浅述平板玻璃智能工厂的建设思路

2024-05-02关建光

玻璃 2024年3期

关建光

（福耀玻璃工业集团股份有限公司福清 350301）

0 引言

近年来随着平板玻璃行业高速发展，国内外大资本先后进入平板玻璃行业，使生产工艺装备水平大大提高。但产能的增加面临资源限制、运输紧张等因素的制约，同时绿色发展、环境保护的要求日益提高，企业的竞争压力越来越大。传统的管理模式下，企业管理水平与生产力发展的不相适应日益彰显。信息化可以有效提升管理水平和技术水平，促进节能减排，达到降本增效的目的。

1 平板玻璃智能工厂建设背景

一般而言，智能化工厂建设分信息化和人工智能两方面技术。随着物联网、大数据、云计算等技术的发展，平板玻璃工厂智能化建设所需的信息化技术已经日渐成熟。已有相当一部分工厂开始信息化建设。平板玻璃工厂的人工智能建设，主要集中在“联合车间熔锡退冷端”系统工艺操作技术的开发与集成。DCS与自动化设备的广泛应用及信息化系统的建设，已为“智能化”打下了良好的基础，从某种意义上说已经实现了操控的自动化和智能化，平板玻璃智能工厂是在此基础上的进一步完善升级。

信息化是智能化的前提，没有工厂的信息化建设，智能化就无从谈起。但由于对信息化认识的局限、经营成本的考虑，推动信息化建设的工作面临一定的阻力。许多工厂管理者不愿意改变原有的作业模式，实时、真实的“产供销”数据，会给相关工作人员带来压力。同时，配套信息化系统需要资金投入，加大了企业财务负担。多数老的产线，因建设时没有考虑信息化问题，加之现有系统确有待完善之处，导致多数工厂不愿意“数字化”转型，已建好的系统没有真正全面地发挥作用。

2 平板玻璃智能工厂建设主要内容

2.1 建设思路与实施路径

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术加强信息管理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，合理计划排程，同时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。智能工厂建设的基础就是现场数据（人、机、料、法、环、测）的采集和传输，数据信息使操作人员、管理人员、客户等都能够清晰地了解到工厂的实际状态，并形成决策依据。

平板玻璃智能工厂建设以围绕生产计划、生产调度、设备管理、成本管理、能源管理、数据采集、生产扫码、辅助决策等几个方面开展智能化应用，建设信息物理融合系统CPS（Cyber-Physical Systems），并与现有的ERP（Enterprise Resource Planning）、安全管理等系统进行单点登录对接，与自动化DCS（Distributed Control System）、PLC（Programmable Logic Controller）、机械手进行无缝融合，实现生产运营的自动化、数字化、模型化、可视化、集成化，提高企业劳动生产率、安全运行能力、应急响应能力、风险防范能力和科学决策能力。智能工厂架构图见图1。

2.2 建设目标

职能部门运营管理方面：实现数字化，企业“产供销”各环节能效状态“分级透明”。使各级运营管理者能够方便、快捷、全面、真实地掌握相关信息，以便决策者优化组织架构，合理调配“人财物”各种资源。

生产部门运营管理方面：实现智能化工厂，生产过程可视可控，质量体系标准化、生产操作规程精细化，设备运、维动态监控，生产数据由产线终端设备自动采集保存、智能汇总分析，实现生产智能、稳定、高效、低成本、高质量，促进生产技术不断提高。

2.3 智能生产管理

生产管理分为生产计划、生产调度、生产扫码、技术数据规整与分析等生产单元，采用现代化信息技术，将生产管理所涉及的人、设备、工艺、质量、成本、原材料消耗与供应等信息关联起来，实现生产全过程信息化。同时将物料消耗、各工段生产工艺技术数据、产品质量与产量实时自动统计并上传，为日后技术升级、生产管理、人员组织与调配、生产绩效奖惩、成本分析与销售市场策略的制定做好数据准备。

同时，智能生产管理系统建设的最终目标是“智能生产”，通过对系统进行训练，积累生产工艺技术数据、产品质量与产量数据并研究优化，最终实现生产系统的自动运转。即实现在产线收到使用原料、生产计划相关必要信息指令后，系统设备自动运作完成。

