智能工廠系統在工業改革中的應用研究

文/牛曉望

隨著《“十四五”智能制造發展規劃》的發布，工業改革進程進一步加快，節能減排的理念逐漸深化。當前，生產過程中依然存在大量低效流程，急需通過工業改革進行優化。基于此背景，本文在簡要分析工業改革當前存在的問題的基礎上，對智能工廠系統在工業改革中的必要性展開研究與分析。

現階段，國內依舊存在著數量龐大的傳統制造公司。由于污染環境、能耗高、績效低等固有弊端，傳統制造模式已無法滿足現代制造業的生產需求，因此傳統制造公司必須深化改革，向著智能化方向轉變。

一、工業改革當前存在的問題

（一）待轉型制造企業存在的問題

1.倉庫管理流程混亂

傳統制造企業大多存在倉庫管理流程混亂的問題，許多操作員可以直接接觸原材料，甚至不需要登記就能隨意進出工廠。在原料獲取環節，這些企業僅進行人工登記，根本無法確保登記信息的真實性、準確性。除此之外，無法及時核查配送信息、物料信息長時間混亂、生產效率低下等問題時有發生。以陶瓷產業為例，對于黏土、石英、長石這三大類礦山原材料以及一些其他常用的化工原料，通常需要妥善存放于倉庫，以便后續生產使用。但由于傳統陶瓷工廠的倉庫管理流程相對混亂，原材料配送不及時、物料投放出錯等問題仍屢禁不止。

2.物料使用數據不明晰

例如，傳統陶瓷工廠的生產流程不透明，并且存在物料使用情況不明晰的問題。同時，由于大多數傳統陶瓷工廠尚未引入云端技術，物料信息的登記和分析工作仍靠人工來完成，故而無法保障相關數據的科學性，極易導致物料遺漏、數據不準確等問題。

（二）傳統制造企業轉型升級過程中存在的問題

1.缺乏科學的戰略指引

數字化轉變策略是指為支持公司靈活運用數據而產生的，策略轉變及轉型過程中、轉變后公司經營業務的策略定位。[1]但傳統制造企業在數字化轉型升級過程中普遍缺少科學的策略指導，部分傳統制造企業甚至不能正確認識數字化轉變戰略。例如，一些中小型企業對數字化轉型升級的理解較為淺顯，或者將數字化轉型的目標和策略混為一談，缺乏實際規劃。[2]

2.發展戰略與生產模式不匹配

例如，在傳統陶瓷工廠轉型升級過程中，經常發生企業發展戰略與轉型升級后的生產模式不匹配、紙質化管理占比過高、數字化管理單一化等問題。由于傳統觀念根深蒂固，這些陶瓷工廠通常無法及時轉變發展戰略，在數字化轉型過程中，難免陷入轉型策略與轉型目標相沖突的怪圈。有些傳統陶瓷工廠在轉變戰略方向后，甚至出現背離數字化發展目標、數字化轉變措施形同虛設的情況。[3]

3.新生產模式與節約成本的目標相背離

成功改革后，智能生產系統操作復雜、使用難度較大的問題較為突出，進而導致企業無法組織待上崗員工參與崗前培訓，不得不高價聘請專業技術人員進行操作，企業負擔加重。這顯然與企業節約成本的改革目標相背離。因此，針對新生產模式“低成本生產、高用人成本”的問題，相關制造企業仍需進一步研究。

二、智能工廠系統

智能工廠系統是以MES生產管理系統為核心，以高效率、低成本生產為目的，由組態編輯器、WMS智能倉儲管理系統、APS系統高級計劃排程系統、MOM系統等共同組成的智能化工廠管理系統。

（一）組態編輯器

智能工廠系統為使用者提供了一款組態編輯器，使用者可通過操作該編輯器完成工藝流程圖的繪制。在繪制過程中，各組態的綁定數據將直觀顯示在編輯器中。對于非專業技術人員來說，該編輯器操作界面簡潔直觀、功能強大、便于操作。

