一種應(yīng)用在玻璃纖維行業(yè)的智能制造方案設(shè)計(jì)

1、一種應(yīng)用在玻璃纖維行業(yè)的智能制造方案 設(shè)計(jì)玻璃纖維行業(yè)應(yīng)用智能制造既是應(yīng)對(duì)新一輪信息技術(shù)革命挑戰(zhàn)的內(nèi)在要 求，也是重塑產(chǎn)業(yè)新優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)的必然選擇， 通過對(duì)生產(chǎn)裝備、工藝標(biāo)準(zhǔn)及先進(jìn)控制等采用數(shù)字化的工具和系統(tǒng)性的整合 集成，對(duì)打造信息技術(shù)背景下的新型競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)（新型創(chuàng)新能力）具有重要意 義。1.引言制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基。而智能 制造技術(shù)已成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢(shì)，世界上主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家正在 大力推廣和應(yīng)用，德國(guó)最早于2014 年提出了“工業(yè)4.0”，美國(guó)提出了“工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，我國(guó)于2015 年5 月提出中國(guó)制造2025戰(zhàn)略，提出智

2、能制 造是主攻方向，也是制造業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)型升級(jí)的制高點(diǎn)和突破口。2.玻璃纖維行業(yè)應(yīng)用智能制造的迫切性分析2.1.玻璃纖維發(fā)展應(yīng)用的迫切性玻璃纖維是一種無機(jī)非金屬新材料，是國(guó)家重點(diǎn)扶持的 10 大領(lǐng)域之一。 玻璃纖維具有強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性好、耐高溫等特，在新能源 產(chǎn)業(yè)（風(fēng)力葉片、太陽能支架）、高端裝備制造業(yè)（飛機(jī)、雷達(dá)罩、汽車、 高速列車、游艇）、環(huán)保產(chǎn)業(yè)（石油管道、海水淡化系統(tǒng)環(huán)保處置設(shè)施和裝 備）、基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)（橋梁、碼頭、高速公路設(shè)施輸水管道、墻體、屋面 瓦）、健康產(chǎn)業(yè)（醫(yī)療設(shè)施、醫(yī)用材料、體育器械、體育設(shè)施）、電子電氣 產(chǎn)業(yè)（輸配電設(shè)備、集成電路板）、消費(fèi)品及休閑產(chǎn)業(yè)（游艇

3、、家電、家具、 門窗、衛(wèi)浴設(shè)施、手機(jī)殼）有著非常廣泛的應(yīng)用。同時(shí)玻璃纖維可替代鋼材、 木材和石材，使之更輕、更強(qiáng)、更久。作為一種基礎(chǔ)材料，玻璃纖維質(zhì)量的提高，必將使下游產(chǎn)業(yè)得到質(zhì)的提升甚至的飛躍。目前玻璃纖維的應(yīng) 用越來越廣泛，市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，未來行業(yè)應(yīng)用將進(jìn)一步提升，玻璃纖維 的用量、質(zhì)量、個(gè)性化要求將越來越高。因此，在整個(gè)行業(yè)資源配置的效率 下降、創(chuàng)新能力不足等情況下，玻璃纖維行業(yè)必須順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn) 業(yè)變革機(jī)遇，加快智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與制造業(yè)融合， 加大機(jī)器換人及制造執(zhí)行系統(tǒng) （MES）等應(yīng)用力度，不斷提升生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化程度，全面布局?jǐn)?shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，構(gòu)建一體化管

4、控體系，以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn) 質(zhì)量，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。2.2.玻璃纖維轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切性首先玻璃纖維整體生產(chǎn)方式還相對(duì)較為粗放、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重、行業(yè)盈 利能力不均，制約中國(guó)復(fù)合材料發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用能力與國(guó)際先進(jìn)水平 有較大差距。其次，玻璃纖維生產(chǎn)特點(diǎn)是大池窯連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)品種類繁多、 工藝復(fù)雜，而近年市場(chǎng)及客戶的結(jié)構(gòu)性需求變化越來越快，企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與 客戶和市場(chǎng)之間缺乏靈活、高效的信息溝通的機(jī)制，柔性制造能力有待提升。 再次，隨著玻璃纖維生產(chǎn)全球化程度的提高，如中國(guó)巨石、山東泰安、重慶 國(guó)際等國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)在全球建設(shè)多條玻璃纖維生產(chǎn)線，全球化的發(fā)展既需要 大量的制造、裝備、

