引言


随着工业互联网技术向制造领域的不断渗透,越来越多的制造企业发现,新型数字化工厂正在悄然引领制造业的转型,制造业的中心也逐渐迈向高度定制化的产品和系统。2019年1月底,Gartner(高德纳咨询公司)发布《2019年全球首席信息官议程调查》,调研了来自于全球89个国家的3102位CIO(首席信息官),被调研企业总收入达到15万亿美元,IT支出达到2840亿美元。 调研结果显示,在2018年,17%的企业数字化业务达到了成熟阶段,而在2019年,会有33%的企业数字化达到成熟阶段。也就是说数字化成熟的企业在一年时间里翻了一倍。

同时,伴随着制造业的转型升级与数据经济、网络经济浪潮的交汇融合,云计算、工业物联网、大数据、传感器、5G等信息技术与制造技术、工业知识的集成创新不断加速,工业互联网平台应运而生。工业数据采集频率和质量显著提升,采集范围不断扩大,采集成本不断下降,驱动着工业系统从传统的“哑巴设备”向“实时在线”设备延伸和扩展。这一技术背景下,来自制造业的数据的规模、类型和速度、数据质量都正在呈指数级的增长。

关键词:工业互联网,数字化建设,实时数据,数据在信息化系统中的实际应用

塑料制品行业工业互联网数字化建设现状分析:


近年来,我国塑料制品行业在产业结构调整、转型和升级中不断发展,保持快速发展的态势,产销量都位居全球首位,其中塑料制品产量占世界总产量的比重约为20%。塑料管道生产企业也正在采用一系列的“数字化生产、智能应用技术”实现生产,乃至整条供应链的数字化。越来越多的企业认识到了生产车间里数据的价值,尤其是关键设备的关键数据;对标精益运营与自动化、信息化、智能化的全景关系,通过以数据驱动的数字化精益生产,可以消除企业所有环节上的不增值活动,降低成本、缩短生产周期和改善质量,最终实现工业设备健康管理、生产车间的智能运维系统。

实时数据以及数据在工厂各个协作单元中的应用,正在成为塑料制品行业实现工业互联网的核心点之一。数据的分析利用程度越高,企业运营就会越高效,并最终转化为生产效率的提升,同时,业务空间也会得到进一步的拓展。

塑料管道行业的“智”造之痛:


传统的制造业上下游之间的合作一直都是以固定且简单的链条为主。实际上,塑料管道行业的运营与维护成本,在时间轴上的积分会被放大,1%的材料消耗放在1年的连续生产中会是一个很大的数字,而1%的成本优化都会给企业带来利润的提升。

痛点一:人工抄录数据,实时数据无法及时采集


经过蔚锐团队对塑料生产企业的广泛实地调研,发现生产管理过程中,大多数塑料制品生产企业进行数据采集的方式,还是人工抄表记录设备工艺参数。那么这样,就无法保证生产数据的实时性与准确性。而遇到设备故障时,则需要产线工人到相关部门报修处理,造成设备故障无法及时有效处理,同时也浪费了现场工人作业时间,设备利用率低下。批次或订单内工艺或质检数据也全部依靠人工记录。可以说,人工抄录数据,实时数据无法采集,大量纸质化作业实在难以提高信息化在工厂各部门之间的流转速度。

痛点二:工厂信息化软件无法与车间产线设备数据进行实时交互


现下,许多塑料制品企业客户逐渐步入信息化系统的改造中,使用最多的也ERP、MES系统,却无法与车间产线设备进行实时的数据交互,而ERP、MES系统大量数据依赖人工录入或人为干预后才能获得,导致上层系统没有真实可靠的数据基础。导致本地数据库与第三方系统交互非常困难,数据对接成本高昂。因此缺少实时的车间设备运营数据,影响生产决策、客户沟通成本也随之升高。ERP、MES也因为缺乏产线可靠准确的实时数据,不能被有针对性的发挥出更强大的作用和功能。

痛点三:工业互联网概念多,设备越来越智能,但还是无法解决很多管理问题。


工业互联网平台目前已成为IT企业、OT企业、运营商、集成商、云平台等厂商纷纷涉足竞争的焦点领域。围绕工业,尤其是制造业提供服务的工业互联网的机理都非常类似。那么市场上也充斥着众多的概念,工业4.0、智慧工厂、数字化车间等等。而绝大部分塑管制造企业面对市场这些概念时,却发现,在实践中对于要解决的难点、痛点,无从下手。即使车间设备在改造下越来越智能,但真正实现自动化设备的“智能”管理,还是难度大,这些难度就包括了投入大、风险高、项目实施周期长、起步难,后期扩展和维护的成本高昂。

