印刷包装智能工厂发展趋势

薛志成

概述

近两年，制造行业最为热门的词莫非智能、工业4.0、《中国制造2025》，以及由其延伸出的智能工厂、智能设备、智能服务……

工业4.0和智能工厂到底什么关系呢？德国人认为工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命，通过CPS等先进手段，将制造业向智能化转型。《中国制造2025》也是强调“以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向”。

那么工业4.0和智能工厂到底什么关系？和我们印包行业到底有何关系？首先得弄清工业4.0的概念。业界的术语加上我个人的理解，大致如下：

1.功能强大的、自主的微型计算机（嵌入式系统）正越来越多地相互间或与互联网以无线方式互联。这正在导致实体物理世界与虚拟网络世界以虚拟网络——实体物理系统（CPS）的方式相融合。

2.这意味着有史以来第一次，有可能将资源、信息、物品和人进行互联，从而造就物联网和服务。这种现象的影响也将反映到工业领域。在制造领域，这种技术的渐进性进步可以被描述为工业化的第四个阶段，即工业4.0。

3.从消费意义上来说，“工业4.0”就是一个将生产原料（智能物料）、智能工厂、物流配送、消费者全部编织在一起的大网，消费者只需用智能终端下单，网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂，由其智能生产，再通过网络配送直接交付给消费者。

我們从这些表述中可以看到，无论是德国工业4.0还是中国制造2025，均是以智能制造为主导（或者叫为方向），以CPS技术为技术手段。作为智能制造核心的MES系统，必须要体现以CPS为特点的智能制造。CPS系统包括智能机器、存储系统和生产设施，能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。CPS将推动生产对象直接或借助互联网通过M2M（Machine to Machine，机器对机器）通信自主实现信息交换、运转和互相操控。

在工信部发布的《信息物理系统白皮书（2017）》中，《关于CPS的几点思考——CPS是什么？如何看？怎么干？》中明确指出：“由传感器、控制终端、组态软件、工业网络等构成的分布式控制系统（DCS）和数据采集与监控系统（SCADA）是系统级CPS，由数控机床、机器人、AGV小车、传送带等构成的智能生产线是系统级CPS，通过制造执行系统（MES）对人、机、物、料、环等生产要素进行生产调度、设备管理、物料配送、计划排产和质量监控而构成的智能车间也是系统级CPS。”从中可以看到，在智能化车间里，CPS并不神秘，具有互联互通功能的智能化生产线就是一种CPS，智能化的MES也是一种CPS，两者结合在一起，以数字化设备、设备互联互通系统、MES系统组成的整个智能化车间就是一个更高级的CPS系统。

智能化MES系统将分别从计划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持等6个方面着手，实现生产过程的自动化、数字化、网络化、智能化的管理与控制，完成智能互联互通，智能计划排产，智能生产协同，智能资源管理，智能质量控制和智能决策支持的各项功能。

作为智能制造的核心，MES在企业智能化转型升级中发挥着越来越重要的作用。一方面，我们既要认真领会MES的真正内涵，挖掘出MES应有的价值；另一方面，我们一定不要拘泥于国外已有定义，结合中国制造业的现状，将一些传统的精华、先进的理念融于MES系统中，使MES真正成为企业智能制造的核心智能系统，满足中国制造业智能化转型升级的需求。

由此看来：工业4.0不是智能工厂，智能工厂也代表不了工业4.0，智能工厂只是工业4.0渐进式演变过程中的制造层面的呈现形式。

在欧美国家工业4.0完成需要15～20年。在中国，因为工业起步晚，底子薄，各个行业发展极不均衡，处在工业2.0水平的企业比比皆是。

比较准确的说，印包行业还处于工业2.0的水平。这个行业的发展不会再演进到工业3.0，再演进到工业4.0。而是在向工业3.0演进的同时，工业4.0的诸多元素也会有机整合进来。下面就以其表现形式——印刷包装行业的智能工厂来说明。

印刷包装行业智能工厂

传统的印刷工厂依据人工的技能和纸质的信息流进行生产，效率低、耗能耗材，企业大而不精，缺乏市场竞争力。全国印刷行业都处于工业2.0时代甚至更低。陕西北人依据印刷行业的特点，制定了印刷行业的基于数字化的智能工厂发展模式。

