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我國玻璃纖維行業(yè)屬于新材料行業(yè)。雖然屬于新材料，但生產(chǎn)模式相對傳統(tǒng)，“重資產(chǎn)+勞動密集型”一直是該行業(yè)的標簽，特別是隨著玻璃纖維的應(yīng)用越來越廣泛，市場需求不斷擴大，對玻璃纖維產(chǎn)量、質(zhì)量的要求也越來越高，尤其是國內(nèi)企業(yè)，普遍存在生產(chǎn)工藝流程不標準、資源配置效率低、缺乏創(chuàng)新能力等問題。因此，玻璃纖維行業(yè)必須順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與制造業(yè)融合，從而進一步降低生產(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。巨石集團有限公司（以下簡稱巨石）可為我們提供一條可供借鑒的數(shù)字化工廠建設(shè)之道。
應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)提升智能化生產(chǎn)水平
我國玻璃纖維行業(yè)近年來發(fā)展迅速，但也存在著諸多問題。先，玻璃纖維行業(yè)整體生產(chǎn)方式相對粗放、產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重、行業(yè)盈利能力不均，制約了復(fù)合材料的發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用能力與國際先進水平相比有較大差距。其次，玻璃纖維的生產(chǎn)特點是大池窯連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)品種類繁多、工藝復(fù)雜，而近年來市場及客戶的結(jié)構(gòu)性需求變化越來越快，企業(yè)生產(chǎn)計劃與客戶和市場之間缺乏靈活、高效的信息溝通機制，柔性制造能力有待提升。后，化的發(fā)展既需要大量的制造、裝備、研發(fā)等技術(shù)人員給予快速、及時的響應(yīng)和技術(shù)支持，又需要對核心裝備、控制、研發(fā)機密進行保密和掌控，傳統(tǒng)意義上的現(xiàn)場服務(wù)和支持將不可能滿足需求。因此，玻璃纖維行業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，提升行業(yè)整體競爭能力，而智能制造的建設(shè)是行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段和方法。
巨石智能制造項目結(jié)合玻璃纖維智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，對窯爐、拉絲機、絡(luò)紗機等核心生產(chǎn)設(shè)備進行3D仿真建模，在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)制造工藝全過程、展現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)生產(chǎn)運營的數(shù)字化和智能化。通過搭建狀態(tài)感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等一攬子系統(tǒng)工程，巨石引入全流程物流系統(tǒng)、自運行機器人、低延時5G網(wǎng)絡(luò)等157項創(chuàng)新應(yīng)用與技術(shù)，建成具有巨石特色的工業(yè)4.0工廠。
五年規(guī)劃 戰(zhàn)略先行
巨石以打造“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化”的智能數(shù)字化工廠為目標，引入智能制造技術(shù)和綠色發(fā)展理念，投資百億元，在浙江桐鄉(xiāng)建造智能制造基地，規(guī)劃建設(shè)6條智能制造生產(chǎn)線。其中，基地在智能化方面的投資高達5.43億元，于2017年10月開工建設(shè)，2019年9月全部建成投產(chǎn)。
構(gòu)建項目組織架構(gòu) 保障項目有序推進
巨石高度重視智能數(shù)字化工廠建設(shè)。為保障項目有序、高效推進，巨石成立項目領(lǐng)導(dǎo)小組，圍繞項目總體目標和工作任務(wù)，研究制定總體執(zhí)行計劃，分解項目任務(wù)。從資金管理、管理協(xié)調(diào)、質(zhì)量控制、技術(shù)研發(fā)、進度控制、跟蹤總結(jié)6個方面建立有效的運行機制。在人員配置方面，巨石視技術(shù)創(chuàng)新能力為企業(yè)發(fā)展的核心競爭力，在充分調(diào)動和培養(yǎng)自有技術(shù)人員的同時引進和聘用了一大批資深的技術(shù)人才，并牽頭與北京機械工業(yè)自動化研究所、西門子公司等具備成熟技術(shù)的機構(gòu)和廠商聯(lián)合成立技術(shù)中心，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研、用全面合作。