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数据与信息,是塑管制造企业实现智慧工厂的基础


最新发布在Medium上《The Fourth Industrial Revolution: The Rise Of The Autonomous Economy》一文中,作者向我们展示了在智能化时代下为什么数据将会像石油和能源一样重要。下面四步就是一个非常简单的智能生产的模型: A. 收集数据 B. 利用前面的数据作为参考来处理数据 C. 基于提炼的数据才去行动 D.接受反馈数据,从结果中学习,然后全部保存在记忆中。

这个过程是一个持续收集数据、处理数据、采取行动然后接受反馈的循环。 工业互联网平台就是采集来自车间、设备、工业的数据。因为有了实时的数据,产品和设备的迭代也能进一步加快,所有的这一切就像是齿轮一样,都是环环相扣的。

对于实现智慧工厂而言,其核心就在于对数据流的确认。实现数据采集是第一个步骤,为了实现数据采集,在技术上首先是实现互联互通,再通过对数据的分类分组,并以报表、趋势等形式呈现,由下至上地与ERP、MES系统做访问接口对接,并最终用于生产的运营管理,包括生产数据在线、质量追溯在线、生产订单排产、工程变更、设备维护、能耗统计等用途。

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(蔚锐Unet系列产品在实现数字化智慧工厂的数据流应用拓扑图)

数据在塑料管材车间的流转与应用


智能化的塑料管材制造工厂,每一个车间,每一个部门,是一个多维度的协同集成关系,也就是说,不同的部门、不同的车间及生产设备,各个协作单元需要对不同的数据进行采集和集成,并应用于不同的对象和场景,所以必须要结合需求对数据进行分类。由底层设备和产线所获得的数据为各个应用需求单元所采用。这样就将数据与生产实际结合起来,最终实现数据在塑料管材车间的流转与应用。

如果我们将整个塑料管材智慧工厂比做一个整体,将每一个部门或生产线部门,比作一套不同的协同制造的单元,则我们发现,各个单元对应的人员,对于数据的需求也是有所不同的。那么,因为不同协作单元对数据所需要应用的场景不同,在同一目标指征下——提高生产效率、减少浪费、降本增效,这就对相同条件下的实时数据在塑料管材车间的流转与应用提出了更高的要求——实时、准确、统一。

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(“数据在工厂各协作单元中的应用场景”)

“以数据为核心的信息化生产追溯管理平台”实际项目实施


下面是基于蔚锐团队近年的实际案例研究后,对于塑料管材生产企业通过蔚锐Unet开放平台实施“以数据为核心的信息化生产追溯管理平台”实际项目实施案例及收益:

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数据实时画面展示。产线主要工艺数据实时画面展示、关键数据趋势分析、设备参数偏差预警,管理层在办公室即可了解车间生产状况以及故障报警后的及时监控处理等。完全实现无纸化全流程的数据采集。

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图–设备状态)

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图——异常报警界面)

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系统可将视频监控画面集成到服务器,实现现场数据与视频监控画面在同一个平台查看,能够第一时间处理异常状况。与远程运维查看:

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图——车间实时监控画面)

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实时采集挤出机、真空定径箱、超声波检测仪、牵引机、切割机设备数据并按照客户需求将主要工艺数据存入数据库,可根据批次号与时间戳查询历史数据,取消人工定时现场记录工艺参数操作,自动计算设备效率情况,降低人力成本并大大提高了数据的准确性。

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图)

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产线电能耗数据采集,可以合理调配负荷,实现优化运行,有效节约电能,并有高峰与低谷用电记录,从而为能源管理提供了必要条件,为企、事业单位电能节能审计提供依据。

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图——配电箱用电情况界面)

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(蔚锐在实际案例用户处的Unet生产追溯平台的屏幕截图——导出EXCEL能源报表界面)

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实现产品质量的可追溯性;通过与激光打码机的联动,帮助客户实现完整意义的一管一码生产追溯系统。

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(蔚锐一物一码追溯系统的页面截图)

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以产线实时数据为基础的轻量化MES,通过手机、PC端实时掌握生产环节的每一个关键数据及产线情况。

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(蔚锐MES层级关于生产实时状况的使用界面)

