物聯(lián)網(wǎng)（IoT）升級智能制造
——以中集青島冷箱為例

文|耿 峰 趙曉明 徐 錚

隨著社會的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術在信息化與自動化融合之中，起著日趨重要的作用，越來越多的技術公司和工業(yè)公司試圖將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在工業(yè)生產(chǎn)領域，來洞察生產(chǎn)過程，實現(xiàn)基于實時、真實數(shù)據(jù)的智能化運營。筆者通過親歷物聯(lián)網(wǎng)在青島中集冷藏箱制造有限公司（以下簡稱：中集青島冷箱）的實際場景應用，“看到”了物聯(lián)網(wǎng)技術在助力企業(yè)智能制造升級方面發(fā)揮了巨大的作用。

中集青島冷箱根據(jù)自身數(shù)字化精益智能制造需求，制定了終端設備、生產(chǎn)制造設備、其他IT系統(tǒng)均為需連接的“物”的方向。結合PTC公司（美國參數(shù)技術公司）Thingworx平臺的能力，使得無論是連接終端設備、工廠設備、云端數(shù)據(jù)還是企業(yè)級的IT系統(tǒng)都得心應手。

設備互聯(lián)讓監(jiān)控直觀

中集青島冷箱基于業(yè)務需求梳理，對業(yè)務應用場景的選擇最終聚焦在設備管理、關鍵工藝、HSE管理、能耗管理等四大模塊上，并與公司現(xiàn)有MES系統(tǒng)集成。通過這樣的方式，中集青島冷箱打通了設備與管理系統(tǒng)之間的信息通道，實現(xiàn)設備狀態(tài)在線監(jiān)控、工藝大數(shù)據(jù)機器學習及分析、精細化的能源管控，為生成管理提供精細化的數(shù)據(jù)依據(jù)。

設備基礎數(shù)據(jù)采集后，借助物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺能夠直觀地展示設備的運行狀態(tài)以及關鍵參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，并且能夠獲取到設備運行過程中的警告信息，為設備的預防性維修以及降低非計劃停機起到了極大的幫助作用。例如現(xiàn)場空壓機管理，之前需要專人定點巡檢空壓機的壓力、溫度等參數(shù)，以防車間內空氣壓力過低影響生產(chǎn)。現(xiàn)在數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)實時地監(jiān)控空壓機的運行狀態(tài)，當壓力低于設定值時就會出現(xiàn)報警提醒，維修工可以第一時間去現(xiàn)場排查處理，避免非計劃停機。

此外，通過實時采集設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)平臺能夠對設備進行預見性維修與保養(yǎng)，在設備損壞之前提醒設備維護工程師進行保養(yǎng)維護。例如中集青島冷箱總裝線同步拉箱地鏈的保養(yǎng)周期是6個月，但因為淡旺季使用頻率不同，6個月不能充分反饋設備的實際運行時間。現(xiàn)在通過采集實際運行時間，累計時間5000小時就會有維修/保養(yǎng)預警。

標準化工藝達最佳平衡

環(huán)戊烷發(fā)泡工藝是中集青島冷箱的核心工藝。但工藝過程中，影響其發(fā)泡質量的因素特別多，例如環(huán)境溫度、濕度、發(fā)泡料溫、發(fā)泡機的流速、注料時間、平臺溫度及發(fā)泡平臺的保壓時間等。因此分析影響發(fā)泡質量的問題非常復雜，解決的及時性無法保障，效果也不理想。

而基于發(fā)泡工藝過程，確定物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)、采集頻次后，通過數(shù)學方法對這些參數(shù)進行一定的組織和抽象，再加上質量檢測結果，最終形成了在這個工藝分析場景中一條工藝數(shù)據(jù)的標準。然后將這樣的標準使用程序輸入系統(tǒng)，使得每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)按照這樣的標準被記錄在系統(tǒng)中，形成一條條的數(shù)據(jù)記錄。當數(shù)據(jù)形成一定量的積累后（根據(jù)實際情況滿足數(shù)據(jù)量和結果正太分布的最小要求），即可對數(shù)據(jù)進行建模分析和計算。

這其中既包括了單個影響因素，也包括了一些組合因素的影響，比如在特定溫濕度及液壓的共同作用下發(fā)泡的質量會受到明顯影響。預測模型過程將持續(xù)優(yōu)化，因為隨著數(shù)據(jù)量越來越大、樣本越來越豐富，可能會對模型結果產(chǎn)生影響；更重要的是，結果跟生產(chǎn)實際相結合并對生產(chǎn)作業(yè)進行優(yōu)化后，產(chǎn)生的新數(shù)據(jù)也可能會帶來結果的差異；通過持續(xù)優(yōu)化與生產(chǎn)的結合最終使得生產(chǎn)工藝達到一個最佳平衡。