依托頂層設(shè)計 構(gòu)建智能制造技術(shù)架構(gòu)
巨石玻璃纖維數(shù)字化工廠項目以二分廠202線為樣板線，以“部署MES框架”“多系統(tǒng)深度集成”“大數(shù)據(jù)深入應(yīng)用”三個智能制造階段為頂層設(shè)計思路建設(shè)，從計劃源頭、過程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持、持續(xù)優(yōu)化7個方面著手實現(xiàn)“七維”智能制造。這7個方面涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營的重要環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全面的精細化、精準化、自動化、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，實現(xiàn)生產(chǎn)準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、3D建模及仿真優(yōu)化，從而全方位實現(xiàn)智能化的管理與控制。
智能制造項目涉及范圍廣、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備類型繁多。巨石作為項目建設(shè)方，充分利用自身對玻璃纖維行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)驗優(yōu)勢與技術(shù)，聯(lián)合其他單位充分合作，針對關(guān)鍵工藝開發(fā)與系統(tǒng)集成建設(shè)所涉及的各項核心難點問題，在基于大原則條件不變的前提下，制定分項研究子課題，確定攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，層層分解落實。
研發(fā)玻璃纖維生產(chǎn)核心技術(shù)裝備及系統(tǒng)
設(shè)計覆蓋生產(chǎn)全流程的智能物流輸送線。巨石結(jié)合自身玻璃纖維生產(chǎn)經(jīng)驗，配合生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，自主設(shè)計并建設(shè)了智能物流輸送線。這是貫穿整個玻璃纖維智能生產(chǎn)線的核心裝備，通過全自動智能化調(diào)度突破了產(chǎn)能擴容、效率提升、強度降低等諸多生產(chǎn)系統(tǒng)瓶頸。智能物流輸送線主要由拉絲物流輸送系統(tǒng)、原絲自動分配系統(tǒng)、爐前后智能小車系統(tǒng)、立體庫存儲系統(tǒng)、直接紗包裝調(diào)度系統(tǒng)、小板鏈傳送分揀系統(tǒng)、小車周轉(zhuǎn)返空系統(tǒng)、智能化視覺識別系統(tǒng)、控制調(diào)度系統(tǒng)組成，打通各個工序，實現(xiàn)了產(chǎn)品“原絲—烘制—絡(luò)紗—檢測—包裝—入庫”的全流程自動輸送，并可根據(jù)產(chǎn)品工藝執(zhí)行對應(yīng)的生產(chǎn)操作，使整體運轉(zhuǎn)效率提升28.6%。同時，巨石在關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置的人機界面及對應(yīng)的輔助操作控制終端，實現(xiàn)了現(xiàn)場故障查詢處理。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合，維護人員可通過遠程終端，在車間內(nèi)的任何區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的故障監(jiān)控和診斷。重點包括以下幾個方面。
一是研發(fā)智能控制高熔化率窯爐。作為玻璃纖維生產(chǎn)的核心裝備，傳統(tǒng)窯爐受工藝限制，存在熔化部面積小、熔化率低、能耗極高的問題，能源成本一直在玻璃纖維生產(chǎn)成本中占據(jù)很大比例。
基于以上情況，巨石研發(fā)了基于碹頂燃燒技術(shù)的智能控制高熔化率窯爐，采用全新的窯爐和通路設(shè)計結(jié)構(gòu)，利用增強玻璃液對流，提高燃燒效率和玻璃液質(zhì)量；優(yōu)化了大碹角度和結(jié)構(gòu)，使胸墻高度下降將近50%、熔化部面積減少了28.08%、熔化率提高到3.0T/D×M2以上；綜合平衡窯爐各部位的壽命，加強保溫，降低能耗，窯爐壽命提高25%。
