要集中在諸如白色家電、交通制造、食品藥品、機械制造、家居建材等科技、資金和技術密集型行業(yè)，這些行業(yè)企業(yè)，特別是龍頭企業(yè)對生產(chǎn)線自動化、智能化改造的需求十分強烈，一些行業(yè)領頭羊已經(jīng)開始品嘗第一口螃蟹。海爾集團是我國著名家電品牌，公司旗下的佛山洗衣機生產(chǎn)基地目前已經(jīng)采用高調(diào)度性的自動生產(chǎn)系統(tǒng)，廣泛使用高精度機器人，配合使用全流程訂單管理，并通過大數(shù)據(jù)、云計算系統(tǒng)實現(xiàn)全程回溯，做到了人機實時交互；東莞的勁勝公司是一家專業(yè)生產(chǎn)手機殼的市場細分龍頭企業(yè)，企業(yè)全面使用國產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)軟件、國產(chǎn)生產(chǎn)線等，通過先進智能系統(tǒng)，企業(yè)一拿到新機模型就能夠通過數(shù)字建模完整映射出手機殼設計，建立了在該細分領域的領先地位[3]。

4 現(xiàn)階段國有化工企業(yè)建設智能工廠的主要問題和認知誤區(qū)

4.1 單純依靠技術，沖動型購置智能化生產(chǎn)設備和生產(chǎn)線，沒有考慮企業(yè)實際運行情況

不僅僅在化工行業(yè)，大量制造業(yè)企業(yè)簡單地認為推進智能工廠建設就是把原有生產(chǎn)線進行改造，做到自動化和機器人化就行了，一味追求“無人化”生產(chǎn)，強行推進機器換人工，甚至有的企業(yè)只注重提升硬件設備，連基本的配套軟件都不愿采購，致使建設的智能工廠成了擺設，絲毫未能發(fā)揮應有作用。

4.2 沒有實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)應用

智能工廠建設一個很重要的方面就是建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推進信息化系統(tǒng)完善，而傳統(tǒng)化工企業(yè)在購置相應的裝備時沒有應用數(shù)據(jù)、應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的意識。一是沒有提早留有數(shù)據(jù)接口，二是沒有配套的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，三是沒有建成相應的數(shù)據(jù)平臺。實際上，國際上一些制造業(yè)巨頭在建設自己的智能化工廠時都建設有完整的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，甚至有的還有專門的數(shù)據(jù)平臺。

4.3 智能工廠建設仍然存在“數(shù)據(jù)黑箱”

化工企業(yè)在建設過程中，即便有了建設“數(shù)據(jù)庫”的意識，但缺乏整體思維和系統(tǒng)性思維，在一些關鍵節(jié)點和控制性工程上缺少數(shù)據(jù)控制。這就導致很難形成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，一些后續(xù)的設備維護、升級也很難跟上，一旦出現(xiàn)問題，便難以妥善解決，極大地增加了運營成本和運營難度。

4.4 關鍵節(jié)點、重要環(huán)節(jié)的自動化和信息化水平有待提高

智能工廠的建設涉及的環(huán)節(jié)很多，比如自動化控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳感器、工業(yè)互聯(lián)軟件等等領域，想一整套全部盤下來還是存在不小的難度。很多企業(yè)受限于自身的規(guī)模和資金實力，往往很難全盤自己掌握，外包又害怕商業(yè)機密的泄露，導致在一些關鍵環(huán)節(jié)上不敢全盤接受智能化，使得智能工廠的建設大打折扣。

