劉一冰，蔡昊鴻，張?zhí)旌?，蘇詠志，董 陳，來晨雨，王福瑩，杜邦堯，李紅海

(1.青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042；2.青島科技大學(xué) 海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院，山東 青島 266042； 3.青島科技大學(xué) 中德工程學(xué)院，山東 青島 266042)

1 “智慧工廠” 相關(guān)技術(shù)

在這個各行各業(yè)飛速發(fā)展的時代，無論是傳統(tǒng)行業(yè)還是新興產(chǎn)業(yè)都面臨著各種各樣的挑戰(zhàn)。在互聯(lián)網(wǎng)云數(shù)據(jù)平臺支持的大背景下，進(jìn)行體制內(nèi)外的深入改革已經(jīng)成了相關(guān)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的必然選擇，特別是實體經(jīng)濟(jì)需要借助互聯(lián)網(wǎng)才得到更好更快地發(fā)展的今天。作為國民產(chǎn)業(yè)支柱-化學(xué)工業(yè)，在其生產(chǎn)、管理、銷售上含有大量未被挖掘的數(shù)據(jù)。如何利用好這些數(shù)據(jù)，從而使化工產(chǎn)業(yè)走向信息化、自動化和平臺化已經(jīng)成為行業(yè)面臨的重要問題，正在逐步發(fā)展的“智能工廠”技術(shù)為實現(xiàn)其智能化提供了強(qiáng)有力的支持，在目前以及未來都會對化工行業(yè)產(chǎn)生不可估量的效應(yīng)[1-2]。智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，輔以相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，并通過數(shù)據(jù)搜集、處理和應(yīng)用使其在生產(chǎn)、管理和銷售上建立一個在工廠內(nèi)部可實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的云數(shù)據(jù)平臺。在當(dāng)下信息化快速發(fā)展的時代，智慧工廠已然成為時代的必然產(chǎn)物[3]。作為新時代的化工專業(yè)大學(xué)生，在所學(xué)化工專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，在國家相關(guān)政策的影響下，我們需要建立對“中國制造2025”、“工業(yè)4.0”和“智慧工廠”等發(fā)展戰(zhàn)略的強(qiáng)烈認(rèn)同感[4]。另外，作為高校的在校學(xué)生，應(yīng)該深入到生產(chǎn)一線，在生產(chǎn)現(xiàn)場將所學(xué)的課本知識運(yùn)用到未來工廠的建設(shè)中發(fā)揮創(chuàng)新性思維，也是我們的調(diào)研目的之一。調(diào)研小組在本次項目的調(diào)研學(xué)習(xí)過程中，不僅認(rèn)識到化學(xué)工業(yè)未來應(yīng)以信息化與工業(yè)化深度融合為主線，要加快推進(jìn)以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為核心的技術(shù)改造，努力建設(shè)軟件定義優(yōu)先的“智慧工廠”新技術(shù)，更重要的是身處化工學(xué)習(xí)起點(diǎn)的我們在將來應(yīng)對“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的發(fā)展上貢獻(xiàn)自己的所學(xué)和認(rèn)知，將智能、安全和綠色的化工產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)展現(xiàn)在世界面前[5-7]。

2 深入調(diào)研“智慧工廠”

2.1 青島某外資化學(xué)股份有限公司

“智慧工廠”生產(chǎn)過程分為兩個廠區(qū)，一是單體制造部，二是混晶制造部。單體制造部的功能主要為生產(chǎn)液晶單體，而混晶制造部的主要功能為將液晶單體材料經(jīng)過一定混合成為混晶后分放到相關(guān)旗下公司進(jìn)行后續(xù)工作，進(jìn)而形成一條原料供應(yīng)鏈，它屬于小型的精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)。在生產(chǎn)操作上，中控室采用自動化控制PCL系統(tǒng)。但是由于精細(xì)化工生產(chǎn)的規(guī)模比較小，在閥門的開度、原料的進(jìn)料和取樣檢測等方面基本都為人工操作，且出現(xiàn)故障后，需相關(guān)人員到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)控。

