淺談智能印刷工廠的建設(shè)

文 魏新平 李征

工業(yè)4.0如狂風(fēng)暴雨般席卷全球，引發(fā)了各行各業(yè)的強(qiáng)烈反響，高效、環(huán)保、綠色的發(fā)展理念成為大家的共識(shí)；如何改進(jìn)當(dāng)前生產(chǎn)模式、提升工廠效益已是全社會(huì)思考和討論的焦點(diǎn)，信息化和自動(dòng)化程度相對(duì)較低的印刷包裝涂布行業(yè)，該如何改變來應(yīng)對(duì)新時(shí)代發(fā)展的挑戰(zhàn)、打造智能工廠呢?

智能印刷工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排產(chǎn)。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。筆者認(rèn)為智能印刷工廠的建設(shè)需要從以下4個(gè)方面著手。

合理的生產(chǎn)布局

對(duì)于印刷工廠來講，合理的生產(chǎn)布局就是要按照生產(chǎn)工藝流向?qū)υO(shè)備、物料和物流進(jìn)行“U”型布局，這樣可以減少不必要的物流交叉，達(dá)到最佳的物料流通效果，讓生產(chǎn)過程更加流暢。不過，智能工廠的生產(chǎn)布局還應(yīng)該考慮更多元素：

1.設(shè)備層面。國(guó)家政策的要求下，環(huán)保設(shè)備必不可少，所以排放設(shè)備（印刷復(fù)合等）要盡可能集中排布，并根據(jù)其排風(fēng)管道的布置綜合考慮環(huán)保設(shè)備的合理位置。

2.倉儲(chǔ)系統(tǒng)。智能工廠的倉儲(chǔ)必定會(huì)引入立體庫，存量大、空間利用率高且自動(dòng)化程度高，同時(shí)可以與物流系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)接。規(guī)劃立體庫形式和位置時(shí)需要充分考慮生產(chǎn)工藝的要求，如軟包和涂布車間有潔凈與非潔凈之分，那就需要在兩個(gè)區(qū)域分別設(shè)計(jì)立體庫，而車間的立體庫只用于物料臨時(shí)周轉(zhuǎn)緩存，量值可以小，但位置要非常講究，方便大部分工段取送料；鋁箔和熟化后的卷料不能接觸托盤，需要懸空掛放，這樣最小單元體積變大，就需要多布置巷道（堆垛機(jī)）……

3.物流系統(tǒng)。智能工廠的物流系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)車間所有物料的全自動(dòng)拉動(dòng)，主要包含AGV（自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車）、提升機(jī)、輸送平臺(tái)等，AGV運(yùn)行的通道要比人工物流的通道寬，不同形式AGV運(yùn)行通道也不近相同，所以在物流規(guī)劃時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況（現(xiàn)有車間大小、物流的規(guī)格等）選擇合適的車型，確定物流通道的大小。比如陜西北人研發(fā)的背馱AGV對(duì)通道要求較小，而叉車AGV要求的空間相對(duì)較大。如果車間是跨樓層，則需要考慮布置提升機(jī)；自動(dòng)化包裝產(chǎn)線會(huì)引入輸送平臺(tái)、碼垛機(jī)器人等。

4.智能配套系統(tǒng)，智能工廠所涉及的智能配套系統(tǒng)，如自動(dòng)上下料裝置、智能視覺翻轉(zhuǎn)機(jī)器人、智能熟化系統(tǒng)、自動(dòng)稱重裝置、智能包裝產(chǎn)線等都需要考慮在布局范圍之內(nèi)。稱重裝置需要合理地設(shè)計(jì)在物流路線當(dāng)中，熟化系統(tǒng)應(yīng)該加在復(fù)合工段之后分切制袋工段之前……

智能工廠的生產(chǎn)布局需要對(duì)整個(gè)車間及空間進(jìn)行全新考量，并最終把全面的生產(chǎn)元素合理分配，這是智能工廠的基礎(chǔ)建設(shè)，對(duì)其后期的順利運(yùn)行有著重要的作用。

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化

車間數(shù)字化是智能工廠的基本條件，只有把車間生產(chǎn)信息數(shù)字化才能被采集系統(tǒng)自動(dòng)采集，逐漸積累大數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)分析奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。車間數(shù)字化就是要賦予人員、物料、訂單工單編碼信息，能把設(shè)備的狀態(tài)、工藝參數(shù)、車間環(huán)境、能耗等信息自動(dòng)采集，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

新設(shè)備一般都具備智能基因，設(shè)備所有的數(shù)據(jù)都能被快速采集。對(duì)于相對(duì)老舊的設(shè)備，必須進(jìn)行改造升級(jí)，給PLC加網(wǎng)絡(luò)模塊，機(jī)械信號(hào)加裝智能傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，車間加裝溫濕度控制系統(tǒng)，車間或設(shè)備加裝智能電表，設(shè)備加裝智能配套模塊：在線檢測(cè)、粘度控制儀、油墨色彩控制儀等，總之?dāng)?shù)字化就是將車間流動(dòng)的重要生產(chǎn)信息全部轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)據(jù)。

