从Smart到Intelligent，烟草行业智能制造任重而道远

本刊记者/宋慧欣

从Smart到Intelligent，烟草行业智能制造任重而道远

本刊记者/宋慧欣

王德吉（1975-），博士后、博士生导师、首席培训师。主要从事互联网+、网络安全、工业4.0研究，全国烟草行业劳动模范，全国烟草行业优秀教师。兼中科院、清华大学、西安交大、湖南农大研究生导师，国家工程实验室、国家标委会、中科协、IFAC、IAENG 、Siemens等专家。先后在微软、微阳研究院、中科院从事客座研究，挂职肥东县副县长从事科研应用普及，主持省部级“数字工厂”等重大专项1项和企业项目16项，参与国家重大项目“机器人”“先进制造”“制造业信息化”3项。获省部级科技奖10项，省部级教学奖50项。发表论文64篇，其中SCI、EI检索25篇。申报发明专利15项，获发明专利9项，实用新型15项，获软件著作权12项，著作7本。

自从德国提出“工业4.0”概念，我国政府也在2015年5月8日发布的《中国制造2025》战略规划中首次强调把“智能制造”作为我国制造业发展的主攻方向，将智能化生产技术列为重要研究内容，希望通过政府主导，企业和科研院所合作实施，大力促进智能制造的发展。新形势下，为贯彻落实《中国制造2025》及“互联网+”战略，各烟草企业纷纷行动起来，在烟机产品智能化、生产过程智能化等方面开展积极探索。但对于中国烟草来说，虽然经过多年的发展和努力，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。本刊记者特别采访烟草行业知名专家王德吉博士，请他解读烟草行业智能制造之路所面临的挑战和发展重点。

《自动化博览》：请介绍一下烟草行业“智能制造”涉及的范围？国家对于烟草行业“智能制造”的未来发展有何规划？

王德吉：2015年，工信部批准了46个智能制造试点示范项目和94个智能制造专项，发布了国家智能制造标准体系建设指南（2015版），分类并持续推进流程制造、离散制造、智能装备和产品、智能制造新业态新模式、智能化管理、智能服务等六方面试点。对于烟草行业来说，从烟机设备的制造到烟叶的种植、烟叶的复烤、烟丝的加工、烟支的卷制等，这些流程均涉及到智能制造的技术。比如智能制造系统架构中的仪器仪表、物资溯源、可编程控制器（PLC）、现场总线控制系统（FCS）、MES系统，ERP系统等，都在烟草行业里广泛应用。可以说中国“智能制造”里涵盖的内容在烟草行业都会涉及。目前烟草行业的农、工、商、贸、管各个领域初步实现了卷烟产品开发客服化，生产过程自动化，管理决策信息化，物流输送自动化，最终实现决策智能化。烟草行业智能制造的“智能”还处于Smart的层次，智能制造系统具有数据采集、数据处理、数据分析的能力，能够准确执行指令，能够实现闭环反馈；行业智能制造的趋势是真正实现“Intelligent”，要求制造系统各个环节能够实现自主学习、自主决策，不断优化。

国家烟草专卖局提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。在卷烟智能制造的金字塔中，智能产品与智能服务可以帮助烟草企业带来卷烟商业模式的创新；智能装备、智能产线、智能车间到智慧工厂，可以帮助卷烟企业实现生产模式的创新；智能研发、智能管理、智能物流与供应链则可以帮助烟草企业实现运营模式的创新；而智能决策则可以帮助烟草企业实现科学决策。烟草企业在渐进式、理性地推进这十项智能技术的应用。

从Smart到Intelligent，虽然中国卷烟企业任重而道远，但毫无疑问，随着世界经济的发展，《中国制造2025》战略的实施，必将引领卷烟企业发展模式的革新，对于中国的卷烟企业来说，转型已是必然选择。

《自动化博览》：请您描绘一下对于烟草生产过程智能化（智能工厂）未来发展的设想？

王德吉：未来烟草智能工厂应是生产过程高度自动化、透明化、可视化、精益化，辅以精准的在线产品检测系统，能够通过质量检验和分析实时调节生产过程控制参数，生产物流与生产过程融为一体，根据库存情况智能调节生产进度，组成一个自适应、反馈灵敏、可靠性强、可信赖的智能制造生态系统。工厂的车间之间的数据流动畅通、透明，智能化的首要前提就是定量化，量化的前提就是数字化，所以未来智能工厂是基于信息高速公路高度发达下的工厂。同时未来烟草智能工厂更进一步的发展是智慧工厂，与消费者的联系更为密切，将消费行为数据化，通过大数据分析为产品配方提供指引，这也是所有智能工厂努力的方向。智能工厂必须依赖无缝集成的信息系统支撑，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系统。烟草企业已初步实现了上述五大核心业务。要实现真正智能工厂，还需要实现五个化：需求定制化、设计大数据化、生产智能化、物流智慧化、产品可追溯化。通过五个化把产品、设备、客户、数据、生产者集成起来，通过网络形成超级大脑“信息物理系统CPS”，实现横向、纵向和端对端的高度集成，实现生产系统的实时感知、动态控制和信息服务。随着信息技术的飞速发展，我们离智能制造会越来越近。