此外，公司運(yùn)用“SPC管理法”，對產(chǎn)品及生產(chǎn)管理過程進(jìn)行有效控制，達(dá)到“引導(dǎo)過程改進(jìn)、預(yù)先控制”的目的，從而提升了公司的品質(zhì)管理水平。其流程由相關(guān)負(fù)責(zé)人制定控制項目并進(jìn)行統(tǒng)計，對出現(xiàn)異常情況進(jìn)行原因分析及改善，然后由生產(chǎn)檢驗人員負(fù)責(zé)收集填寫相關(guān)數(shù)據(jù)，最后由質(zhì)量管理部負(fù)責(zé)管理所有統(tǒng)計，定期組織評審會議，對異常情況改善進(jìn)行跟蹤。

令人印象深刻的特別之處是，該企業(yè)強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保，在處理“三廢”的管理上，其標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)。在員工管理方面采用績效考核KPI以及倒班和常白班混合的方式來提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計劃安排，實現(xiàn)靈活和柔性的工廠生產(chǎn)組織，使工廠生產(chǎn)模式向規(guī)模化定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，滿足用戶定制需求。

2.2 青島某煉油有限責(zé)任公司

該煉油公司的自動化程度在國內(nèi)的水平屬于頂尖，據(jù)訪談，該人員數(shù)量已經(jīng)縮減到最小，且產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到該生產(chǎn)規(guī)模下的最大值?！爸腔酃S”生產(chǎn)方面主要是LIMS輸入系統(tǒng)上傳相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在儀器管理方面，操作人員可以在數(shù)據(jù)庫中查詢之前通過手動錄入的數(shù)據(jù)信息。在質(zhì)檢質(zhì)控方面，科室負(fù)責(zé)人通過LIMS系統(tǒng)進(jìn)行樣品質(zhì)量和儀器設(shè)備的審批，便于質(zhì)檢員在其賬戶界面可查收相關(guān)任務(wù)。在數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用中，DCS集散控制系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，平均每十秒鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)更新，采用三維計算機(jī)輔助設(shè)計、有限元分析、計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、設(shè)計和工藝路線仿真和可靠性評價等先進(jìn)技術(shù)，對工廠總體設(shè)計和工藝流程等均建立系統(tǒng)模型，并建立虛擬工廠進(jìn)行模擬，相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)入企業(yè)核心數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)虛擬工廠與現(xiàn)實工廠的同步[7]。

“智慧工廠”技術(shù)在外操生產(chǎn)的管理方面基于防爆智能巡檢的使用。巡檢儀支持4G通訊、電話、SOS緊急報警和拍照等功能，同時支持WiFi和藍(lán)牙等無線通訊功能，通過記錄測量數(shù)據(jù)進(jìn)一步跟蹤機(jī)器狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常時，可以對機(jī)器故障進(jìn)行診斷，滿足復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用需求。此外，設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)可通過工業(yè)WIFI上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)庫中，相關(guān)數(shù)據(jù)庫可以根據(jù)智能終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況并傳送到中央控制室。

2.3 青島某化學(xué)有限責(zé)任公司

“智慧工廠”生產(chǎn)過程是通過嵌入射頻識別、條碼識別、視覺檢測技術(shù)和激光傳感器等無線感知技術(shù)、視覺環(huán)境感知和閉環(huán)控制等全方位智能控制技術(shù)，使生產(chǎn)裝備具有自感知、自診斷、自適應(yīng)和自決策等能力，來實現(xiàn)工廠內(nèi)部整套工業(yè)設(shè)備、工藝流程與移動操作終端等有機(jī)結(jié)合[7]。

