運用數字化技術提高農膜生產效益

李子平，李 浩，林潔波

（廣東金明精機股份有限公司，廣東汕頭 515098）

0 引言

農膜行業近幾年發展速度較快，多層共擠成型、涂覆等裝備技術水平和新產品開發取得突破性進展，裝備結構從三層發展到五層共擠，主要性能達到國際先進水平。高性能功能膜的研發打破了國外壟斷，已經接近或達到世界先進水平[1]。但在生產模式上仍以粗放型為主，對生產流程缺乏高效管理，信息化程度普遍較低，目前生產設備大部分屬于自動化階段，數字化應用較少，缺乏有效的信息化管理。生產效率和資源利用率低、產品不良品率較高，距離數字化、信息化的要求還存在很大的差距。

隨著中國制造2025的國家戰略實施，農用塑料薄膜的市場需求會不斷上升。各種新材料、新設備和新工藝不斷涌現，將促使農膜朝著品種多樣化、專用化以及具備多功能的復合膜方向發展。產品的分類越來越細，功能化、多樣化、小批量、多品種將是行業的生產方式發展趨勢[2]。

應用信息化、數字化技術適應農膜市場變化的需求，提升企業的設計、生產、管理等水平，提高生產效率和產品質量，提升行業快速響應市場定制化需求的能力，對促進農膜產業技術升級和持續發展具有積極作用。

1 系統實施架構

數字化技術應用基礎是生產過程運行工況的數字化以及數據的傳輸，其中實現設備聯網是數字化、信息化的關鍵環節。要實現數字化，首先設備必須有較好的自動化基礎，能實現主要運行參數數字化，其次是設備上必須設計有數字接口和統一的通訊數據格式，實現設備運行參數和數據的連接、采集、記錄，將數據傳輸到管控中心，在此基礎上才能實施數字化應用[3]。目前，數字化技術在農膜行業應用目前主要有以下幾個方面：

（1）實現實時過程數據和工藝數據采集、記錄、分析，為生產運營提供有效的數據來源；

（2）建立生產SCADA系統，用于車間生產流程的監控，實現生產線數據采集、記錄、管控、報警及故障等信息的實時顯示及歷史查詢功能；

（3）實現產品質量在線控制，生產過程中對薄膜厚度、薄膜均勻度等關鍵過程參數進行在線檢測和記錄，提高制造過程中對制品的自動化檢測水平，為運行管理和質量管控收集數據；

（4）建立自動化原材料配送系統，實現自動化配送，將原料配送系統與設備控制系統結合，可有效提高生產流程中材料供應環節的效率，降低運營成本；

（5）通過能耗數據采集，建立能耗監控系統，對生產過程主要單位能耗進行監控，建立不同狀態下對應的能耗關系，優化產品工藝，降低能耗；

（6）設備控制系統與制造執行系統（MES）無縫連接，實現先進的生產運行管理，包括生產計劃與調度、物流管控、質量管控、設備運行狀態監視、性能分析、生產跟蹤與追溯、生產數據收集等。

2 各部分功能設計

數字化技術在農膜生產上的應用主要是將現有各部分功能通過網絡系統連接在一起，建立統一的數據通訊格式，實現數據互聯互通，在此基礎上進行數字化應用開發，提高農膜的生產效益。

2.1 生產線SCADA監控

生產線SCADA監控是數字化應用的主要表現，將生產設備的可編程控制器、驅動器、傳感器等現場設備利用通訊網絡將數據連接到采集平臺，通過SCADA系統進行展示，實現生產流程可視化遠程監控，生產過程數據的實時采集和歷史數據存儲、報警與診斷等功能[4]。

SCADA生產監控系統實現基礎監控軟件和通訊接口的連接，將不同控制器的通訊協議連接或轉換到同一平臺上，實現各控制器與控制系統之間的數據交換，監控系統主要完成以下功能：