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弥补生产设备对于毫秒级瞬间异常数据无法记录、报警与追溯的不足。下图是在实际客户处通过蔚锐Unet平台记录到的螺杆转速瞬时骤降的情况,如曲线所示。这样的瞬时骤降,无法通过生产线上设备触摸屏来记录。在生产过程中产生异常的第一时间,生产协作单元根据实时异常提示,及时处理,及时发现问题,完全可以避免有可能导致较为严重质量事故的情况发生。

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(通过蔚锐Unet平台记录到的螺杆转速瞬时骤降的实际界面)

“以数据为核心的Unet信息化生产追溯平台”,是蔚锐信息团队通过对管材、管件生产设备的互联、互通,实现从生产原料、生产过程、产品检验等环节一体化的数据采集方案,并将数据可视化的呈现出来,助力企业打造数字化透明工厂。帮助行业内企业提升新一轮的综合竞争力,循序渐进地迈向智能制造。

工业互联网技术在塑料管材车间的“分步走”战略


随着工业4.0、工业物联网、智能制造的快速进程,现在基于互联网的协同制造,可以实现从原材料的采购、产品的设计、研发、制造、营销、售后等环节构成闭环。而基于问题驱动的项目背景往往具有深刻的现实意义。

第一步:分析和调研企业现状,选择开放性平台和设备。

根据管材生产企业项目实施经验分析,充分调研与分析现场设备数据采集的可实现性,平台系统需具备开放性、可拓展性,高鲁棒性、等性价比较高的系统。通过常规数据接口方式即可实现数据的第三方交互,以实现ERP、MES与制造MPR数据的内部纵向集成大融合。

  1. 独立第三方开放工业物联网平台提供商,无其他利益相关,系统开放,兼容多种电控产品或者智能仪表。
  2. 全部采用工业级产品,确保软硬件产品可靠与稳定运行。
  3. 直接采集现场PLC的实时数据,不依赖传统OPC接口,数据实时性高,可靠性好。

第二步:根据企业现状分布分阶段实施,降低项目风险

  1. 根据管材生产企业具体项目情况,对产线及其辅助设备进行数据采集,车间的能耗采集统计,之后将主要数据进行分析,先在一个平台或生产线上实现车间所需设备的数据采集、远程运维以及部分能耗监测功能。在未来,再进行大范围的扩展,根据企业线状分布分阶段实施数字化采集,降低项目风险。
  2. 充分考虑企业的具体规划需求,确定设备采集数据状况,即“生产环节中什么最重要”再分步分阶段地实施,也可根据实际功能需求情况,选择部署入门级的云组态方案或者完整的生产追溯系统,项目投资可控,风险小。
  3. 选择开放性、可扩展的数据平台,可对接企业内外部其他信息化系统或者进行功能扩展,不会产生重复投资,符合ISA-95信息化系统国际标准。
  4. 基于CS+BS构架,可做云端SAAS部署或者本地化私有云部署,兼具传统工业的稳定安全性与信息化工业的便捷性。

第三步:由点及面,逐步推进。工业4.0不可能一步到位,先易后难,先局部再复制,先基础后高级

随着数字化技术的提高带来的生产效率和产品品质的提升,将产品、设备、整条生产线和工厂基础设施以数字化的方式呈现,对管材、管件生产设备的互联、互通,实现从生产原料、生产过程、产品检验等环节一体化的数据采集及分析,并将数据可视化的呈现。由点及面,逐步推进。

塑料管道行业实现工业4.0的过程,实际是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,其本质是通过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系,建立面向生产过程中大数据存储、集成、访问、分析、应用和管理的开发环境。通向数字化工厂之路是一条转型之路,构建一套能够兼容、转换多种协议的技术产品体系,实现生产车间及设备之间的数据互联互通互操作便是重中之中。生产流程本身也能够通过多种途径将收集起来的数据转化为收入。

蔚锐Unet生产追溯系统自2015年推出以来,经历了多个版本的迭代,目前已经有超过20家工厂,累计超过100条挤出生产线在蔚锐信息提供的Unet系统的监控之下,这些项目实现了通讯物联的生产设备超过500套;目前这些生产线每天生产成千上万根的燃气管、水管、排水管等产品都已经实现了基于批次的从原料、设备、工艺参数、质检数据、操作人员的完整追溯。在这样新的技术平台的支撑下,希望制造业从中国制造转到“中国智造”更近一步。