《自动化博览》：您认为与其他行业相比，烟草行业的智能制造发展具有哪些独特之处？

王德吉：烟草行业早在2000年就开始了信息化与工业化的两化融合，在智能制造领域进行着积极探索，其中玉溪卷烟厂刚刚通过了工信部“两化融合”管理体系的现场评估审核，为全行业在智能领域积累了宝贵经验，而且行业的装备水平基本与发达国家处于同一水平，这为烟草行业率先迈入智能制造奠定了基础。与其它行业相比，烟草行业智能制造有如下特点。

第一，卷烟生产过程的复杂性要求企业进行数字工厂仿真设计。烟草工业是典型的流程制造工业，生产过程为连续生产或较长一段时间连续生产的工业，原材料通过一系列连续的化学反应和物理变化得到要求的产品，生产过程连续短间断，其机理复杂、数据信息量大、处理难度高，对管理控制的协调性、实时性、可靠性要求较高。因此，卷烟企业很早就开始了数字仿真研究。

第二，烟草专卖体制推动了数字烟草工程，推动了数字烟厂对各类管理软件融合。所谓“数字烟草”，就是将贯穿烟草行业生产经营管理的各个环节、各个流程复杂多变的烟草信息转变为可以量化的数据，通过数字分析，为各企业乃至整个产业的发展提供决策依据。烟草企业从20世纪80年代就进行了管理信息系统（如MRPⅡ、ERP、MES、SCM等）融合研究。

第三，卷烟生产计划优化需要通过智能仿真来实现。由于整个卷烟生产流程非常复杂，在分组加工的条件下，作业计划制定需要考虑烟丝衔接、贮丝柜烟丝存量、生产次序的安排、各种贮柜的调度以及工艺参数和工作条件等众多因素。在线计算机方法并不能很好地解决许多突发事件，特别是新型号、新品种的产品生产需要重新制定计划，而人工的生产调度依赖于调度人的调度经验以及风险最小化的调度策略，这种调度显然不能够达到利益最大化，而且实际生产随机情况很多，纯粹依靠经验难免出现错误。其弊端在于经常造成生产线上各工序间的物料流动不均衡：一方面某些工序出现物料“堵塞”现象；与此同时，另外一些工序又处于“空间”状态，致使生产线上有关设备处于待机或停机状态，不仅影响了卷烟生产线的生产率，而且也降低了设备的利用率。为了解决以上问题，通过智能算法对其进行工艺参数优化仿真，通过仿真模拟整个生产过程，这不仅能确定工艺参数制定的合理性程度，还能预测异常事件发生时对整个计划执行的影响程度，进而采取相应的措施来保证生产的效率。

第四，烟机专卖使得烟机制造企业，能够建立统一的智能开放研发平台，能够多方协同研发，能够进行虚拟设计和验证。

综上所述，烟草行业由于专卖制度，整个行业能够集中力量进行智能工厂研究及应用，率先实现对卷烟的物质形态和制造过程模拟和可视化，实现对卷烟生产方案预测、评价和优化，简化产品测试实验的过程，缩短新产品上市周期，降低产品的开发成本，提高产品的市场竞争力。

《自动化博览》：当前，我国烟草生产过程智能化的发展现状如何？近年来取得了哪些成果？

王德吉：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，都构成了智能化工厂建设的坚实基础。烟草企业在整个卷烟供应链的角度上，积极打造“智慧工厂”，在实现人、机、产品之间无障碍交流的基础上，不断优化企业价值链，朝着“资源最优利用、产品依客户需求生产、效益最大化”的目标稳步迈进。

其一，行业专注智能制丝生产线的研究，建成了一批集低碳环保节能、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的烟丝智能生产线，这种智能生产线加工精细、流程简捷、工艺独特，实现了卷烟生产的系统化、柔性化和智能化。烟丝智能生产线具体体现在如下几个方面：

