日化行業(yè)智能工廠設(shè)計(jì)方案

崔 洋 周學(xué)蕾

（中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京，100026）

1 工業(yè)革命發(fā)展進(jìn)程

隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，其在工業(yè)領(lǐng)域的作用也越發(fā)重要。自發(fā)明蒸汽機(jī)至今，人類社會(huì)的工業(yè)革命經(jīng)歷了從1.0到4.0的發(fā)展，如圖1所示。

工業(yè)4.0的目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，其分為三大主題：“智能工廠”、“智能生產(chǎn)”、“智能物流”。本文主要是圍繞智能工廠進(jìn)行討論。

智能工廠是構(gòu)成工業(yè)4.0的核心元素。在智能工廠內(nèi)，不僅要求單體設(shè)備是智能的，而且要求工廠內(nèi)的所有設(shè)施、設(shè)備與資源（機(jī)器、物流器具、原材料、產(chǎn)品等）實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)，以滿足智能生產(chǎn)和智能物流的要求。通過互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)，使工廠內(nèi)外的萬物互聯(lián)，形成全新的業(yè)務(wù)模式。

可以從圖2和圖3的對(duì)比清晰看到：信息傳遞的速度明顯加快，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的精確分析是工業(yè)4.0的生產(chǎn)體系區(qū)別于傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)體系的本質(zhì)特征。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集和分析，能夠?yàn)槠髽I(yè)決策提供有效的指導(dǎo)，進(jìn)而大幅提升運(yùn)營(yíng)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化生產(chǎn)及庫(kù)存的節(jié)奏和規(guī)模，使得企業(yè)有機(jī)會(huì)把價(jià)值鏈上的更多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

圖1 工業(yè)革命發(fā)展進(jìn)程

圖2 現(xiàn)有信息傳送流程

圖3 未來信息傳送流程

2 廠區(qū)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 廠區(qū)系統(tǒng)布置

日化行業(yè)如何能逐步實(shí)現(xiàn)智能工廠建設(shè)已成為眾多日化企業(yè)和設(shè)計(jì)院研究的重要課題。本文以液體洗滌劑工廠為例闡述了該企業(yè)如何逐步實(shí)現(xiàn)智能化。可以從圖4中看到整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)落有致的分布在廠區(qū)的每一個(gè)信息采集區(qū)和生產(chǎn)區(qū)，與廠區(qū)的總體布局和交通流線結(jié)合在一起，形成了一個(gè)綠色、環(huán)保、節(jié)能的現(xiàn)代化智能工廠。整個(gè)廠區(qū)的核心控制系統(tǒng)-MES（制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)）坐落在綜合辦公樓內(nèi)，它是集生產(chǎn)管理、生產(chǎn)調(diào)度、信息采集、能源分析、數(shù)據(jù)處理為一體的綜合性智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)分布在廠區(qū)的每一個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)管理。同時(shí)每一個(gè)過程控制系統(tǒng)與核心控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，憑借核心控制系統(tǒng)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析能力，提升單個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

2.2 控制系統(tǒng)配置

整個(gè)廠區(qū)核心系統(tǒng)配置擬采用MES作為整個(gè)廠區(qū)的生產(chǎn)管理平臺(tái)。MES能通過信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，其具有生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、數(shù)據(jù)管理、能耗管理等功能，并且具有強(qiáng)大的第三方系統(tǒng)兼容性。MES上層組織構(gòu)架可采用ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）系統(tǒng)，下層組織構(gòu)架包括DCS（集散控制系統(tǒng)）、灌裝系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等。最底層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括測(cè)量?jī)x表、攝像頭、電視看板、PDA等。以上組織結(jié)構(gòu)如圖5所示共同組成了廠區(qū)的控制系統(tǒng)配置。