“智慧工廠”管理方面在辦公管理互聯(lián)網(wǎng)上通過SAP系統(tǒng)進(jìn)行實時自動數(shù)據(jù)采集，消除數(shù)據(jù)采集滯后性。此外,“智慧工廠”企業(yè)移動生產(chǎn)管理系統(tǒng)也是該企業(yè)實現(xiàn)建設(shè)智能工廠的必要條件。操作人員通過使用手持智能防爆終端可以進(jìn)行現(xiàn)場檢測，輔以固定PC進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定和儲存等操作， 最后上傳至云數(shù)據(jù)平臺，并與企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理(PDM)和產(chǎn)品全生命周期管理(PLM)等進(jìn)行集成，從而實現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備、銷售的智能一體化。

此外，相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為“智慧工廠”一定是化學(xué)工業(yè)的行業(yè)發(fā)展趨勢。智能化工廠作為一個框架，從上到下采用各種網(wǎng)絡(luò)連起來，包括人與人、物與物都可以關(guān)聯(lián)起來，形成智能網(wǎng)絡(luò)，基層的所有設(shè)備也需要相連，且生產(chǎn)操作都已經(jīng)比較成熟，實現(xiàn)完全智能化并不是一件難事。

2.4 青島某海洋生物有限責(zé)任集團(tuán)

“智慧工廠”生產(chǎn)營銷方面是建立產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，需要建立包括產(chǎn)品體系與服務(wù)體系在內(nèi)的兩大方面。調(diào)研小組只在基礎(chǔ)車間“一膠車間”中參觀，該車間內(nèi)DSC控制系統(tǒng)的應(yīng)用還不夠成熟，也就是說還未實現(xiàn)完全的智能化。因為該公司生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)額較小，原料較為單一，相關(guān)化工工藝流程也并不繁瑣，所以目前的智能化程度可以滿足生產(chǎn)需求。

該公司基于新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，注重新產(chǎn)品的包裝和海洋文化的建設(shè)。由于消費(fèi)者對產(chǎn)品附加屬性有著越來越高的追求，而不再僅僅滿足于產(chǎn)品的實用性本身，主打產(chǎn)品的原生態(tài)和環(huán)保需求，用文化的背景來推動產(chǎn)品迭代。這樣的營銷模式不僅可以直接收集產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)計劃的制定，更可以通過分析消費(fèi)者的使用反饋，對產(chǎn)品的品質(zhì)控制和銷售渠道不斷地提出新的要求。

“智慧工廠”技術(shù)市場服務(wù)是該公司為不斷變化的市場提供服務(wù)，幫助消費(fèi)者滿足對市場和生活品質(zhì)不斷提高的需求。該公司從開發(fā)海洋生物資源的企業(yè)發(fā)展成為綜合性集團(tuán)。實施大服務(wù)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略，通過打造海洋生活體驗館和網(wǎng)絡(luò)銷售產(chǎn)品，線上、線下同時發(fā)展，體驗與產(chǎn)品相互補(bǔ)充，定制個性化醫(yī)療保健產(chǎn)品與普通原料相結(jié)合，開展科普展覽、會議培訓(xùn)、成果展示等活動，從而有效擴(kuò)大客戶范圍，收集更多有效信息，為產(chǎn)品升級和下一步擴(kuò)大營銷提供良好啟動點(diǎn)，形成良性循環(huán)。

2.5 青島某精細(xì)化工有限責(zé)任公司

“智慧工廠”生產(chǎn)技術(shù)方面首先構(gòu)建車間的全周期信息數(shù)據(jù)鏈，通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)虛擬化實現(xiàn)智能機(jī)器、存儲器和生產(chǎn)設(shè)施之間相互獨(dú)立的交換信息。配置符合設(shè)計要求的數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)，用來自動采集生產(chǎn)和檢測等相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步充分采集、現(xiàn)場操作、質(zhì)量檢驗和設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)現(xiàn)場信息，再以車間工業(yè)移動通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過相關(guān)軟件，促進(jìn)設(shè)備之間、設(shè)備與智能控制平臺之間、企業(yè)上下級部門之間的實時連接和智能交互。通過建設(shè)云制造平臺、能源管理平臺、智能故障診斷平臺等，無縫集成與優(yōu)化企業(yè)的虛擬設(shè)計，使工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)、管理和銷售信息能夠形成資源共享的數(shù)據(jù)鏈，從而建立產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新平臺和網(wǎng)絡(luò)營銷服務(wù)平臺，來實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。

