王承慧

(南京玻璃纤维研究设计院，南京 210012)



浅谈玻纤工厂智能化

王承慧

(南京玻璃纤维研究设计院，南京 210012)

摘 要：“中国制造2025”核心是“智能制造”，延伸到具体的工厂就是智能工厂，是推动中国从制造大国转向制造强国的根本路径。本文根据国内玻纤工业自动化、信息化发展现状，围绕“装备智能化”、“生产方式智能化”、“产品智能化”、“管理智能化”、“服务智能化”五大“智能制造”的关键组成，探索、归纳玻纤工厂智能化的可行之路。

关键词：玻纤工业；自动化；信息化；智能化；智能制造

0前言

“工业4.0”(Industry 4.0)是德国政府提出的一个高科技战略计划，是指利用物联信息系统(Cyber-Physical System，CPS)将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应。对应“工业4.0”，我国政府立足我国转变经济发展方式实际需要，围绕创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展、人才为本等关键环节，提出“中国制造2025”高科技战略计划。“中国制造2025”核心是“智能制造”，由智能制造再延伸到具体的工厂，就是智能工厂，是推动中国从制造大国转向制造强国的根本路径，“智能制造”也是玻纤工业的发展必由之路[1]。

1“智能制造”概念

“智能制造”主要包括：装备智能化、生产方式智能化、产品智能化、管理智能化、服务智能化五大方面。

(1) 装备智能化：运用先进制造技术、信息技术和智能技术，赋予物理设备具有感知、分析、推理、决策、控制功能，是实现智能工厂的基础；

(2) 生产方式智能化：运用互联网技术，将智能装置、智能控制系统、通信设施等组成一个智能系统网络，让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等功能。智能化生产方式将改变整个生产技术的使用，不同系统之间可以相互沟通，工作更快、做出反应更加迅速，是实现智能工厂的根本手段；

(3) 管理智能化：信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，将各个层次自动化设备、各级管理计算机有机连接起来，形成一个完整的网络整体，使企业的人、财、物、供、产、销全面结合、全面受控、实时反馈、动态协调，实现企业效益最大，是智能工厂的大脑；

(4) 产品智能化：运用电子标签等作为数据载体，采集(标识、识别、跟踪)产品生产、包装、仓储、销售等环节的控制信息，实现生产的可追溯性、货物位置和存储的情况、识别产品的流向和产品的合法性等。产品智能化赋予产品“身份”信息，更加体现智能化；

(5) 服务智能化：利用互联网技术，工程师可以瞬间“到达”用户身边，达到上门服务的效果，服务智能化将使服务更加专业安全、快捷高效、节约大量时间成本和使用成本。

2中国玻纤工业生产制造现状

“中国智造”整体薄弱，即便是处于国内自动化生产水平上游的汽车制造行业，如何转向“中国智造”仍然是一个艰难的课题。在工业4.0的构架中，未来汽车工厂将实现网络化、分布式、模块化的生产，消费者可以将自己的需求输入制造系统，智能化的生产体系结合大数据去寻找相应材料，每台机器也可根据产品特性做相应调节，进行零部件匹配性生产，使得每一个汽车零部件都有属于自己的身份认证，并贯穿其整个生产、装备和服务环节，便于管理和追溯。目前汽车生产线已经可以实现相对柔性化的生产，但要实现工业4.0描述的，还面临着软件、硬件、智能设备、体系以及专业人才等一系列待解决的实际问题。

与汽车产业相比，中国的玻纤工业生产制造自动化覆盖范围和水平整体要低得多，中国玻纤生产自1996年推广池窑拉丝工艺技术实现规模化生产以来，经过近20年的努力，产业规模及自动化生产程度得到了较大的发展。行业领军企业实现了主生产线DCS自动控制、物流生产线的自动化、以及配合料输送、浸润剂配制、公用工程(水、电、燃气等)的自动化控制等部分生产制造自动化，并已经开始着手实施“智能制造”。但就绝大多数玻纤企业而言，生产自动化还只是孤岛，尚未连接起企业整个生产过程，信息化管理也大多停留在计划管理层，未能贯穿到企业整个生产、管理、资金、物流、服务环节。对整个玻纤行业而言，更多的企业面临着尚未实现自动化就搭建了信息化管理网络，实现了生产计划、仓储物流、采购、销售等环节的企业资源优化管理。跨步迈进信息化，距智能制造、智能工厂要求差距很大。