5、研發(fā)等技術(shù)人員給予快速、及時(shí)的響應(yīng)和技術(shù)支持，又 需要對(duì)核心裝備、控制、研發(fā)機(jī)密的保密和掌控，為此傳統(tǒng)意義上的現(xiàn)場(chǎng)服 務(wù)和支持將不可能滿足需求。因此，綜合玻璃纖維行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)的迫切需 求，提升行業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，加快生產(chǎn)與市場(chǎng)的融合，探索全球化的管控模 式，而智能制造的建設(shè)將是行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要手段和方法。2.3 玻璃纖維生產(chǎn)特點(diǎn)的迫切性玻璃纖維的拉絲成型過程是將天然的礦物粉料通過在大型池窯中的燃燒 形成玻璃液體，從而使玻璃熔體中的玻璃液通過漏嘴擠出到冷卻介質(zhì)中（空 氣中），與此同時(shí)被拉伸成纖維，然后卷取在拉絲機(jī)的繞絲筒上，因此在整 個(gè)拉絲成型過程中受到一次變量、派生變量和終極變量的影響，一次

6、變量主 要受天然原料化學(xué)組成及分子結(jié)構(gòu)、作業(yè)環(huán)境流變性能和其他物理性能等， 過程中多變量的疊加作用，導(dǎo)致全流程生產(chǎn)過程中提升工藝標(biāo)準(zhǔn)精度非常復(fù)雜。為此玻璃纖維急需應(yīng)用大數(shù)據(jù)的分析，建立多變量作用下的工藝標(biāo)準(zhǔn)、 原料配方及化工配方等模型分析系統(tǒng)，并不斷積累數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的優(yōu)化，提 升玻璃纖維行業(yè)在生產(chǎn)過程中的智能控制和精準(zhǔn)控制能力。3.玻璃纖維行業(yè)對(duì)智能制造的需求分析3.1 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理與生產(chǎn)控制一體化管控建立集生產(chǎn)計(jì)劃、過程協(xié)同、設(shè)備控制、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支 持智能一體化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)玻纖生產(chǎn)排產(chǎn)調(diào)度智能化、生產(chǎn)過程智能 化、質(zhì)量管理智能化、能耗管理智能化、資源管理智能化、決策分析智

7、能化 的一體化管控。3.2 實(shí)現(xiàn)工廠總體設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工藝流程及布局?jǐn)?shù)字化建模，改善 和提高生產(chǎn)過程通過數(shù)字建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠總體設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、 生產(chǎn)線、設(shè)備進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝和生產(chǎn)線規(guī)劃、計(jì)劃與調(diào) 度仿真校驗(yàn)和生產(chǎn)執(zhí)行，從而改善和提高制造企業(yè)的制造過程，為企業(yè)提 供一個(gè)創(chuàng)新性、柔性化的制造環(huán)境。3.3 實(shí)現(xiàn)虛擬制造與物理制造相結(jié)合在數(shù)字化工廠模型建立的基礎(chǔ)上，可建立模擬仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 工藝規(guī)劃到生產(chǎn)制造仿真、虛擬制造，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在工藝規(guī)劃、生產(chǎn)過程中存 在問題和偏差，在線或離線并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化提高，保障物理制造精細(xì)化、精 準(zhǔn)化、智能化。3.4 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)/經(jīng)營(yíng)一體化管

8、控通過生產(chǎn) / 經(jīng)營(yíng)一體化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理業(yè)務(wù)的協(xié)同統(tǒng)一，將生產(chǎn) 經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)作為一個(gè)有機(jī)整體的兩個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)物資采購(gòu)管理、銷售管理、財(cái) 務(wù)管理、預(yù)算管理、生產(chǎn)管理、指標(biāo)管理等業(yè)務(wù)之間相互支撐、同步、融合、 控制。3.5 實(shí)現(xiàn)人工智能的創(chuàng)新新模式通過對(duì)工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集和數(shù)字模型的建設(shè)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化、 配方開發(fā)等創(chuàng)新過程全面引入人工智能的應(yīng)用，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低研發(fā)費(fèi)用投入，提升產(chǎn)品全生命周期的管理能力。加速以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物 聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與制造業(yè)融合創(chuàng)新，利用企業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或虛擬場(chǎng)景的 模擬和分析，有效激活創(chuàng)新潛能、變革創(chuàng)新模式，高效、快速地響應(yīng)市場(chǎng)， 提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