“智慧工廠”管理技術(shù)方面，該公司的企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)ERP系統(tǒng)是信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是SAP系統(tǒng)的執(zhí)行軟件，是領(lǐng)導(dǎo)者、管理者和技術(shù)生產(chǎn)人員都必須掌握的并應(yīng)用于公司管理的技術(shù)。該系統(tǒng)的引入很好的解決了原料從采購、使用到出廠等環(huán)節(jié)，在擴(kuò)展產(chǎn)業(yè)鏈條的同時實現(xiàn)了信息的高度融合，而且通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)虛擬化達(dá)到了智能終端、存儲器和生產(chǎn)設(shè)施之間相互獨(dú)立的交換信息的目的。在供應(yīng)鏈管理中實現(xiàn)原材料和產(chǎn)品配送的管理與優(yōu)化，以實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)與企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)(ERP)的無縫集成，最終使工廠能夠?qū)崿F(xiàn)基于生產(chǎn)和辦公的信息共享及優(yōu)化管理[7]。

3 “智慧工廠”技術(shù)的前景展望

經(jīng)過以上企業(yè)的交叉對比，由于企業(yè)制度和生產(chǎn)產(chǎn)品的不同，所采用的營銷模式有一定的區(qū)別。大型國有企業(yè)利用體制內(nèi)優(yōu)勢擴(kuò)大銷售渠道，將提高生產(chǎn)規(guī)模和市場占有率作為核心競爭力，結(jié)合交通、采購和銷售等多方面的政策利好，完善企業(yè)經(jīng)營模式。精細(xì)化工企業(yè)利用便捷的信息獲取途徑和精準(zhǔn)的市場需求感知，在精細(xì)化工產(chǎn)品產(chǎn)量低和附加值高的背景下，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對生產(chǎn)過程中的物料使用和產(chǎn)品出廠等步驟進(jìn)行嚴(yán)格把控，減少產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代工業(yè)中的“精耕細(xì)作”模式。海洋化工企業(yè)發(fā)掘海洋的文化屬性，以原生和健康的產(chǎn)品理念為依托，拓展產(chǎn)業(yè)廣度，同時直接與消費(fèi)者市場對接，降低銷售成本，不僅能直接收集消費(fèi)者的反饋，更能樹立良好的企業(yè)形象，提升品牌價值。

另外，在“智慧工廠”技術(shù)的未來應(yīng)用之路上，國家應(yīng)繼續(xù)緊抓“化學(xué)工業(yè)4.0”行業(yè)變革，順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展趨勢，樹立開源開放和創(chuàng)新共贏的互聯(lián)網(wǎng)思維，以信息化與工業(yè)化深度融合為主線，加快推進(jìn)智能化為核心的技術(shù)改造，努力建設(shè)相關(guān)行業(yè)的智能工廠，同時促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，著眼增量調(diào)優(yōu)，大力培育基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)智能化新模式，加快構(gòu)筑以互聯(lián)網(wǎng)平臺為支撐的新型產(chǎn)業(yè)體系。

4 結(jié)語

“化夢工成”團(tuán)隊通過對幾家工廠的深入調(diào)研，了解到我國現(xiàn)下的化工廠大多已經(jīng)具備了“智慧工廠”的雛形，并且正在蓬勃發(fā)展中。在未來的發(fā)展中，企業(yè)以智能制造為主攻方向，促進(jìn)信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合，推動兩化(信息化和工業(yè)化)融合。實現(xiàn)“智能工廠”技術(shù)的目標(biāo)還有很長的路要走，在國家大力倡導(dǎo)“兩化融合”、青島市鼓勵發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)”的大背景下，選擇以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化的企業(yè)生產(chǎn)模式，追求可持續(xù)發(fā)展的新型工業(yè)化模式，為企業(yè)注入生長活力的良方。