浙江中烟宁波卷烟厂“智慧工厂”建设纪实

 

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    通过搭建模型,宁波卷烟厂49组工艺空调开关时间与批次跟踪关联起来,实现智能开关,避免了浪费。图为设备管理人员在观察空调运行各种数据指标,为数学建模提供坚实的数据支撑。 本报记者 张猛

 

 

  编者按 2016年6月,不到3年时间,浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂完成异地技改搬迁,这不仅是一次装备、工艺和技术水平的大幅提升,也吹响了宁波卷烟厂生产管理向智慧化、系统化、柔性化升级的号角。

  近年来,宁波卷烟厂积极顺应制造业变革趋势,认真解读浙江中烟“智慧企业”发展战略,通过“云大物移”等技术的深度融合,探索智慧工厂建设,有力推动工厂生产、设备、能源、安全、管理等业务的全面升级,并成为行业首批智能工厂建设试点单位之一,在打造一流卷烟工厂的道路上阔步前行。

  综合每天工单、温湿度和场地等因子,全厂49组工艺空调自行决定开关机时间;穿梭于制丝车间的IGV小车,定位精度误差在1毫米以内,物料供给更加精准及时;用人工智能、物联网等技术“武装”起来的卷接包机组,不仅能诊断自身运行状态,而且还可对各类工艺质量指标进行智能分析、确保产品生产全过程受控……

  这些更具智能感和科技感的镜头,在浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂还有不少。

  智慧工厂看宁波卷烟厂。历经90多年岁月洗礼,在新一轮技改中赢得新生,“宁烟智造”正成为一张闪亮名片:首批行业智能工厂试点,柔性加工能力国内领先,超高速机组运行效率两连冠……“走进新时代,我们积极践行新发展理念,以建设智慧工厂为目标,打造精益智造平台,全面形成工厂高质量发展新优势。”宁波卷烟厂厂长虞文进说。

  抢占先机,“智”绘发展蓝图

  未来已来。近几年,以云计算、大数据、物联网、人工智能等为代表的新一代信息技术正在重塑原有制造业态,不断推动商业模式变革,也为企业带来前所未有的发展机遇与挑战。

  紧扣时代发展脉搏,得浙江数字经济蓬勃发展之地利,浙江中烟瞄准“国内一流、行业领先”目标,信息化建设悄然提速,并据此提出“以市场驱动为抓手,服务于品牌和管理升级,打造‘智慧型企业’”的战略构想。

  “公司信息化建设的重中之重,就是保证市场驱动和‘五大滚动’(滚动预测、滚动生产、滚动供应、滚动维护、滚动服务)的协调顺畅运转。”宁波卷烟厂信息中心副主任钱杰认为,打造智慧烟厂,就是深挖生产环节的潜能,确保市场驱动型复合调度体系的有效运转。

  上承企业发展战略,以新一轮技改为依托,宁波卷烟厂积极破题“智慧工厂”建设。

  2016年6月,历时不到三年,宁波卷烟厂完成异地技改整体搬迁。此次搬迁不仅带来了装备、工艺和技术的全面升级,也为工厂的未来注入了“智慧基因”。

  例如,以智慧MES为核心的一体化集成管控平台,上与“大脑”浙江中烟PDM、ERP以及批次管理系统相连,下与各类“神经组织”制丝、卷包数采和物流、能源系统对接,通过“指令”传输达到对生产、工艺全过程的协同管控,为智能化控制、柔性化生产提供了有力支撑。

  在此基础上,宁波卷烟厂多次组织跨部门沟通,广泛听取行业内外专家意见,形成了具有鲜明“宁烟特色”的智慧工厂建设思路——以“云计算、大数据、物联网、移动互联”为技术支撑,提升质量管理、生产运作、设备管理、成本管控四种能力,完善生产、设备、能源、安全、管理五大业务体系,实现精益生产、智能生产、柔性生产的目标。

  数据为基,驱动业务升级

  万丈高楼平地起。建设智慧工厂,宁波卷烟厂有一个共识:智慧化的数据采集是基础,学会分析数据、利用数据,驱动业务升级是必须坚持的方法论。

  数据驱动首先要有海量的数据作支撑。

  除能实时数采的自动生产线、工业机器人、AGV小车等设备外,宁波卷烟厂还广泛应用气体监测、图像识别、振动频谱监测、RFID等物联网技术,破除生产设备和物流设备状态数据采集盲区。据统计,该厂主要设备上的实时监控数据采集点达10万余个。

