陶瓷数字化转型与智能制造发展实践

肖书明

随着工业4.0、工业互联网、物联网、云计算、大数据、智能装备等新一轮产业变革和技术革命的快速兴起，现代工业信息化发展已迈入智能工厂的历史新阶段。华艺陶瓷作为典型的科技创新驱动传统行业，以先进的自动化生产建设为基础，信息智能化建设为引领，大数据分析技术为核心，提升整体智能制造水平，建设成为以“自动化、信息化、智能化”为特征的陶瓷行业智能制造工厂及技术体系。

一、陶瓷酒瓶制造业数字化转型的意义

陶瓷酒瓶生产企业大部分是手工生产，生产效率低、质量不稳定、成本高。陶瓷酒瓶在全部酒瓶使用量中占比低，约3%左右，但因其可以实现独特造型、釉色光润艳丽、画面丰富多彩，对酒质的提升有益处，特别是针对酱酒，酱酒现在处于快速增长期（2020年产60万千升）。因此，大型酒企的高端、超高端酒均使用陶瓷酒瓶。

但劳动强度大、工艺要求高，又成为制约陶瓷酒瓶制造业大规模产业化的两大瓶颈。劳动强度大的工序主要有原材料制备、石膏模具生产、注浆成型、坯体整修、贴花等。工艺要求高的环节包括坯釉料配方、瓶颈粘接、瓶颈尺寸控制、施釉、上色厚度控制等。

近几年，随着工业4.0、工业互联网、物联网、云计算、大数据、智能装备等新一轮产业变革和技术革命的快速兴起，现代工业信息化发展已迈人智能工厂的历史新阶段。在中国制造低成本优势不再，从“制造”向“智造”转变，提高管理过程、生产过程的智能化水平成为企业发展的关键。

在这一背景下的华艺陶瓷，通过创新发明、设备引进，补齐自动化生产设备短板，部分工序劳动生产率提高了5倍以上，如素坯施釉、瓷瓶上色等环节。部分设备是常规投资的50倍以上（瓶颈滚压），使产品生产成本大幅度下降，在市场上更具竞争优势。从成本上看，陶瓷酒瓶主要是成型段成本较高，华艺陶瓷通过创新实践，实现全自动化注浆、倒浆、脱模、削口、粘接、整修，大幅度降低了成本。为研制适合于高效注浆的坯料配方，全球配置资源，耗时2年多完成了坯料配方。使用标准化原材料，建立实验室、检测中心，升级理化控制手段，科学造陶瓷。

二、数字化智能工厂顶层设计

而随着5G技术的应用推广华艺陶瓷作为典型的科技创新驱动传统行业，以先进的自动化生产建设为基础，信息智能化建设为引领，大数据分析技术为核心，通过数字化转型，提升整体智能制造水平，成为了行业内标杆的企业。

在这一领域，华艺陶瓷走在市场前列，从数字化智能工厂开始顶层设计，分别从信息智能化建设整体规划和智能装备的研发、技术沉淀与引入两方面切人。

信息智能化建设整体规划包括8个方面：精益布局与数字化工厂、研发设计系统管理、设备互联互通、工业互联网平台、生产运营管理系统、信息系统集成、信息安全管理、工业大数据分析。

智能工厂核心装备研发流程包括以下几点：

1.设计需求的确定：通过现场考察与需求确定，详细分析每个节拍、工步，以数据化的形式呈现，充分论证其功能性、正确性与必要性;

2.设备总体设计：根据现场取得的数据、资料进行总体设计，同时找出其中需要验证的关键技术要点，便于前期开发验证;

3.关键点验证：对于每个关键点必须进行实物验证，证明其可靠性与效率、质量的符合性。验证设计与实际效果的差距，不断地修改完善，直至达到理想的效果;

4.样机制造：在所有关键点验证确认的基础上，进行样机制造与验证，这将缩短开发周期，降低成本的基础;

5.验证与推广：样机通过正常运行，取得预期的产量、质量、成本数据参数，同时确定优化方向，助力所研发装备后续的大范围推广;

6.进口国外新设备：详细确认设备的使用场景，是否匹配产品的生产需求，同时拆分对比各项产量、质量、运行耗用参数，判断其适合性。

三、数字化转型的主要工作

在数字化转型中，华艺陶瓷积极探索开拓，投资超10亿元，将产量提升到年产陶瓷酒瓶4 500万只，成功人选“2021年中国轻工业智能制造示范案例”。在这个过程中，凭着首创研发了10余项陶瓷酒瓶专用设备的厚实家底，进行精细布局，升级数字化工厂。通过投入自动化装备，建设信息化管理系统，搭建智能中控平台，实现企业信息高效传递，智能化水平大幅提高，企业数字化转型基本完成。建立数字工厂模型，通过实时数据进行模型优化，提升整体的运作效率，从而做到了千万只酒瓶颜色和尺寸一致。