圖4 廠區(qū)系統(tǒng)布置

圖5 廠區(qū)控制系統(tǒng)配置

3 廠區(qū)信息采集

智能工廠有一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是 原材料（物質(zhì)）”轉(zhuǎn)化為 信息”。準(zhǔn)確來說，是智能工廠中使用了含有信息的 原材料”，實(shí)現(xiàn)了 原材料（物質(zhì)）”和 信息 相互轉(zhuǎn)化。從圖6中可以清晰的看到整個(gè)廠區(qū)的物流流程與控制系統(tǒng)相結(jié)合，每一個(gè)物流環(huán)節(jié)都有與之相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備、信息發(fā)布設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備、管理系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，原材料從出廠時(shí)就被貼上了標(biāo)簽，使原材料的運(yùn)輸、生產(chǎn)到成為產(chǎn)品出廠的過程變成了一股信息流。整個(gè)廠區(qū)物流系統(tǒng)配置具有實(shí)現(xiàn)無人化工廠的功能。

圖6 廠區(qū)信息采集系統(tǒng)

3.1 門衛(wèi)系統(tǒng)

通過無線掃描槍掃描送貨單，并通過電腦終端核對(duì)送貨單，確認(rèn)后錄入車牌信息，綁定送貨單，同時(shí)通過標(biāo)簽打印機(jī)打印標(biāo)簽貼至貨車。

3.2 停車場(chǎng)系統(tǒng)

司機(jī)將車停在指定的停車場(chǎng)待檢區(qū)。原材料經(jīng)過抽檢合格后，司機(jī)根據(jù)放置在休息室內(nèi)的電視機(jī)大屏幕顯示的送貨信息，將原材料送至相應(yīng)原料倉(cāng)庫(kù)。

3.3 稱重系統(tǒng)

所有運(yùn)送原材料的貨車必須通過地秤進(jìn)行重量測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)傳至MES系統(tǒng)與系統(tǒng)存儲(chǔ)送貨清單進(jìn)行比較，核對(duì)無誤后方能駛?cè)朐闲读蠀^(qū)。

3.4 出/入庫(kù)系統(tǒng)

出/入庫(kù)系統(tǒng)（原材料）：倉(cāng)庫(kù)卸料人員通過掃描貨車上的標(biāo)簽，將原材料送至原料庫(kù)中的指定位置，放置完畢后系統(tǒng)自動(dòng)更新庫(kù)位信息。配送人員接收MES系統(tǒng)推送的配送單，將原料送至車間倉(cāng)進(jìn)行配置生產(chǎn)。

3.5 車間DCS系統(tǒng)

各生產(chǎn)車間采用DCS（集散控制系統(tǒng)）。生產(chǎn)過程中的檢測(cè)儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過預(yù)置在DCS中的程序模塊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。

3.6 灌裝系統(tǒng)

見圖7。

3.7 智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

封箱完成通過自動(dòng)碼垛機(jī)器人碼垛后，由智能物流系統(tǒng)送至立體庫(kù)的相應(yīng)位置。叉車司機(jī)通過MES推送的出貨信息，將相應(yīng)成品運(yùn)送至成品揀配區(qū)，待檢驗(yàn)合格后貼碼出貨，整個(gè)流程入圖8所示。

圖7 洗衣液灌裝流程

圖8 智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)

3.8 成品出庫(kù)系統(tǒng)

MES系統(tǒng)推送按照 交貨單 生成揀配任務(wù)單， 揀配人員通過PDA選擇揀配單，開始揀配，并配送至指定發(fā)貨平臺(tái)。發(fā)貨人員通過PDA核對(duì)當(dāng)前交貨單信息（品類，數(shù)量、發(fā)貨臺(tái)等），并掃碼出庫(kù)成品條碼。質(zhì)檢人員通過終端選擇任務(wù)單，通過打碼機(jī)打印質(zhì)檢條碼， 貼至抽檢器皿，去到現(xiàn)場(chǎng)取樣，質(zhì)檢合格后出廠發(fā)貨。

4 結(jié)論

以上介紹的是現(xiàn)階段智能化工廠的設(shè)計(jì)方案，它能夠?qū)崿F(xiàn)工廠內(nèi)各個(gè)層面，乃至每臺(tái)設(shè)備數(shù)字化建模與互聯(lián)互通。廠區(qū)內(nèi)部信息采集是整個(gè)信息流其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是為了打造從客戶需求，到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、供應(yīng)商集成、制造以及物流服務(wù)的全流程供應(yīng)鏈集成體系的基礎(chǔ)保證。