陶瓷數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能制造發(fā)展實踐

肖書明

隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，現(xiàn)代工業(yè)信息化發(fā)展已邁入智能工廠的歷史新階段。華藝陶瓷作為典型的科技創(chuàng)新驅(qū)動傳統(tǒng)行業(yè)，以先進的自動化生產(chǎn)建設為基礎，信息智能化建設為引領(lǐng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為核心，提升整體智能制造水平，建設成為以“自動化、信息化、智能化”為特征的陶瓷行業(yè)智能制造工廠及技術(shù)體系。

一、陶瓷酒瓶制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

陶瓷酒瓶生產(chǎn)企業(yè)大部分是手工生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、成本高。陶瓷酒瓶在全部酒瓶使用量中占比低，約3%左右，但因其可以實現(xiàn)獨特造型、釉色光潤艷麗、畫面豐富多彩，對酒質(zhì)的提升有益處，特別是針對醬酒，醬酒現(xiàn)在處于快速增長期（2020年產(chǎn)60萬千升）。因此，大型酒企的高端、超高端酒均使用陶瓷酒瓶。

但勞動強度大、工藝要求高，又成為制約陶瓷酒瓶制造業(yè)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的兩大瓶頸。勞動強度大的工序主要有原材料制備、石膏模具生產(chǎn)、注漿成型、坯體整修、貼花等。工藝要求高的環(huán)節(jié)包括坯釉料配方、瓶頸粘接、瓶頸尺寸控制、施釉、上色厚度控制等。

近幾年，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能裝備等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，現(xiàn)代工業(yè)信息化發(fā)展已邁人智能工廠的歷史新階段。在中國制造低成本優(yōu)勢不再，從“制造”向“智造”轉(zhuǎn)變，提高管理過程、生產(chǎn)過程的智能化水平成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

在這一背景下的華藝陶瓷，通過創(chuàng)新發(fā)明、設備引進，補齊自動化生產(chǎn)設備短板，部分工序勞動生產(chǎn)率提高了5倍以上，如素坯施釉、瓷瓶上色等環(huán)節(jié)。部分設備是常規(guī)投資的50倍以上（瓶頸滾壓），使產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅度下降，在市場上更具競爭優(yōu)勢。從成本上看，陶瓷酒瓶主要是成型段成本較高，華藝陶瓷通過創(chuàng)新實踐，實現(xiàn)全自動化注漿、倒?jié){、脫模、削口、粘接、整修，大幅度降低了成本。為研制適合于高效注漿的坯料配方，全球配置資源，耗時2年多完成了坯料配方。使用標準化原材料，建立實驗室、檢測中心，升級理化控制手段，科學造陶瓷。

二、數(shù)字化智能工廠頂層設計

而隨著5G技術(shù)的應用推廣華藝陶瓷作為典型的科技創(chuàng)新驅(qū)動傳統(tǒng)行業(yè)，以先進的自動化生產(chǎn)建設為基礎，信息智能化建設為引領(lǐng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為核心，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升整體智能制造水平，成為了行業(yè)內(nèi)標桿的企業(yè)。

在這一領(lǐng)域，華藝陶瓷走在市場前列，從數(shù)字化智能工廠開始頂層設計，分別從信息智能化建設整體規(guī)劃和智能裝備的研發(fā)、技術(shù)沉淀與引入兩方面切人。

信息智能化建設整體規(guī)劃包括8個方面：精益布局與數(shù)字化工廠、研發(fā)設計系統(tǒng)管理、設備互聯(lián)互通、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成、信息安全管理、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析。

智能工廠核心裝備研發(fā)流程包括以下幾點：

1.設計需求的確定：通過現(xiàn)場考察與需求確定，詳細分析每個節(jié)拍、工步，以數(shù)據(jù)化的形式呈現(xiàn)，充分論證其功能性、正確性與必要性;

2.設備總體設計：根據(jù)現(xiàn)場取得的數(shù)據(jù)、資料進行總體設計，同時找出其中需要驗證的關(guān)鍵技術(shù)要點，便于前期開發(fā)驗證;

3.關(guān)鍵點驗證：對于每個關(guān)鍵點必須進行實物驗證，證明其可靠性與效率、質(zhì)量的符合性。驗證設計與實際效果的差距，不斷地修改完善，直至達到理想的效果;

4.樣機制造：在所有關(guān)鍵點驗證確認的基礎上，進行樣機制造與驗證，這將縮短開發(fā)周期，降低成本的基礎;