5 建設智能工廠的未來方向

毫無疑問，建設智能工廠的前途是光明的，特別是對國有化工企業(yè)來說具有很強的現(xiàn)實意義。關于智能工廠建設的總體原則，一是要明確目標。它是一種事物內(nèi)在發(fā)展的原生動力，當企業(yè)成長到一定規(guī)模，必然的一種需求，它不是“面子工廠”。二是要尊重客觀規(guī)律。每一個企業(yè)、每一個行業(yè)都有它的特殊性，作為一個在行業(yè)內(nèi)打拼很久的企業(yè)應當有很深刻的認知，這就要求在建設智能工廠的時候要緊緊貼合實際，立足企業(yè)所在的市場地位，去匹配自己的需要。三是要樹立數(shù)據(jù)意識、技術意識、專利意識。很多企業(yè)在建設智能工廠的時候，仍然只注重自己本行業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，沒有把智能工廠出產(chǎn)的數(shù)據(jù)、信息、技術、專利等等納入企業(yè)財富的管理系統(tǒng)中，這往往是短視的表現(xiàn)。實際上，隨著智能技術的應用和普及，數(shù)據(jù)、技術、信息、專利這些才是企業(yè)最大的財富。

5.1 標準化建設面向未來的智能化工廠

標準化建設是任何一個行業(yè)做大做強的必由之路，標準化做不好是很難行穩(wěn)致遠的，對于國有化工企業(yè)來說更是如此（化工企業(yè)涉及安全、度量、質(zhì)檢等多方面標準）。比如作業(yè)標準要是不統(tǒng)一，就會造成行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品良莠不齊，消費者信心喪失；設備管理的標準如果不統(tǒng)一，那么設備之間通訊就存在極大困難，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是一句空話；工廠管理的標準如果不統(tǒng)一，上下級之間、平級之間溝通不暢，廠內(nèi)管理就會出問題；而如果質(zhì)量標準不統(tǒng)一，行業(yè)問題就會更大。為此，在化工企業(yè)建設智能化工廠的過程中，首要的就是樹立牢固的標準化意識，多向世界先進企業(yè)、行業(yè)頭部企業(yè)學習，向國家有關主管部門咨詢。比較重要的一些規(guī)范和技術標準是一定要掌握的，簡單列舉：生產(chǎn)全流程規(guī)范、設備檢修規(guī)范、智能化廠房驗收標準等等規(guī)范，技術標準包括信息化廠房建設標準、信息中心數(shù)據(jù)中心建設標準、數(shù)據(jù)通信協(xié)議等等。

5.2 全面加強智能化、智慧化單元建設

現(xiàn)階段，智能化、智慧化單元的建設在我國國有企業(yè)中還處于摸索階段，但毫無疑義，它會成為將來建設智能化、智慧化廠房的基礎、重要模塊。作為行業(yè)重要或者頭部企業(yè)在建設智能化廠房的時候要把智慧化單元建設放在更加突出和重要的位置上，這是將來參與標準化制定和增加市場議價權的重要依據(jù)。

5.3 人機交互比簡單使用機器人更加重要

很多國有企業(yè)在建設智能化工廠的過程中產(chǎn)生誤區(qū)，簡單地把有多么節(jié)省人力和多大程度上運用機器人作為一個“賣弄點”，實際上這是非常不科學的。智能化應當是在控制合理成本的基礎上，最大程度的提高產(chǎn)出，追求的應當是企業(yè)的整體效益。比如一些崗位雖然看上去只是簡單的機械維護，似乎是可有可無，但實際上長期看來這種崗位的設置是有多重意義的。它既可以維持機器必要的運轉，也能夠及時掌握傳輸?shù)母黜棓?shù)據(jù)，更重要的是能夠在“人機交互”的基礎上實現(xiàn)信息的最大化利用，而這也恰恰是未來智能化工廠存在的最大意義。在這一點上看來，人機交互的意義遠大于簡單使用機器人的意義，畢竟未來是數(shù)據(jù)和信息的世界[4]。

6 結束語

總而言之，隨著市場競爭日益激烈，國有化工企業(yè)持續(xù)發(fā)展必須大力建設信息化系統(tǒng)，推進智能工廠建設，以完善工廠對員工的管理體系，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的提升，提升資源利用效率，提高化工行業(yè)安全生產(chǎn)水平。智能工廠是實現(xiàn)化工企業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展的必要手段，智能工廠建設貫通工業(yè)生產(chǎn)的所有重要流程，推動企業(yè)獲得競爭新優(yōu)勢，實現(xiàn)企業(yè)競爭力的整體提升。