信息化

信息化是利用軟件來實(shí)現(xiàn)管理思想，當(dāng)前印刷工廠信息化水平較低，大部分也只上線了簡(jiǎn)單功能模塊的ERP，在生產(chǎn)中難以發(fā)揮更大的作用。智能工廠的信息化建設(shè)包含以下模塊：ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)（生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)）、WMS系統(tǒng)（倉庫管理系統(tǒng)）、WCS系統(tǒng)（倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)）、AGV系統(tǒng)等。

ERP系統(tǒng)作為企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)，需要涵蓋業(yè)務(wù)、財(cái)務(wù)、訂單、計(jì)劃、工藝、物料、能源等模塊；MES系統(tǒng)是ERP系統(tǒng)與底層設(shè)備的連接，接收計(jì)劃層訂單并全程監(jiān)控訂單執(zhí)行和自動(dòng)采集生產(chǎn)信息，確保生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確，為生產(chǎn)分析和高層決策提供支持；WMS系統(tǒng)是對(duì)ERP物料管理模塊的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料過程和精細(xì)化管理，保證物料信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確；AGV系統(tǒng)是WMS系統(tǒng)的延伸和執(zhí)行，負(fù)責(zé)把生產(chǎn)需要物料及時(shí)準(zhǔn)確配送給指定生產(chǎn)設(shè)備。

所以信息化建設(shè)最終就是一個(gè)多系統(tǒng)、設(shè)備、人員、物料互聯(lián)互通的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，通過布置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的專用設(shè)備（PDA、生產(chǎn)看板、條碼采集器、PLC、智能傳感器、遠(yuǎn)程I/O、RFID、PC等硬件設(shè)備），以電子方式實(shí)現(xiàn)對(duì)從原材料采購到成品出庫生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制和監(jiān)控。

精益生產(chǎn)

精益生產(chǎn)與智能生產(chǎn)是兩個(gè)領(lǐng)域的概念，側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，精益生產(chǎn)主要是強(qiáng)調(diào)了生產(chǎn)過程中的管理理念與實(shí)現(xiàn)方法，智能生產(chǎn)更側(cè)重技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但兩者是相輔相成的關(guān)系。

精益生產(chǎn)中的很多理念都指導(dǎo)著智能生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)，比如標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，我們?cè)贛ES系統(tǒng)首先定義了標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程，規(guī)范了產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，而信息化的方式更容易但更嚴(yán)格地控制生產(chǎn)過程，保證產(chǎn)品質(zhì)量；智能生產(chǎn)流程里增加了來料掃描確認(rèn)環(huán)節(jié)，這也是減少不必要浪費(fèi)的體現(xiàn)；后工序拉動(dòng)也是智能生產(chǎn)系統(tǒng)里訂單運(yùn)行的思路。另外，精益生產(chǎn)里的快速切換、減少浪費(fèi)、可視化生產(chǎn)等理念，也是智能生產(chǎn)要實(shí)現(xiàn)的過程目標(biāo)。同樣，智能生產(chǎn)中的設(shè)備互聯(lián)互通、高級(jí)排產(chǎn)、過程協(xié)同、質(zhì)量過程管控、大數(shù)據(jù)分析、可視化、預(yù)測(cè)性維護(hù)等方法與手段，都有助于促進(jìn)精益生產(chǎn)的落地與提升。

所以智能工廠的布局、信息化不是簡(jiǎn)單的復(fù)制一種生產(chǎn)模式，而是要在精益生產(chǎn)理念和方法的指導(dǎo)下，深入剖析生產(chǎn)布局和產(chǎn)品工藝，并做出行之有效的改進(jìn)，比如，對(duì)流程中各種浪費(fèi)進(jìn)行梳理和改善，庫存量要反復(fù)優(yōu)化再確定立體庫的大小，物料存儲(chǔ)方式要改變才能減少不必要的重復(fù)勞動(dòng)，物料存儲(chǔ)以及流轉(zhuǎn)方式要確定清楚再?zèng)Q定AGV與立庫的對(duì)接方式，避免不必要甚至錯(cuò)誤的投入等。

印刷企業(yè)只有深刻剖析和改變，又充分利用智能生產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最終才能實(shí)現(xiàn)高效、環(huán)保、綠色、互聯(lián)互通的生產(chǎn)與服務(wù)模式。

在智能工廠的熱潮下，企業(yè)不要盲目跟風(fēng)，建設(shè)智能工廠，應(yīng)該圍繞企業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合自身產(chǎn)品、工藝、設(shè)備和訂單的特點(diǎn)，合理規(guī)劃智能工廠建設(shè)藍(lán)圖。在推進(jìn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，從企業(yè)當(dāng)前最緊迫需要解決的矛盾出發(fā)，逐步推進(jìn)智能工廠的建設(shè)。