5.驗證與推廣：樣機通過正常運行，取得預期的產(chǎn)量、質(zhì)量、成本數(shù)據(jù)參數(shù)，同時確定優(yōu)化方向，助力所研發(fā)裝備后續(xù)的大范圍推廣;

6.進口國外新設備：詳細確認設備的使用場景，是否匹配產(chǎn)品的生產(chǎn)需求，同時拆分對比各項產(chǎn)量、質(zhì)量、運行耗用參數(shù)，判斷其適合性。

三、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要工作

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，華藝陶瓷積極探索開拓，投資超10億元，將產(chǎn)量提升到年產(chǎn)陶瓷酒瓶4 500萬只，成功人選“2021年中國輕工業(yè)智能制造示范案例”。在這個過程中，憑著首創(chuàng)研發(fā)了10余項陶瓷酒瓶專用設備的厚實家底，進行精細布局，升級數(shù)字化工廠。通過投入自動化裝備，建設信息化管理系統(tǒng)，搭建智能中控平臺，實現(xiàn)企業(yè)信息高效傳遞，智能化水平大幅提高，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型基本完成。建立數(shù)字工廠模型，通過實時數(shù)據(jù)進行模型優(yōu)化，提升整體的運作效率，從而做到了千萬只酒瓶顏色和尺寸一致。

如今，經(jīng)過升級改造后的華藝陶瓷形成了“四系統(tǒng)三平臺”的格局。“四大系統(tǒng)”為PLM系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）、信息集成系統(tǒng)、網(wǎng)絡運維系統(tǒng)。華藝陶瓷研發(fā)設計包含2D/3D各類圖紙，通過PLM系統(tǒng)進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義、研發(fā)BOM管理、項目變更管理等工作。該系統(tǒng)不僅支持現(xiàn)有已知2D/3D設計軟件的集成，且支持未知和未來的應用軟件的開放式集成;“企業(yè)資源管理系統(tǒng)”覆蓋了財務、營售、采購、倉儲、生產(chǎn)等方面的信息，具有基礎數(shù)據(jù)管理、銷售管理、采購管理、倉庫管理、銷售核算管理、采購核算管理等功能，通過該系統(tǒng)打通采購、倉儲、生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)的信息流通，可以從采購訂單、物料、工單、銷售訂單等方面維護實現(xiàn)生產(chǎn)進度的控制和查詢。

在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，華藝陶瓷導人生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），以樹立集約、協(xié)作、高效、精益的現(xiàn)代生產(chǎn)理念為目標，進一步提高公司生產(chǎn)管控能力，提升生產(chǎn)管理水平，構(gòu)建新的生產(chǎn)管理體系。MES系統(tǒng)主要包含生產(chǎn)管理、品質(zhì)管理、工藝管理、物流管理、設備管理等功能，實現(xiàn)從生產(chǎn)計劃到產(chǎn)品交付的全過程的信息化管理，包括生產(chǎn)計劃下達、領(lǐng)料、生產(chǎn)、入庫等業(yè)務流程的信息化，實現(xiàn)業(yè)務流程數(shù)據(jù)采集，記錄生產(chǎn)過程信息、物料防錯信息、產(chǎn)品追溯信息和關(guān)鍵生產(chǎn)資源的實時狀況，實現(xiàn)可追溯生產(chǎn)和透明化生產(chǎn);華藝智能工廠使用網(wǎng)絡分層的方案，建立安全可靠的工業(yè)運行網(wǎng)絡，將網(wǎng)絡分層分類，執(zhí)行層與鏈路層分離;生產(chǎn)環(huán)境與辦公環(huán)境分隔。網(wǎng)絡根據(jù)業(yè)務和功能進行劃分，分為外部接人區(qū)、生產(chǎn)主干網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心區(qū)3個層次，各網(wǎng)絡層次之間采用相應的網(wǎng)絡安全設備進行防護隔離，構(gòu)建一套支持語音、視頻、數(shù)據(jù)的多業(yè)務多功能網(wǎng)絡基礎平臺;華藝陶瓷在企業(yè)信息安全的保障措施作用于服務器數(shù)據(jù)庫安全和廠內(nèi)網(wǎng)絡兩個層次。通過信息服務器升級改造，建立網(wǎng)絡運維系統(tǒng)。通過升級服務器、增加安全隔離硬件和網(wǎng)絡監(jiān)控管理軟件，提高整體網(wǎng)絡架構(gòu)的易用性、安全性，加強整體安全管控。