如今，经过升级改造后的华艺陶瓷形成了“四系统三平台”的格局。“四大系统”为PLM系统、企业资源管理系统（ERP）、信息集成系统、网络运维系统。华艺陶瓷研发设计包含2D/3D各类图纸，通过PLM系统进行产品数据定义、研发BOM管理、项目变更管理等工作。该系统不仅支持现有已知2D/3D设计软件的集成，且支持未知和未来的应用软件的开放式集成;“企业资源管理系统”覆盖了财务、营售、采购、仓储、生产等方面的信息，具有基础数据管理、销售管理、采购管理、仓库管理、销售核算管理、采购核算管理等功能，通过该系统打通采购、仓储、生产、销售等环节的信息流通，可以从采购订单、物料、工单、销售订单等方面维护实现生产进度的控制和查询。

在生产环节，华艺陶瓷导人生产制造执行系统（MES），以树立集约、协作、高效、精益的现代生产理念为目标，进一步提高公司生产管控能力，提升生产管理水平，构建新的生产管理体系。MES系统主要包含生产管理、品质管理、工艺管理、物流管理、设备管理等功能，实现从生产计划到产品交付的全过程的信息化管理，包括生产计划下达、领料、生产、入库等业务流程的信息化，实现业务流程数据采集，记录生产过程信息、物料防错信息、产品追溯信息和关键生产资源的实时状况，实现可追溯生产和透明化生产;华艺智能工厂使用网络分层的方案，建立安全可靠的工业运行网络，将网络分层分类，执行层与链路层分离;生产环境与办公环境分隔。网络根据业务和功能进行划分，分为外部接人區、生产主干网、数据中心区3个层次，各网络层次之间采用相应的网络安全设备进行防护隔离，构建一套支持语音、视频、数据的多业务多功能网络基础平台;华艺陶瓷在企业信息安全的保障措施作用于服务器数据库安全和厂内网络两个层次。通过信息服务器升级改造，建立网络运维系统。通过升级服务器、增加安全隔离硬件和网络监控管理软件，提高整体网络架构的易用性、安全性，加强整体安全管控。

“三大平台”为互联互通基础平台、工业互联网平台、工业大数据分析平台。华艺陶瓷主要生产设备包括注浆机、施釉机、各类窑炉、智能物流输送线等，均留有对外信息接口模块。通过现场工业网络和DNC数采控制模块，将主要设备的加工信息、运作状态、产品进度进行数据实时采集。同时通过各类协议将数据从设备传至边缘网关，再经过边缘网关经过处理，将设备的有效数据上传和回馈，实现设备间信息的互联互通，完成数据采集的基础平台建设;华艺通过搭建工业互联网平台，实现设备数据的实时采集与监控。

设备间信息互通和数据采集主要依托传感器、工业控制系统、新型边缘计算采集网关，面向设备、系统、产品、软件等要素数据进行实时采集，实现底层数据的及时采集与边缘化处理。同时，工业互联网平台与ERP系统、MES系统、能效管理平台、厂区视频监控系统等企业信息化应用系统集成，打通数据流，完成数据汇集、处理，挖掘数据价值链中的深层价值，实现华艺丁业大脑的搭建，并通过集控中心与分控中心相结合，对于生产、设备、现场情况进行实时智能分析、优化与应用，达成高效运营管理与智能化提升的战略目标;华艺陶瓷利用人工智能技术，在生产线以图像识别方式进行生产进度的追溯，通过机器学习、数学建模方式进行产品数量追踪与订单进度管控，减少人员工作量。同时通过建立混合云，搭建工业大数据分析平台，针对产品的品质进行全生命周期追溯与端到端原因分析，将生产环节每一节点的产品数据通过技术手段进行关联，打通原有信息孤岛的环境，使数据成为一个闭环。

四、智能工厂建设实施要点

华艺陶瓷数字化转型完成后，智能制造发展成为下一个阶段发展的目标。华艺陶瓷通过突破传统观念，根据自动化设备的需要，确定工艺参数，比如：智能工厂一定要求产品素烧，才能更好施釉，适合快速注浆成型需要注浆料的流动性好、干燥强度高和优选高岭土。因此应配置全球资源，实现工艺目标，把质量和效率落到实处。华艺陶瓷进口了球石（球磨时间是国内河硅的60%）、注浆石膏（质量稳定，平均使用寿命达到110次）、稀释剂等，保证了质量与效率，降低了生产成本。

在智能工厂建设实施阶段的第一步，工厂生产需要平衡计算。智能工厂必须是后段的生产能力略大于前段的生产能力，通过计算将流程数据关联起来，包括物料计算、土建设施、设备配置、人员配置、工作班次等内容，也是工厂设计的基础。其次是工厂成本预估与工资待遇承载能力计算。根据工艺路线选择，预估工序合格率、土建费用、设备配置、人员配置，再结合设计产量与物料价格，预测产品的成本。根据目前的市场售价即可以预测工厂人员工资待遇承载能力与盈利能力，企业工资待遇承载能力应满足未来10年工资增长需要，与发达国家的生产企业进行对比，预测企业未来的生存能力。也可以预估最大投入多少土建与设备费用。华艺陶瓷人均产值将达到45万元，人均工资待遇承载能力为12万元，占比27%。

华艺智能工厂项目建设过程中，一直秉承“精益先行、顶层设计、分步实施、三线并进、整体调控”的方针，让华艺陶瓷能够顺利完成数字化转型和智能制造发展。从而促使其成为全球规模最大、现代化程度最高的陶瓷酒瓶生产企业之一，成为同类企业发展学习的典范。

参考文献

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