（1）智能多线加工。受种植环境影响，不同产区的烟叶特征也各有差异，传统的单一生产线对各种原料一直保持“来者不拒”的加工工艺，但同时也扼杀了不同原料的独特个性。 智能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。

（2）智能加香加料。以往单系统、单工序添加的方式容易导致烟丝品质不稳定，智能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。

（3）智能激光选叶。智能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。

（4）智能九式烘丝。以前对于不同品种、不同品质的烘丝处理都是“一锅烩”，导致烟丝处理有好有坏，而智能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。同时智能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。

（5）智能分贮醇化。智能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。

其二，行业深入研究数据挖掘技术，鼓励企业利用大数据实现对企业进行智能管控，打造 “智慧工厂”，持续提升决策能力、管理水平从粗放走向精益。

在卷烟生产过程中，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，该指标可以查看哪一天的效率最低，也可以从时间维度切换到区域维度；查看卷接机与包装机的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。大数据分析意味着企业能够从这些新的数据中获取新的洞察力，并将其与已知业务的各个细节相融合。大数据分析的本质其实是通过智能化实现企业管理的精益化，而这也正是“智慧工厂”所追求的目标。

其三，行业在流通领域积极采用物联网技术，初步实现了可知、可控，物流管理更精准、更高效、更科学，各级安全管控能力更强，大大提高了卷烟物流配送服务质量水平。

建立了关键节点可控、运作协同、质量可溯的行业电子商务服务网络，实现供应链管理的精益化，提高行业资源的最优配置、降低行业的经济成本和时间成本，大幅度提高物流系统运作效率，提升经营效益。

《自动化博览》：您认为当前烟草行业智能制造发展面临着哪些挑战？亟待解决或改进的关键问题有哪些？

王德吉：对于中国烟草来说，虽然经过多年的发展和努力，初步实现了工厂的自动化和智能化，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。

当然除了以上五点，长远看来，应该加强大数据研究，建立智能工厂模型、参数优化等。烟草行业正在全行业推进精益管理，将智能制造与精益管理有机结合起来，从提高效率与效益入手，紧紧联系实际情况开展工作，加大人才的培养与储备，立足长远，让智能制造在生产领域真正发挥出作用，有序推进，因地制宜，在实施智能制造的过程中，重视与鼓励技术创新与管理创新，转变机制，激发企业内生活力，释放员工的潜能，掌握核心技术，提高核心竞争力。

《自动化博览》：您认为要实现烟草生产过程智能化急需哪些创新或突破？发展重点有哪些？

王德吉：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。

只要行业做好整体策划，通过全体员工的积极探索，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。

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西门子在天津打造海外最大机械传动研发与生产基地

2016年6月3日，西门子机械传动（天津）有限公司（SMDT）举行庆典，庆祝落户天津20周年。目前，SMDT已成为西门子在德国本土之外最大的机械传动研发与生产基地。公司现已拥有齐全的机械传动产品组合，几乎涵盖了所有工业生产的需要，包括工业齿轮箱、齿轮马达、机车齿轮箱，以及专门针对风电行业的齿轮箱与联轴器等。

“SMDT所生产的机械传动产品作为西门子全集成驱动系统的重要组件，在众多领域帮助中国装备制造业企业实现了能效水平与生产力的提升。”西门子大中华区首席执行官赫尔曼（Lothar Herrmann）在庆典仪式上表示，“SMDT在过去二十年的发展体现了西门子植根中国、为客户创造可持续价值的承诺。我们期待继续为天津的发展作出贡献。”

在过去的20年中，SMDT投资规模不断扩大，先后八次增资扩建；其员工人数由最初的几十人，增加至现在的1500余人；生产区域面积由最初的5，000多平方米增加至将近120，000平方米；业务范围不断扩展，成功实现了从研发、到生产、再到售后服务的一体化。SMDT所生产的机械传动产品完善了西门子的驱动产品链，使其能够为客户提供从控制器、电机、变频器到齿轮箱的整体驱动方案，助力西门子在全球率先推出“全集成驱动系统”的理念。

作为西门子亚太地区机械传动的唯一研发基地，SMDT研发中心自2014年成立以来面向全球市场需求，实现了变“中国制造”为“中国创造”的新格局。针对中国的煤矿、钢铁、电力等行业，SMDT研发中心开发出了一系列新产品。未来，研发中心还将在机械传动领域继续探索，不断提升产品的服务能力和适用性，如开发减速机的“状态监测”功能，实现减速机的智能化等。目前，SMDT已经拥有机械传动相关专利38项，十几项专利技术已经进入申报阶段。