9、3.6 實(shí)現(xiàn)全球工廠的專家診斷與管控通過建立統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管控系統(tǒng)與生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，應(yīng)用云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián) 網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IT 與OT 的全面融合，構(gòu)建全球統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和 運(yùn)行中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球工廠制造的遠(yuǎn)程監(jiān)控，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和指揮工廠的運(yùn)行和 調(diào)度，保障各地工廠的安全、有序、高效的運(yùn)行。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)工廠間運(yùn)營(yíng)狀 況數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，分享和優(yōu)化各工廠間運(yùn)營(yíng)績(jī)效，進(jìn)一步協(xié)調(diào)和配置資源。4.玻璃纖維行業(yè)智能制造建設(shè)方案采用自上而下總體規(guī)劃、自下而上分步實(shí)施、迭代構(gòu)建的建設(shè)模式。整 個(gè)平臺(tái)分MES框架部署、兩化深度融合應(yīng)用、智能制造三個(gè)階段建設(shè)，從計(jì) 劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持

10、、持續(xù)優(yōu)化 等七個(gè)方面著手實(shí)現(xiàn)“七維”智能制造，這七個(gè)方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng) 的七個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化、智能化管 理與控制，通過底層設(shè)備的互聯(lián)互通、基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持、可視化 展現(xiàn)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中的透明化協(xié)同管理、生產(chǎn)設(shè)備智能化 的互聯(lián)互通、智能化的生產(chǎn)資源管理、智能化的決策支持、仿真與優(yōu)化，從 而全方位達(dá)到智能化的管理與控制。4.1 智能制造技術(shù)架構(gòu)4.1.1系統(tǒng)層級(jí)：實(shí)現(xiàn)設(shè)備及控制層級(jí)實(shí)現(xiàn)傳感器、測(cè)控儀表、機(jī)器人裝 備、控制系統(tǒng)智能化改造，具有國(guó)際先進(jìn)水平智能裝備。4.1.2 車間層級(jí)：建立采集與監(jiān)控系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（ MES ）等系

11、統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)玻璃纖維生產(chǎn)過程可控制、可優(yōu)化、可視化、可追溯。4.1.3 企業(yè)層級(jí)：建立企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ ERP ）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng) （SCM）和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）等系統(tǒng)，提升公司運(yùn)作效率。4.1.4 協(xié)同層級(jí)：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理、監(jiān)測(cè)、物流等環(huán) 節(jié)的系統(tǒng)集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷存一體化管控，提升客戶服務(wù)水平。4.2 智能制造實(shí)施路線4.2.1.一階段通過MES 框架部署，建設(shè)數(shù)字化工廠對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行智能化改造升級(jí)，并構(gòu)建集團(tuán) MES 系統(tǒng)為全球工廠 的數(shù)據(jù)管理集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)范圍內(nèi)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)對(duì)接和全 流程的數(shù)字化監(jiān)控、分析;縱向打通管控層、業(yè)務(wù)層及生產(chǎn)層的業(yè)務(wù)和

12、數(shù)據(jù)4.2.2.體系二階段通過建設(shè)工業(yè)化與信息化的深度融合，形成智能制造初步通過對(duì)已有系統(tǒng)和裝備進(jìn)行深度改造和ERP 等業(yè)務(wù)系統(tǒng)深度整合，進(jìn)一 步提升和完善對(duì)已有設(shè)備的數(shù)字化管控能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷、工藝 操作反向控制、能源消耗集中管控等應(yīng)用從而對(duì)產(chǎn)品全生命周期的管理。4.2.3.三階段進(jìn)行大數(shù)據(jù)深入應(yīng)用，結(jié)合虛擬/現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)建立全球大數(shù)據(jù)中心，包括市場(chǎng)營(yíng)銷、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品服務(wù)、 協(xié)同創(chuàng)新等貫穿整個(gè)產(chǎn)品價(jià)值鏈信息，通過大數(shù)據(jù)分析演算及模擬仿真，實(shí) 現(xiàn)在線診斷、在線優(yōu)化、預(yù)測(cè)預(yù)警、人工智能，指導(dǎo)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)及創(chuàng)新研發(fā) ; 建立產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)集團(tuán)所有子公司的管控和指導(dǎo)，對(duì)外實(shí)現(xiàn)上 下游重點(diǎn)合作伙伴的數(shù)據(jù)對(duì)接和業(yè)務(wù)協(xié)同，最終形成智能制造新模式。5.結(jié)論“中國(guó)制造2025”要求堅(jiān)持走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，以加快新一 代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，促進(jìn)工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管理、銷售服 務(wù)等全流程和全產(chǎn)業(yè)鏈的綜合集成應(yīng)用，亦是我國(guó)制造業(yè)發(fā)展從制造大國(guó)邁 向制造強(qiáng)國(guó)的必然要求。玻璃纖維行業(yè)圍繞打造“數(shù)字化工廠”，縱向打通 決策、業(yè)務(wù)和生產(chǎn)的信息流和數(shù)據(jù)流，橫向建設(shè)工廠間、工段間、設(shè)備間以 及與客戶、供應(yīng)商的協(xié)同生產(chǎn)