  对采集上来的海量数据,宁波卷烟厂制定统一的标准和管理规范,并将其纳入生产管理、制丝集控、能源系统、设备管理等业务应用领域,建立“数入一库、一数一源、数出一门”的实时数据库,进行统一集中管理。如此一来,通过数据的采集和跟踪,宁波卷烟厂实现了对物料和成品从生产、质检、仓储到运输等各环节的数字化管控,达到了全程可视化、安全可监控、质量可追溯、效率可计量的目标。

  数据驱动关键是要学会分析利用数据,让数据说话。

  在宁波卷烟厂卷包车间,与其他机组相比,ZJ112-ZB47型卷接包机组多了一块电子屏。“这是上线一年多的设备健康状态监测系统。”设备管理员张挺说道。

  “卷烟机有8个监测点,包装机有13个监测点,可实时采集到机组关键部位的振动、油液、温度等信息。”张挺介绍说,系统将这些信息与故障发生的特有频率以及零件劣化过程关联,建立故障发生的特征模型,“从而让沉默的数据说话,实现对设备健康的智能诊断”。据悉,系统上线以来,已成功预警烟支推进器传动等故障,为宁波卷烟厂完善设备全生命周期管理提供了有益借鉴。

  不只是设备管理,着眼业务应用,宁波卷烟厂用数据驱动,奏响智慧升级进行曲——

  智能排产持续优化。以市场需求、设备产能、库存周转率、实际产量为考虑因素,采用上游拉动、分段排程的策略,搭建智能排产模型,将日生产计划细化到每个生产线、工艺段和机台,提高计划的准确性和滚动的及时性。

  智慧工艺逐步落地。以ZJ112卷接机为试点,利用大数据处理技术实时运算处理海量数据,实现卷包生产过程中的在线质量过程监控、报警、处理与分析,提高卷包过程质量管控的时效性。

  精准供给初见成效。通过数据建模,形成“事前—事中—事后”的能源管控一体化模式,实现精准供给。工厂搬迁后,在工艺空调面积翻倍、产量增加18%的前提下,能源消耗总量反而减少343吨标准煤,降幅达3.33%。

  移动办公全面铺开。聚焦“基础管理”,将办公自动化系统、SMES系统、动力管控系统等融入浙江中烟统一的移动平台,实现手机端的移动办公;聚焦“生产应用”,开发设备运维检查、工艺巡检等模块,实现PDA端的移动作业。

  步步为营,迈向智能制造

  2018年,宁波卷烟厂成为行业首批智能工厂建设试点。这不仅是对宁波卷烟厂智能化生产能力的认可和肯定,也为其在更高水平上推进智慧烟厂建设提供了强大动力。

  以此为契机,宁波卷烟厂加大“云大物移”等技术的深度融合力度,选择一些关键问题作为突破口,调动全员参与“智造”的热情。中控室里、机台旁边、生产线上,步步有新景,处处有故事,散发出“宁烟智造”的魅力。

  动力车间综合工单、环境温湿度、所在区域等相关因子,为全厂49组工艺空调制定智能“开关机”策略——每组空调可根据生产现场情况,自行算出达到工艺标准温湿度所需时间,“不早开不晚停”,最大程度节省了运行时间。截至10月底,该厂空调正常运行780多天,创下一项新纪录。

  针对薄板烘丝工段工艺标准要求高,操作难度大,经常会出现干头、干尾现象,制丝车间联合信息中心运用虚拟仿真技术,搭建烘丝过程控制智能模型。如今,宁波卷烟厂已完成22个批次的智能烘丝生产,偏差值在0.0004以内,达到行业领先水平。

  在卷包车间,宁波卷烟厂以国产ZJ116-ZB48型超高速卷接包机组为试点,探索用人工智能技术建立故障模型。模型模拟“蛛网感知”原理,利用数采的300多个测点作为感知神经元,与设备的数百个关键部件、数千个故障之间建立图谱关联,不仅可实时探测设备故障风险度,而且还可对质量缺陷相关参数进行关联分析,为设备维护提供决策参考。从2017年投产起,超高组机组运行速度和有效作业率连续两年位居行业首位。