二是建立基于實時消耗的智能投料生產(chǎn)模式。連續(xù)性生產(chǎn)是玻璃纖維行業(yè)的一大特色，巨石智能制造項目通過自動化料庫與智能配料系統(tǒng)的集成，配合輸送管道、智能儀表，實現(xiàn)對窯頭料倉的狀態(tài)監(jiān)測；根據(jù)原料消耗情況，自動完成按工藝配料、投料等工序，實現(xiàn)對儲罐狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、消耗趨勢預(yù)測；通過MES實時反饋原絲質(zhì)量檢查、拉絲機開機率等數(shù)據(jù)，智能調(diào)整各原料成分比例，保證生產(chǎn)24小時連續(xù)穩(wěn)定運行。
三是打造基于個性化定制的工藝數(shù)字化平臺。巨石玻璃纖維生產(chǎn)工藝的管理模式由集團統(tǒng)一管控，通過工藝數(shù)字化平臺下發(fā)，各生產(chǎn)基地自上而下地執(zhí)行管理模式，建立了以拉絲、烘制、絡(luò)紗、短切、檢裝為基礎(chǔ)的工藝數(shù)據(jù)模板，并在此基礎(chǔ)上進行工藝參數(shù)和BOM數(shù)據(jù)填充，以不同的工藝關(guān)鍵字進行特點識別，打通生產(chǎn)制造執(zhí)行與自動化的數(shù)據(jù)交互，終確立了以產(chǎn)品、生產(chǎn)線、客戶三要素為分組條件的、面向客戶的定制化工藝路徑模式。巨石針對客戶的定制化工藝路徑模式，在確定產(chǎn)品和客戶的條件下，以數(shù)字化工藝進行生產(chǎn)規(guī)劃，在工廠、生產(chǎn)線、工序、生產(chǎn)裝備、工藝參數(shù)的數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上，由MES統(tǒng)一對產(chǎn)品的工藝路線、工序安排、制造設(shè)備進行數(shù)據(jù)綁定；通過數(shù)字化模型對工藝方案進行分析，統(tǒng)一量產(chǎn)與研發(fā)的多種工藝生產(chǎn)并存，得到優(yōu)的工藝規(guī)劃方案，使工廠的生產(chǎn)模式向標準化的工藝建模方向發(fā)展。
四是開展基于主數(shù)據(jù)共享的信息系統(tǒng)集成。巨石以主數(shù)據(jù)管理（MDG）系統(tǒng)為基礎(chǔ)，遵循建設(shè)原則中的五個統(tǒng)一標準，即“統(tǒng)一軟件架構(gòu)”“統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺”“統(tǒng)一報表工具”“統(tǒng)一編碼規(guī)則”“統(tǒng)一展示風格”，通過ERP系統(tǒng)、MES、WMS、質(zhì)量系統(tǒng)、SRM系統(tǒng)、CRM系統(tǒng)的集成，從拉絲、短切等各工段及公用車間的控制系統(tǒng)中實時采集數(shù)據(jù)，以及從訂單、計劃、排產(chǎn)、質(zhì)量等相關(guān)體系中采集數(shù)據(jù)、生成實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)，建立工廠、產(chǎn)品、工藝模型，直接從這些系統(tǒng)中讀取銷售、生產(chǎn)、設(shè)備、能耗、質(zhì)量數(shù)據(jù)，并對各控制系統(tǒng)進行綜合組態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)集中監(jiān)控、銷售訂單全過程跟蹤、生產(chǎn)進度全程跟蹤、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化排程、產(chǎn)品質(zhì)量管理追溯，并對生產(chǎn)計劃、質(zhì)量、產(chǎn)量、能耗、物耗、設(shè)備、工藝等異常情況監(jiān)控報警，以提高生產(chǎn)管理效率，改善生產(chǎn)質(zhì)量；全面提升企業(yè)的資源配置優(yōu)化、操作自動化、實時在線優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細化和智能決策科學化水平。
五是發(fā)揮頭部企業(yè)優(yōu)勢，開展全產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同模式。身為玻璃纖維行業(yè)的頭部企業(yè)，巨石一直致力于探索如何利用自身優(yōu)勢，促進上下游企業(yè)形成資源的流動和信息的共享，共同打造合作、開放、共贏的資源互通平臺，促進全產(chǎn)業(yè)鏈的融合發(fā)展。目前，巨石通過SRM系統(tǒng)與上游核心大型工藝商開展系統(tǒng)對接，實現(xiàn)采購需求的數(shù)字化對接，采購進度實時可見，采購及時率可動態(tài)跟蹤，物資到貨可實時推送。同時，巨石配合基于國產(chǎn)商用密碼的電子簽章技術(shù)，實現(xiàn)采購合同的電子化，顯著提高了雙方的運營效率，尤其是在疫情后的復(fù)工復(fù)產(chǎn)期間，優(yōu)勢凸顯。