“三大平臺”為互聯(lián)互通基礎平臺、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺。華藝陶瓷主要生產(chǎn)設備包括注漿機、施釉機、各類窯爐、智能物流輸送線等，均留有對外信息接口模塊。通過現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡和DNC數(shù)采控制模塊，將主要設備的加工信息、運作狀態(tài)、產(chǎn)品進度進行數(shù)據(jù)實時采集。同時通過各類協(xié)議將數(shù)據(jù)從設備傳至邊緣網(wǎng)關(guān)，再經(jīng)過邊緣網(wǎng)關(guān)經(jīng)過處理，將設備的有效數(shù)據(jù)上傳和回饋，實現(xiàn)設備間信息的互聯(lián)互通，完成數(shù)據(jù)采集的基礎平臺建設;華藝通過搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)的實時采集與監(jiān)控。

設備間信息互通和數(shù)據(jù)采集主要依托傳感器、工業(yè)控制系統(tǒng)、新型邊緣計算采集網(wǎng)關(guān)，面向設備、系統(tǒng)、產(chǎn)品、軟件等要素數(shù)據(jù)進行實時采集，實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的及時采集與邊緣化處理。同時，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、能效管理平臺、廠區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等企業(yè)信息化應用系統(tǒng)集成，打通數(shù)據(jù)流，完成數(shù)據(jù)匯集、處理，挖掘數(shù)據(jù)價值鏈中的深層價值，實現(xiàn)華藝丁業(yè)大腦的搭建，并通過集控中心與分控中心相結(jié)合，對于生產(chǎn)、設備、現(xiàn)場情況進行實時智能分析、優(yōu)化與應用，達成高效運營管理與智能化提升的戰(zhàn)略目標;華藝陶瓷利用人工智能技術(shù)，在生產(chǎn)線以圖像識別方式進行生產(chǎn)進度的追溯，通過機器學習、數(shù)學建模方式進行產(chǎn)品數(shù)量追蹤與訂單進度管控，減少人員工作量。同時通過建立混合云，搭建工業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺，針對產(chǎn)品的品質(zhì)進行全生命周期追溯與端到端原因分析，將生產(chǎn)環(huán)節(jié)每一節(jié)點的產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過技術(shù)手段進行關(guān)聯(lián)，打通原有信息孤島的環(huán)境，使數(shù)據(jù)成為一個閉環(huán)。

四、智能工廠建設實施要點

華藝陶瓷數(shù)字化轉(zhuǎn)型完成后，智能制造發(fā)展成為下一個階段發(fā)展的目標。華藝陶瓷通過突破傳統(tǒng)觀念，根據(jù)自動化設備的需要，確定工藝參數(shù)，比如：智能工廠一定要求產(chǎn)品素燒，才能更好施釉，適合快速注漿成型需要注漿料的流動性好、干燥強度高和優(yōu)選高嶺土。因此應配置全球資源，實現(xiàn)工藝目標，把質(zhì)量和效率落到實處。華藝陶瓷進口了球石（球磨時間是國內(nèi)河硅的60%）、注漿石膏（質(zhì)量穩(wěn)定，平均使用壽命達到110次）、稀釋劑等，保證了質(zhì)量與效率，降低了生產(chǎn)成本。

在智能工廠建設實施階段的第一步，工廠生產(chǎn)需要平衡計算。智能工廠必須是后段的生產(chǎn)能力略大于前段的生產(chǎn)能力，通過計算將流程數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，包括物料計算、土建設施、設備配置、人員配置、工作班次等內(nèi)容，也是工廠設計的基礎。其次是工廠成本預估與工資待遇承載能力計算。根據(jù)工藝路線選擇，預估工序合格率、土建費用、設備配置、人員配置，再結(jié)合設計產(chǎn)量與物料價格，預測產(chǎn)品的成本。根據(jù)目前的市場售價即可以預測工廠人員工資待遇承載能力與盈利能力，企業(yè)工資待遇承載能力應滿足未來10年工資增長需要，與發(fā)達國家的生產(chǎn)企業(yè)進行對比，預測企業(yè)未來的生存能力。也可以預估最大投入多少土建與設備費用。華藝陶瓷人均產(chǎn)值將達到45萬元，人均工資待遇承載能力為12萬元，占比27%。

華藝智能工廠項目建設過程中，一直秉承“精益先行、頂層設計、分步實施、三線并進、整體調(diào)控”的方針，讓華藝陶瓷能夠順利完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能制造發(fā)展。從而促使其成為全球規(guī)模最大、現(xiàn)代化程度最高的陶瓷酒瓶生產(chǎn)企業(yè)之一，成為同類企業(yè)發(fā)展學習的典范。

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