2.4 智能设备管理

智能工厂管理系统中应建立设备管理体系，形成全过程、全方位、全生命周期的设备管理手段，融入先进规范的设备管理理念，它的功能主要从以下几个方面进行阐述：

（1）基于故障的缺陷管理，建立设备故障知识体系。通过对设备故障检修维护的知识积累，形成知识体系，为以后设备检修工作提供指导依据，实现设备可靠性分析。

（2）基于计划性策略的预防性维护，制定周期预防性维护策略，进行设备定期维修、维护，提高对设备的维护预见性和计划性。

（3）基于定期维修策略的项目管理，保障设备的可靠性，维护的经济性。建立科学的检修管理体系，组织实施设备的维护、大修、中修、小修、技改等项目。并对项目进行标准化管理，严格控制项目的质量、进度和费用，确保工作整体质量、降低费用。

（4）建立标准化设备故障停机考核体系，提升设备综合效率，降低对流程性行业生产影响。通过对设备计划外故障停机率考核管理，针对重要设备发生的停机故障对生产质量产量产生的影响大小制定相应的考核标准，进而督促设备管理及生产部门积极分析发生设备故障原因；督促维修人员提高维修技能水平，加强设备的正常维护管理，降低设备的故障率，促进产品质量和生产任务的完成。

2.5 智能质量管理

智能质量管理包括质量基础、质量控制、质量检验等，涵盖了原材料进厂商检、生产过程、二次质量、成品出厂全过程的质量管理，并与生产、物流等系统紧密集成。同时，系统可以根据每日的动态业务数据按照管理的需要生成各类质量管理综合报表，实现质量追溯与质量预测，为企业的质量管理与质量改进提供分析的手段和工具。

（1）建立质量指标控制为核心的质量控制体系。

建立质量标准体系，将质量标准、质量管理标准融入质量管理过程。

（2）实现质量事中控制，解决质量控制的滞后性。

对质量控制过程指标偏差自动预警，提示生产管理人员及时调整工艺配比。提高了生产质量过程控制的及时性、准确性。通过生产过程质量偏差、分析相关影响因素。对产品质量关键指标进行趋势分析、偏差分析及预测。

（3）实现质量的全过程追溯、分析、预测，实现生产工艺优化，创造质量效益。

2.6 能源管理

建材行业属于高耗能行业，能源支出在其成本上占很大比重（36%～43%），节能目标的确立，意味着能源管理系统对企业节能管理工作的重要性。

能源管理包括数据采集与存储管理、综合统计、指标分析统计对标等能源管理功能模块，帮助用户实现能源数据的集中管理、能耗周期统计、能源使用过程监视、能源利用效率评价及对标考核、能效优化指导等，通过平台的数据挖掘和关联追溯分析特性，确保能源管理从整体到局部、从结果到过程、从异常现象警告到原因分析、从偏差到责任部门岗位的透明可视、准确、全面、实时，为企业界定节能职责、挖掘节能潜力、制定节能绩效考核提供辅助决策的数据支撑。

3 平板玻璃智能工厂的建设难点

玻璃智能工厂建设初期，可能会遇到由于系统没有得到充分的应用，各类报表数据还是依靠人工记录，疏漏难以避免，导致生产进度、设备状态、物料状态等难以科学跟踪；在数据采集和系统集成时，因为装备选型以及自动化程度高低不平衡，制造装备来自不同的设备供应商，导致通讯协议和接口难以统一，造成数据采集和系统集成存在一定的困难。

在生产工艺优化方面，由于玻璃产品规格多样化，窑炉温度、环境等多种不可控的因素，生产工艺经常会发生动态的调整，导致生产工艺、生产计划千变万化，难以协调。在生产过程中，产品的质量和生产率过于依赖操作工人的技术水平，成品率得不到大幅提升。同时，虽然设备的自动化程度相对较高，但人工智能化相对比较欠缺，生产工艺数据不知道如何应用，使数据产生价值。

我国玻璃行业发展不平衡、不充分特点十分明显，玻璃行业制造尚处在起步阶段，必须运用现代信息化技术，打造实用优秀的玻璃智能工厂平台。针对上述的建设难点，首先，在玻璃智能工厂的建设初期，综合管理人员、现场工艺制造人员利用系统集中数据，必须基于玻璃生产日常管理需求，运用监控、计划、分析、评估、预警等产品功能，通过采集工段实现数据采集，使生产透明化。以设备资产和工艺数据为抓手，实现生产操作、能源管控的自动优化，从而实现生产过程的数字化、智能化。其次，针对设备自动化程度高，但智能化程度低的问题，应先打造数据接口协议平台，打通市面上常见的30多种数据协议，让设备即接即用，数据高效运转。在数据采集的同时，建立自己的方法数据模型库，分析生产熔炉温度、退火、湿度等生产工艺数据，同时监控碳排放，节能降碳、提质增效，让平台对生产工艺产生实质的作用。