巨石向下與典型客戶實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)對接，客戶直接掃描產(chǎn)品包裝上的二維碼即可查看該產(chǎn)品的批次、型號、質(zhì)量等相關(guān)信息，并且形成相關(guān)標準API接口，后續(xù)可支持客戶不斷接入。同時，巨石與物流公司、海關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打通，實現(xiàn)了物流信息實時傳輸、報關(guān)數(shù)據(jù)精準發(fā)送，極大地提高了業(yè)務(wù)的快速響應(yīng)能力。
六是建立基于大數(shù)據(jù)的全流程工業(yè)數(shù)據(jù)中心。巨石玻璃纖維工業(yè)大數(shù)據(jù)中心是一個覆蓋整個集團生產(chǎn)運營的監(jiān)控平臺，通過對生產(chǎn)各工序（窯爐、拉絲、化工、物流線、烘箱、立體庫、絡(luò)紗、短切、檢裝、制氈、織布）的實時采集數(shù)據(jù)進行抽取、清洗、聚類、挖掘等處理，結(jié)合數(shù)字工廠駕駛艙、生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)看板等方式，形象展示企業(yè)生產(chǎn)、運營的關(guān)鍵指標，并可以對異常關(guān)鍵指標做預(yù)警和進一步分析。
巨石通過對ERP、MES、QM等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合挖掘，直觀監(jiān)測企業(yè)運營情況，實現(xiàn)銷售訂單全過程跟蹤、生產(chǎn)進度全程跟蹤、產(chǎn)品質(zhì)量全流程追溯，從而全面提升企業(yè)的資源配置優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細化和智能決策科學化水平，為集團各級管理層的決策提供數(shù)據(jù)支撐。
智能制造亮點及實施成效
巨石的智能化工廠建設(shè)有以下亮點及成效。
一是應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，提升智能化生產(chǎn)水平。巨石智能制造項目結(jié)合玻璃纖維智能制造系統(tǒng)架構(gòu)，對窯爐、拉絲機、絡(luò)紗機等核心生產(chǎn)設(shè)備進行3D仿真建模，在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)制造工藝全過程、展現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期，實現(xiàn)生產(chǎn)運營的數(shù)字化和智能化。搭建狀態(tài)感知、嵌入式計算、網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)控制等一攬子系統(tǒng)工程，引入全流程物流系統(tǒng)、自運行機器人、低延時5G網(wǎng)絡(luò)等157項創(chuàng)新應(yīng)用與技術(shù)，建成具有巨石特色的工業(yè)4.0智能工廠。
二是推動工業(yè)大數(shù)據(jù)運營，促進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。巨石建成了玻璃纖維工業(yè)大數(shù)據(jù)中心，實時采集生產(chǎn)線各類管控信息1218項，高效率統(tǒng)計、評估、分析和處理超4萬點位數(shù)據(jù)，總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗算法、應(yīng)用人工智能預(yù)判發(fā)展趨勢，為管理決策和專家診斷提供數(shù)據(jù)支撐。巨石借助數(shù)據(jù)接入服務(wù)（Data Ingestion Service，DIS），集成ERP、MES等系統(tǒng)，破解“自動化孤島”現(xiàn)象，實現(xiàn)決策層、管理層、執(zhí)行層、設(shè)備層、控制層等內(nèi)部平臺縱向全面貫通，與海關(guān)、銀行、保險、稅務(wù)、物流等外部平臺無縫銜接，實現(xiàn)運營、制造、控制三位一體，協(xié)同制造。
三是突出節(jié)能減排制造理念，形成可持續(xù)發(fā)展模式。巨石開發(fā)了碹頂燃燒節(jié)能技術(shù)，融合信息技術(shù)，建造智能控制的高熔化率窯爐，不僅提高了生產(chǎn)效率、改善了生產(chǎn)質(zhì)量，而且能耗水平大幅下降，每噸紗能耗僅為0.34噸標煤。