玻纤工业从二十世纪50年代开始已经走过了50多年，生产工艺从学习原苏联的全铂坩埚到具有中国特色的代铂炉，从球法拉丝工艺到池窑拉丝，池窑从年产7000 t到12万t；池窑拉丝从单元窑、马蹄窑到全电熔窑；燃烧从空气预热助燃到纯氧燃烧；玻璃成分从中碱、E玻璃、无硼无氟到HM高模量。玻纤工业自动化更是一步一个脚印的向前发展，控制装备从电子管到晶体管，从单板机到单片机，从可编程调节仪到PLC(可编程控制器)，从DCS(分布式控制系统)到FCS(现场总线控制系统)，从主生产工艺的池窑车间到丝筒等后处理的物流输送，从浸润剂配制到公用工程车间的水、电、燃气、制氧等，从玻纤生产环节到废气、废水处理等等，一个个环节都实现自动化、局部智能化与局部网络化。控制策略从常规PID到先进PID，从恒值控制到模型预测控制；物流输送从固定式的输送链线、立体丝库到AGV智能小车与机器人在线。工厂与企业管理从内部局域网、AO(办公自动化)与ERP(企业资源策划)。所有这一切都体现了玻纤工业，作为国家工业的一个组成部分，在一步步向着生产、管理、经营的自动化、信息化直至智能化的道路上前行[2-4]。

3玻纤工厂智能化发展之路

3.1工厂生产过程自动化

玻纤工厂生产过程自动化主要包括原料自动配料输送、池窑拉丝主生产线DCS控制、物流生产线的自动化、浸润剂配制线的自动化、工厂公用站房自动化等。

原料自动配料输送系统，采用PLC加PC上位机，完成配合料各种粉料上料、称重、混合、输送至窑头料仓的自动配料、输送过程，以及配合料系统的信息化管理。

池窑拉丝主生产线DCS控制系统，通过众多温度、压力、流量传感器，智能测量、调节、控制装置，计算机嵌入式终端系统，网络通信设施等组成的智能控制系统，自动调节池窑及其热工设备的工艺参数，实现玻璃熔制、纤维成形工艺生产过程自动化和信息化。

物流生产线的自动化，应用了激光导引AGV(自动导引小车)与搬运机器人，将丝饼从卷绕区自动输送到烘干区烘干后，自动完成包装、堆垛、进出立体库等，实现了产品从生产环节到仓储的自动化识别、传输、分配、存储和管理。

浸润剂配制线的自动化，采用PLC加PC上位机按照工艺流程对预处理罐、预溶罐、配制罐、中间罐、储罐、循环罐等进行一系列的顺序过程控制和信息化管理。

工厂公用站房，如燃油站、天然气站、氧气站、变电站、循环水站、废气废水站等，通过采用PLC加PC上位机监控系统，实现供油、供气、供电、供水与废弃物的智能控制和信息化管理。

3.2企业管理信息化

企业信息化是利用信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，将各个层次自动化设备、各级管理计算机有机连接起来形成一个完整的网络整体，控制整个企业的全部生产活动：物质供应、生产过程、计划调试、经营决策、企业管理、产品销售等，使企业的总体经济效益最大化。如面向企业上层计划层的ERP系统，是在企业中形成以计算机为核心的闭环管理系统，使企业的人、财、物、供、产、销全面结合、全面受控、实时反馈、动态协调、以销定产、以产求供，降低成本；面向车间层的MES管理信息系统，主要负责车间生产管理和调度执行，使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正；面向组织的日常运作和管理的OA系统，打通了业务流程和审批流程，甚至是企业的审批流程可以调用业务流程。将OA系统与微信企业号对接，流程审批实现了语音化，内部沟通更加简易化和精准化。在当前和未来，企业各种管理系统及工具软件进行平滑对接，数据共享，是提升信息化管理水平的关键。

3.3企业计算机综合管理系统[5-7]

CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的中文含义为计算机集成制造系统，或计算机综合制造系统或计算机现代制造系统。它是将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，应用于企业产品全生命周期的各个阶段，通过人/组织、经营管理和信息技术集成，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，提高企业的市场应变能力和综合竞争力。

CIMS是将企业各个层级自动化设备，包括基础自动化、设备级控制计算机、车间级生产控制计算机、分厂级管理计算机、总厂级管理计算机有机连接起来，形成一个完整的整体，面向整个企业的全部生产活动，包括物质供应、生产过程、计划调试、经营决策、企业管理、产品销售等，其目的是根据市场的供销情况和对经济形势的分析预测，充分利用企业的可用资源，通过CIMS中各子系统协调工作，提高劳动生产率，改进产品质量，取得更大的管理效率，从而获得最佳经济效益。