管控安全隱患風險

中集青島冷箱車間環(huán)戊烷發(fā)泡屬公司重大 HSE[健康（Health）、安全（Safety）和環(huán)境（Environmental）管理體系的簡稱]風險管控對象，借助物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)了對其安全隱患的有效管控，意義重大。車間發(fā)泡平臺區(qū)域通過安裝濃度監(jiān)測探頭，可實時采集環(huán)戊烷濃度，通過將數(shù)據(jù)直接寫入PLC寄存器地址中，實時記錄，不再需要人工巡檢記錄。通過設置報警閥值，超過閥值系統(tǒng)自動報警并通知相關人員，將具體位置的探頭報警信息傳遞到相關人員手中，支持應急小組在第一時間采取應對措施。通過將環(huán)戊烷PLC、抽風控制柜PLC互聯(lián)，實現(xiàn)了環(huán)戊烷濃度檢測與抽風系統(tǒng)聯(lián)動。當環(huán)戊烷濃度達閥值時，自動觸發(fā)環(huán)戊烷抽風系統(tǒng)運轉以降低濃度，當濃度降低到一定的數(shù)值后抽風系統(tǒng)自動停止，既保障了生產(chǎn)安全，又可節(jié)約能耗。

通過HSE設備運轉關鍵數(shù)據(jù)實時監(jiān)控，提供溫度、壓力異常報警（其中有1項非常重要的參數(shù)是活性炭的溫度，它的有效工作溫度是100℃，但高于120℃有安全隱患），實現(xiàn)了在辦公室就可對現(xiàn)場10多套HSE設備運行狀態(tài)全面管控，運轉異常及時提醒以規(guī)避隱患。

實現(xiàn)精細化能源管理

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于中集青島冷箱現(xiàn)有MES系統(tǒng)（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）的集成，實現(xiàn)了能源電耗的精細化管控。較以往月度統(tǒng)計分析、成本分攤，可精細化至各工作中心的單箱耗用動態(tài)分析，并對生產(chǎn)用電、非生產(chǎn)用電的比較，支持對空壓機等大能耗設備運轉過程監(jiān)控與調優(yōu)。

首先，將電耗監(jiān)控、成本分析細化至了生產(chǎn)工作中心，通過與MES系統(tǒng)產(chǎn)量數(shù)據(jù)的集成，可實現(xiàn)各工作中心單箱用電量的報表統(tǒng)計分析；通過白、夜班比較分析，可促進能耗原單位改善。

其次，使中集青島冷箱的空壓機等電耗大戶的過程電耗一目了然，有利于幫助企業(yè)加強大功率設備負荷管控，監(jiān)控非生產(chǎn)狀態(tài)下的設備空轉用電浪費，實施專項成本節(jié)約改善。

最后，電耗分析由月度分析細化至每日、每兩小時，成本數(shù)據(jù)精準、可及時發(fā)現(xiàn)異常，實現(xiàn)快速改善。動態(tài)監(jiān)控每日生產(chǎn)用電、非生產(chǎn)用電，其各自占比、用量變化趨勢可自動生成分析報表，有利于我們生產(chǎn)淡、旺季進行更好的針對性分析。

以精益管理模式為根

中集青島冷箱智能制造核心以精益管理為根基，自2009年開始引入精益管理，從安全、設備、質量、人員培育、物料、作業(yè)、成本、物流、價值流等方面全面構建了符合公司特色的精益管理模式，構建了以指標分析為基礎的改善機制。精益全價值流管理的打通，為智能制造工廠打造奠定了基礎。2013年，中集青島冷箱提出“以精益管理體系為中心，以冷鏈產(chǎn)品/服務生命周期管理流程為主線，構建信息流、工藝流、物流‘三流合一’的智能制造工廠”。最大程度在自動化設備應用的基礎上，通過將信息化手段與精益管理理念融合，促進生產(chǎn)制造過程向“柔性化、數(shù)據(jù)化、透明化、精細化、可視化”轉變。

未來物聯(lián)網(wǎng)技術應用可能是將生活、生產(chǎn)中一切硬件設備連接起來，其核心是“物”——“數(shù)據(jù)”鏈接后的價值挖掘。物聯(lián)網(wǎng)技術作為信息化工具在工業(yè)企業(yè)應用過程中，需要自動化硬件作為基礎保障，而實現(xiàn)精益管理才是物聯(lián)“數(shù)據(jù)”這一價值挖掘的核心體現(xiàn)。