印刷包装智能工厂是一个复杂的庞大系统，主要由智能物流系统、企业管理软件、生产信息采集系统、智能生产设备4大部分组成。通过各系统协同工作，构建功能完备、具有高度自动化的智能数字化工厂。在智能数字化工厂里设备与设备互联、人与人互联、人与设备互联即系统中的物理对象在信息系统进行通讯，并进行跨界信息交流。各个系统实现跨越整合。以下图为例说明。

1. 智能物流系统

智能物流系统包括智能仓储WMS系统、外部物流、内部物流。

外部物流接到生产企业的指令，进行生产材料的运输，在生产企业进行入库，每个物件都会有自己的身份标示；内部物流的指令由ERP、MES、发出指令，AGV依据发出的指令将在不同加工状态下的物料准确地运送到下个加工点或返回上层工序。

在智能系统中每个物料的实时位置、被加工状态都在系统中实施显现，在生产现场也会通过生产看板实时显示状态。

2.企业管理软件

企业管理软件是智能工厂的大脑，企业的资源调配，订单管理由ERP执行，订单的具体生产，设备的调配，每个生产单元（或智能设备）的能力管控以及加工任务的分配均由MES（生产制造执行系统）执行。MES会依据各生产单元的历史数据以及与生产单元自我分析、运行的数据作出判断。

3. 生产信息采集系统

智能工厂之所以能够自我运行，只依靠人工的监控就行，主要是生产的信息流及时准确的采集与传输，信息的采集有人工采集和自动采集，信息的载体有RFID天线、条码、二维码等。采集的信息在工业互联网高效、准确的传输，不论是在国家之内或是国际之间。

4.智能生產设备

在印刷包装智能工厂，印刷包装设备不再是唯一或独立的主要生产设备，而是整个智能生产过程的一个环节。印刷设备的操作人员无需装卷和卸卷，智能设备自动完成上下卷，整台机器的工艺参数都由MES系统发送到机器，机器自动读写并完成参数的设定。设备操作人员只是监督检查，人员减少50%。

印刷包装设备都具备如下功能：全自动上下卷技术、全自动裁切智能预套印技术，智能自动上下墨技术、自动清洗技术、智能数据管理系统、具备与云服务中心对接技术。

印刷包装设备有自我分析、诊断能力，其自身的运行能力、订单完成以及与下道工序的对接都传递到MES。而随着工业4.0的逐步实施，设备自我分析、能力诊断，自身的运行能力、订单完成以及与下道工序的对接不再直接通过MES指挥控制，而是在设备与设备之间就能完成，在设备之间的协调出现不能完全衔接的情况下，才会自动切换到MES统一协调解决，解决方式可能是工厂内的，也可能是跨区域或跨国的。

智能服务系统

如今“云”概念已经家喻户晓，目前陕西北人的云服务中心已经建成，并且云服务系统也已经在软包装设备上开始应用，而云服务也将全面升级为智能服务的平台。

智能服务平台是基于一套智能互动通讯装备、建立在总部的云服务中心以及设备中智能管理系统而组成。当客户的设备出现问题时，使用智能互动通讯装备与陕西北人云服务中心连接，此时云服务中心就会被授权显示客户设备的所有性能参数信息，然后在线专家根据信息的反馈远程视频指导客户维修或维护。

智能服务平台可以为用户提供使用说明、维修手册、在线查询、行业信息和远程培训等服务；除此之外，还可以为用户现场的设备进行程序的储存，远程视频的诊断，远程维修，保养提醒和网络机长的服务。

同时在智能服务中心汇聚了印刷包装行业的专家，分别有机械专家、电气专家、色彩专家、油墨专家、涂布专家等，这些专家可以为用户解决设备在运转过程中出现的问题，还可以为用户解决生产工艺的问题。

结束语

上述智能工厂的结构和运行方式也只是由工业2.0向工业3.0转型中，融入部分工业4.0的元素而形成的。随着工业4.0的渐进式发展，以上技术也将更进一步发展，生产单元、物流单元的自主能力将进一步提高，对人的依赖更进一步降低。真正的CPS系统会实现。行业的发展全面进入智能时代。

再好的智能工厂也离不开MES平台和软件，没有结合工厂的实际规划，实施效果未必就好。不论之前有再多的案例和经验，也必须具体落实在企业后，具体情况具体分析。企业实施一套MES系统，即便是理论再先进，软件再智能，但如果不能得到成功地应用，对企业而言，结果就是零，甚至是负数，因为这不但浪费了企业大量的人力、财力，而且还影响了企业的正常生产，并严重地打击了企业对信息化的热情与信心，这些损失对企业而言都是难以计量的。