  ……

  据介绍,智慧工厂建设以来,宁波卷烟厂产能逐年攀升,产品质量保持优良,原辅料消耗、能耗持续下降。特别是2018年,全员劳动生产率达到每人每年887.1箱,行业排名第一。

  “智造”探索未有穷期。虞文进表示,未来宁波卷烟厂将继续以行业智能工厂试点为依托,秉承“软件即服务”的理念,探索基于新一代人工智能技术的微服务,通过工业智能感知、智能建模、智能控制、智能优化与智能运维等,建立起共享制造资源的服务平台,实现制造资源与服务的高度开放、协作和共享。

  “慧”起甬江入海阔。伴着奔腾不息的甬江水,宁波卷烟厂朝着打造行业一流卷烟工厂的目标奋勇向前。

制丝有“智”

本报记者 张猛 通讯员 陈嘉杰

  又啃下一块“硬骨头”!

  今年以来,浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂烘丝机出口水分,每月距离标准偏差都稳定在0.0004以内,有的月份甚至是0,名列行业前茅。

  烘丝,卷烟制造的关键工序,其出口水分偏差更是直接关系到卷烟内在品吸质量。“智慧制丝,我们就从最关键的工序,最核心的指标寻求突破。”宁波卷烟厂制丝车间副主任章晓白说。

  而突破口的打开,离不开今年上线的制丝SPC监控预警系统。

  破题“智能预警”

  SPC,统计过程控制,即利用统计的方法来监控生产过程,以预防产品品质的变异,被广泛应用在工厂质量管理之中。

  SPC与以往质量控制有何不同?“之前我们主要使用彩虹图,局限在固定工艺和规格,对单一生产工序或某一质量指标进行监控。而SPC的监控范围扩展到整个工单存续周期,并根据相应的判异原则,对各数据点进行实时的自主分析。”宁波卷烟厂生产技术科主任张青松介绍说。

  智慧工厂,意味着管理理念和方法的升级完善。2107年,异地技改完成后,宁波卷烟厂多部门组成实施小组,决定以烘丝段为试点构建SPC实时监控预警系统,探索质量分析智能预警和工艺参数智能化控制,迈出“智慧制丝”第一步。

  以预热、准备、料头、稳定、收尾五大生产流程为经,以工艺、设备、辅助参数三大类数据为纬,实施小组首先设计出不同的数据类型和判异规则。历经两个多月的时间,2017年年底,SPC实时监控预警系统功能模块完成设计,涵盖过程监视报警、质量分析预警、报表统计生成、六西格玛测评、信息导入流转以及个性化配置六个模块。

  智能预警,既要确定判异规则,也要厘清规则运行逻辑。“系统试运行时,8项判异规则并行判定,预警次数和维度过于冗杂。”质量控制员王鸣敏介绍,为此,他们大幅修改系统后台逻辑和架构,科学区分出产品质量和设备运行参数中的正常和异常波动,从而有效应对。

  智能预警,不仅要快,还要准。实施小组还在系统内添加分析程序,实现前后工序之间、批次与批次之间、线与线之间的信息联动,在减少预警次数的同时,大大提高了预警的准确度和可信度。

  历时一年多试点,数百万字节的数据运算……2019年1月,完善后的SPC监控预警系统在烘丝工段全面推行。

  走向“智慧制丝”

  “预警信号发出后,系统会根据参数情况分等级配置推送到个人,提高了问题响应速度。”在制丝车间中控室里,谈起SPC监控预警系统,挡车工高爱萍赞不绝口,“处理结果同步录入系统,也为以后问题解决提供了经验。”

  据统计,系统上线以来,制丝车间38个薄板烘丝和8个气流烘丝参数实现了全流程监控,数十项烘丝关键指标稳中有升。其中,最为关键的烘丝出口水分指标改善最为明显。

  数字背后还有更大的改变。

  比如,基于系统对工艺、设备异常状态的实时监测,制丝车间转变设备维修方式,变事后维修为预知维修,提升了设备管理维护能力。

  比如,通过对设备运行数据和制丝三线同牌号生产数据的智能分析,制丝车间建立起一套全新的工艺管理体系,为实现不同规格三线打通、进行柔性化生产提供了有力保障。

  再如,宁波卷烟厂将SPC监控预警系统与大数据的应用深度融合,通过人工智能的自学习、自评价、自适应,搭建生产工艺参数及内控指标的智能控制模型。“新模型已应用在22个批次的生产上,效果非常好。”工艺质量员王淼说。