（二）WMS智能倉儲管理系統

使用者可以通過組態編輯器設計入庫出庫、區位理貨、單據流轉、收費結算、報表圖表分析等工作模塊，進而實現生產過程無人調度的目的，形成柔性、現代化智慧物流體系。例如，WMS智能倉儲管理系統具有聯網控制大型物流日常經營管理的功能，如傳遞入庫信號、自動存儲物流信息、智能規劃傳輸路線等。與此同時，該系統模塊也是柔性工廠、柔性流水線的重要管理平臺，能夠大幅降低傳統制造企業的人工成本，有效提高倉儲管理的總體質量。在通常情況下，該系統模塊主要包含兩個核心子系統，即道路控制子系統和機器人控制子系統。此外，為實現自動化倉庫管理，WMS智能倉儲管理系統還與自動化管理器相連接，使得該系統能夠自動控制卡車和倉庫管理系統間的連接，進而開展數據通信、同步倉庫數據、交換任務數據、日常維護管理數據等工作。

（三）APS系統高級計劃排程系統

該系統是針對傳統運檢計劃的編制與執行環節普遍存在的過度依靠工作人員進行人工編制與現場管控、運檢計劃編制進度慢、執行管控疏漏不斷等問題，以提高運檢工作的質量和效率、保障電網安全為主要目的而搭建的運檢計劃用數字化管控系統。該系統通過對比運檢業務與制造業業務的異同點，建立映射模型，以供相關管理人員結合實際需要調整運檢計劃。該系統以生產車間為基礎，對微應用進行改造，從而實現運檢計劃及全業務工作流程的數字化管控，優化減少近90%的信息收集工作，有效規避因檢修不到位造成的設備質量問題。簡單來說，該系統通過分析運檢承載能力、辨識運檢風險、制定差異化運檢策略等方式，切實保障傳統制造企業的生產安全。

（四）MOM系統

MOM系統主要用于協同企業管理員工、設施、原料和產品等信息，協助操作人員將原料轉化為產品。當前，MOM系統中的客戶和物料協同優化模式主要用于提高客戶需求和庫存信息的關聯度。傳統制造企業可以用優化生產管理數據的方式來提升供應鏈企業的工作效率，減少人員壓力，降低原料供給不穩定等的負面影響。此外，MOM系統中的配送車路線優化模塊還可以根據不同生產線對物料的需求分配目標，根據車輛載重和配送時長，實時設計最優車輛運輸方案，實現物流運輸成本的最小化。值得注意的是，MOM系統還支持使用兩個不同交叉算子的遺傳算法，進一步優化車輛運輸方案，進一步提高車間生產效率，降低企業成本。

三、智能工廠系統在工業改革中的優勢

智能工廠系統中的設備互相聯結，同時，該系統還可以通過廣泛使用虛擬仿真軟件，實現柔性自動化生產。在節能減排方面，該系統比傳統制造模式更加注重綠色生產，其可以通過檢測能源消耗情況及時調整生產模式，并且支持在大型生產車間進行可視化生產，以便操作人員根據實際情況及時調整生產速率，達成降低企業生產成本、科學高效生產的目的。為此，傳統制造企業在工業改革過程中，應從以下幾點入手。（1）定制個性化專業管理系統。該系統應具備跟蹤控制、品質管控、系統工程、綜合運營、物流控制、項目協調等六項核心功能，以輔助管理人員處理數據采集、機械設備調度等工作。（2）引入智能化數據采集系統。通過該系統，傳統制造企業可以直接參與自動化生產線的生產和控制、實時采集設備數據進行管理分析、整合對接第三方平臺等工作。（3）搭建簡易遠程操作系統。該系統采用可視化界面，從而大幅降低了技術人員的操作難度。同時，在互聯網的支持下，生產數據可以實時傳輸至云端系統，以供管理人員遠程操控。

現階段，工業改革明確提出提高效能、節能減排、降低生產成本的戰略目標。隨著工業改革的持續推進，重點工業企業生產能效將全面提升，傳統制造企業數字化、智能化轉型將持續深入，綠色能源、節能提效工藝技術和設備利用率將顯著提升。由此可見，加快普及智能工廠系統在傳統制造企業中的應用，是確保工業改革成效的必要手段。

四、結語

當前，傳統制造業普遍存在安全隱患、生產效率低下等固有問題。

以陶瓷行業為例，首先，因操作人員反應爐投放錯誤、倉庫存儲管理不規范而引發的安全事故不在少數。其次，在生產效能方面，受紙質化管理占比過高、操作不精細、耗材過高等問題的影響，傳統陶瓷工廠的生產效能相對較低。隨著科技的發展和智能化改革的進一步推廣，在國家政策的積極推動下，智能化工廠系統將逐漸發展成工業改革中不可或缺的重要內容。在不久的將來，云組態存儲、基于MES生產管理系統等智能技術有望取代傳統組態技術，進而加快工業改革的步伐。