（1）實現對生產線、運行設備數據采集和管控(圖1)；

（2）生產線運行狀態監視，集中監視生產線主要設備的狀態：運行、停止、故障等；

（3）顯示生產線產品類型、批號、型號、數量等，在線數量和下線數量，實時展示目標產量與實際產量；

（4）故障及報警信息的實時顯示及歷史數據查詢功能。

圖1 運行數據監控

2.2 產品質量監控及控制

農膜生產過程主要的產品參數是厚度和寬度，生產設備如能將數據連接傳輸到平臺上，就能實現產品在線質量監控和反饋。在線厚度檢測及自動控制技術前幾年在行業上已經有應用[5]，控制技術包括在線檢測、工藝控制算法、驅動系統等，如何利用在線厚度控制實現產品質量檢測和控制是數字化農膜生產過程的重要環節。

項目研發的厚度控制系統將檢測到薄膜厚度信號分兩部分，一部分用于控制，及時對產品進行調整，將厚度采集與擠出系統結合，實現產品自動切換功能，簡化生產工藝，節約規格更換材料損耗。另一部分數據傳輸到監控系統，監控系統按產品生產時間單位對厚薄變化進行統計，分析出不同時間段生產的薄膜質量，作為產品質量控制的依據，實現產品質量可追溯性。膜泡寬度質量控制與厚度相同，通過厚度和寬度的在線檢查和反饋，有效控制產品質量，提高生產合格率[6-7]。

2.3 原料配送系統

原料配送系統主要由原料倉、輸送管道、控制閥、真空泵組成，實現原料從材料倉自動輸送到設備擠出機，減少人工。原料配送系統生產過程中與控制系統結合，根據訂單需求形成的原料清單等信息，系統將原料輸送到配料裝置，配料裝置根據不同材料配比進行混合，混合完成的原料通過輸送管道輸送到不同的擠出機儲料筒上，實現原材料供應全自動化配送流程。原料配送系統通過與生產管理系統的鏈接，將大幅減輕勞動強度，確保原料配送的準確率[8]。

2.4 遠程診斷服務

數字化設備通過網絡接口可實現遠程診斷及維護。通常生產設備不能直接連上以太網，設計過程中通過VNP等方式實現遠程設備連接，打通連接鏈路，實現遠程數據采集與診斷功能，使設備制造商能隨時對裝備進行故障診斷和排除[9]。

2.5 設備管理

數字化技術在設備維護維保以及設備管理上發揮重要的作用，可提供有效的設備的運行、維護、保養管理，確保生產正常運行。

（1）設備運行狀態監控，記錄統計運行時間、運行狀態；

（2）通過數據記錄可實現設備停機管理，分析造成設備停機的各種原因和頻率，減少設備異常停機，對工藝停機、物料停機、能源停機、機械故障、電氣故障等進行分析處理；

（3）設備效率計算，各產線效率對比，產品合格率、廢品率產量統計生產周期統計；

（4）設備維護：日常保養計劃，使用壽命記錄、參數和精度管理。

2.6 生產報表及信息跟蹤查詢

數字化技術可有效滿足生產的可追溯要求，將采集到生產信息、產品名稱、日期、批次、指令號、人員信息等進行存儲，便于可追溯控制。通過SCADA系統，實時跟蹤生產單名稱、生產進度、產品規格、統計信息等內容，也可以按生產日期、生產訂單、產品名稱等方式進行查詢等，通過數據匯總，可生成車間、機臺的生產績效、物料消耗、質量管理等各類不同時間的報表及批次，更好地服務于生產。

3 結束語

數字化技術應用有效提高農膜生產效益，國內企業已經開始實施，企業生產效率提高20%，原材料節約5%以上，取得良好效果。數字化技術實現產品生產的全數字化管理，生產流程可視化、質量管理透明化、在線檢測數字化和工藝可持續改近。提高產品質量、能源利用率，降低運營成本，進一步延伸和發展將是數字化車間和智能化生產流程控制，有利于行業的技術升和生產模式的升級換代。