  从结果控制向过程控制转变、控制指标向控制参数转变、人工经验决策向自动化科学决策转变……随着SPC监控预警系统将在全制丝线铺开,宁波卷烟厂“智慧制丝”之路,前景可期。

能源添“能”

本报记者 张猛 通讯员 王小欢

  788天!

  11月6日,浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂能源集控中心,监控大屏上滚动闪现的这个数字,是该厂技改后动力系统创下的连续安全无故障运行新纪录,激励着宁波卷烟厂能源管理不断迈向新高度!

  “技改后,能源管控系统技术提升很大,但仅局限在能源的及时供应上。在‘智慧工厂’建设中,我们将服务触角延伸到制丝、卷包生产线的动能接口末端,以构建智慧动力管控一体化新模式,提升服务生产水平、协同制造能力和风险把控能力。”宁波卷烟厂动力车间主任刘剑敏说。

  基于这样的认识,宁波卷烟厂更加关注能源产品输送的过程质量控制,通过事前仿真、事中监控、事后诊断的管理闭环,精准按需供能,真正把水、电、气、汽控制作为产品内在质量工艺控制的一部分,着力打造烟草行业能源管控标杆企业。

  ——按需供能。

  “新的管控模式下,我们的管理理念、管控范围、工艺融合力度发生了改变,但精准按需供能的目标不变。”刘剑敏说。

  需求如何确定?信息化是关键支撑。动力车间以生产计划为纲,交互打通MES系统、能管系统和集控系统(三大车间)等信息系统,综合生产批次、气象数据、设备运行效率等因素,进行动能需求测算,从“以天为单位”向“以分钟为单位”进行能源供给。

  “以前,大家往往凭经验,提前半个小时将工艺空调统一打开,现在通过搭建模型,空调开关时间与批次跟踪关联起来,实现智能开关,避免了浪费。”动力车间设备管理员孔磊介绍说。在生产部门的帮助下,动力车间制定出十几种生产组织模式的供能方案,锅炉压力、制冷系统、压缩空气压力等系统的开关机策略也得以确立。

  ——智能监控。

  “真空系统,冷却塔接水盘液位持续10分钟高于0.6米,请查看问题。”11月6日下午,收到智慧管控一体化监控调度平台推送的预警信息后,动力车间设备副主任胡小虎立刻赶到现场,及时排查设备隐患。

  为加强事中监控生产运行,宁波卷烟厂对动能供应系统和集中监控系统进行两化融合,上线了新的智慧动力管控一体化监控调度平台,实现对能源供应全过程的监控、预警、响应、评价。

  目前,通过每10秒对生产批次取样监控,监控调度平台搭建了7个生产供能系统风险点预测预警与智能管控模型,风险把控度提升50%。

  ——持续优化。

  动力管控视角的延伸,在增强三大车间协同生产能力的同时,也为能源供应业务流程的持续优化奠定了基础。宁波卷烟厂围绕批次信息,从能源种类、使用部门、设备、生产品牌、工单等多维度进行能耗的事后分析,用大数据挖掘能源质量不达标因素、设备效率不稳定因素和能源消耗波动因素,并对问题进行项目攻关,成果显著。截至目前,已申报发明专利8个、实用新型专利10个。

  以《真空泵多台并联运行效能提升与输出平衡研究应用》项目为例,技术团队根据真空泵的频率、电流、循环水量、吸气量等参数特点,算出真空泵的最佳参数配置。改进后,真空系统只需要2台设备开到40赫兹,就能满足卷包车间的吸气量需求,每年为企业节省电费约35.7万元。

  如今,在技改后工艺空调面积翻倍、产量增加18%的前提下,宁波卷烟厂能源消耗总量较技改前减少343吨标准媒,减少幅度达3.33%,呈现出能耗总量增长速率明显小于产量增长速率的良好态势。


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