巨石智能制造項目的建設(shè)包含了一系列先進的智能化新型裝備的研制和應(yīng)用，其信息化和大數(shù)據(jù)分析等新一代信息技術(shù)應(yīng)用都是創(chuàng)新型應(yīng)用，形成了以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化等新技術(shù)為基礎(chǔ)，面向訂單的高效生產(chǎn)新模式，支撐玻璃纖維企業(yè)運營和管理模式變革，對玻璃纖維兩化深度融合發(fā)展起到引領(lǐng)和示范作用。巨石智能制造項目在生產(chǎn)運營方面實現(xiàn)了五大綜合指標：生產(chǎn)效率提高45.04%，生產(chǎn)成本降低20.37%，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短48.15%，不良品率降低21.88%，能源利用率提高24.25%。巨石智能制造項目在技術(shù)方面完成了智能工廠總體設(shè)計、工藝流程的數(shù)字化建模及工廠互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與信息模型；實現(xiàn)了生產(chǎn)工藝仿真與優(yōu)化、生產(chǎn)流程實時數(shù)據(jù)采集與可視化；建立了玻璃纖維工業(yè)大數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理軟件信息集成。
智能制造標桿這樣煉成
劉俊卿
特約撰稿人
我國制造業(yè)正處在一個充滿挑戰(zhàn)同時又充滿希望的時代。剖析巨石集團的典型案例，學習示范企業(yè)的典型經(jīng)驗，對推動制造向創(chuàng)造、質(zhì)量、品牌轉(zhuǎn)變具有重要意義。
制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型既是企業(yè)抓住新一輪科技革命浪潮的要求，也是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、夯實國民經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ)之需要。
“十三五”實施以來，相關(guān)部門多次就制造業(yè)數(shù)字化作出部署，推動制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間，我國制造業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展取得長足進步，試點示范項目生產(chǎn)效率平均提高45%、產(chǎn)品研制周期平均縮短35%、產(chǎn)品不良品率平均降低35%……
制造業(yè)智能化正在加速。在制造業(yè)領(lǐng)域，涌現(xiàn)出不少抓住科技革命機遇的企業(yè)，巨石集團是其中之一。作為業(yè)內(nèi)的玻璃纖維專業(yè)制造商，巨石集團智能制造起步早、立意高、進展快。2019年，巨石就已成為“智能制造標桿企業(yè)”和“浙江省智能工廠”。智能制造給巨石集團帶來了巨大的改變，生產(chǎn)效率提高45.04%，生產(chǎn)成本降低20.37%，產(chǎn)品研發(fā)周期縮短48.15%，不良品率降低21.88%，能源利用率提高24.25%……
觀察巨石集團數(shù)字化和智能化的進程不難發(fā)現(xiàn),在我國玻璃纖維行業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級、行業(yè)整體競爭能力提升的背景下，巨石集團主動選擇了智能制造。通過創(chuàng)新實踐核心裝備、工藝流程和空間布局的數(shù)字化應(yīng)用，突破了智能控制高熔化率窯爐、智能物流調(diào)度系統(tǒng)、玻璃成型智能控制系統(tǒng)、自動包裝物流線等關(guān)鍵技術(shù)，建成了具有巨石特色的工業(yè)4.0工廠和玻璃纖維行業(yè)家工業(yè)大數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。
從外部環(huán)境看，新一代信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料、新能源等領(lǐng)域的新技術(shù)不斷獲得新突破，并與先進制造技術(shù)加快融合，為制造業(yè)高端化、智能化、綠色化提供了重要歷史機遇。巨石集團緊扣數(shù)字孿生應(yīng)用、智能化生產(chǎn)、智慧化管理、協(xié)同化制造、綠色化制造、安全化管控、社會經(jīng)濟效益等七大關(guān)鍵要素，結(jié)合實踐不斷創(chuàng)新，終取得了成功。
在百年未有之大變局之下，我國制造業(yè)正處在一個充滿挑戰(zhàn)同時又充滿希望的時代。《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，我國70%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，建成500個以上引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的智能制造示范工廠。這意味著，我國智能制造有了明確的新目標。而剖析巨石集團的典型案例，學習示范企業(yè)的典型經(jīng)驗，對推動制造向創(chuàng)造、質(zhì)量、品牌轉(zhuǎn)變具有重要意義。
孫俊杰 本刊記者
本文發(fā)表于《工業(yè)和信息化》雜志2022年1月刊總第42期