CIMS系统组成的四个层级：

第一层：池窑拉丝全生产过程与装备、成品纱流程处理与装备、公用工程流程与装备、废气废水处理流程与装备等等；

第二层：DCS(或PLC)控制层是第一层的过程控制层，控制级的实施性能的好坏，对整个CIMS工程的实施是至关重要的；过程监控层是以操作优化为目的，通过建立相应对象数学模型，运用有效的优化方法，求取合适的操作参数，实现过程控制最优化，如“通路温度先进控制系统”。

第三层：生产调度层是调度级接受管理级发来的生产任务、目标的指定要求，针对实际生产状态，解决不同工段或装置间的生产协调与平衡。调度级将下层DCS层中有关信息与企业管理信息层有机连接，使企业的信息沟通、指令传递快捷高效。

第四层：是面向企业上层计划层，控制整个企业的物质供应、生产过程、计划调试、经营决策、企业管理、产品销售等全部生产活动，使企业的人、财、物、供、产、销全面结合、全面受控、实时反馈、动态协调、以销定产、以产求供，降低成本，实现企业信息集成与全面质量管理，获得总体经济效益最大化。

CIMS系统功能涵盖公司的所有部门与生产装置，涉及了公司调度、计划统计、财务、工艺技术、机动设备、质量、化验、计量、环保、安全、物资供应、销售信息、人事、决策分析及党政工团等行政事务。应用系统包括计算机实时信息管理系统、物资综合管理系统、工艺全流程模拟系统、工业电视监控系统及视频会议系统、生产过程数据采集系统、生产经营管理信息系统、办公自动化系统、企业管理决策系统等，并提供网络服务和电子邮件业务等。

3.4实施智能化关注事项

(1) 自动化与信息化深度融合：由于工厂生产环节中自动化设备越来越多，覆盖面越来越大，设备能够提供的信息也越来越多，这些信息可以囊括生产的方方面面，从工艺运行参数、质量控制、能源管理到产品和设备数据的归类、分析、整理，最终将会形成一个庞大的数据库。因此，信息的继承与共享、自动化与信息化深度融合是实现智能化的关键。中国整个制造工业正在进行中的趋势也正是工业自动化与信息化的高度融合。

(2) 在规划设计阶段要充分考虑到本企业的未来发展趋势。智能制造、智能化工厂是整个工业制造系统发展的大趋势，所有的层级智能也都是在发展中，所以在计划阶段就就应在系统的设计上，既要采用当前最先进的软硬件技术，又要在软硬件接口上与标准化上留有充足的余地。

(3) 普及现场设备智能化：现场的单体设备智能化是工厂智能化的基础，设备智能化的现场才能接收并执行来自管理调度层的指令，上传生产运行参数。否则，即使上层采用了高端管理软件也是与现场生产管理脱节，也不可能建成覆盖整个生产运营全过程的高效的信息化网络。

(4) 重视网络安全建设：没有安全的网络，企业就没有安全生产与综合管理活动的环境。

4结束语

国内玻纤工业的生产管理与现代智能制造间的

巨大差异，就必然要求我们在向着玻纤工厂智能化的大目标奋进中，要积极地学习、借鉴、借力石油、化工、汽车、电子、机器人制造等先进行业的经验及做法，在此基础上，制定出自己的综合目标，分步实施计划，一步一个踋印向前推进。

参考文献

[1]国家制造强国建设战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术路线图[M].北京：2015.

[2]吴嘉培.玻纤工业自动化50年[J].玻璃纤维，2015，6(1)：38-46.

[3]姜肇中.我国改革开放与玻纤工业的高速发展[J].玻璃纤维，2008，6(6)：1-8.

[4]魏平.三十载点石成金唱响玻纤最强音—巨石集团的“峻岭涅磐”历程.玻璃纤维[J].2009，6(1)：1-5.

[5]龙玲.CIMS中的集成和现代集成制造系统中的优化[J].电子科技，2004，12(1)：51-53.

[6]张永哲.现代集成制造系统技术及其发展[J].天津职业技术师范学院学报，2001，11(3)：38-41.

[7]康文利，范孝良.面向制造业的先进制造模式CIMS的发展趋势[J].组合机床与自动化加工技术，2003，12(11)：1-2.

Primary Discussion on Intelligent Glass Fiber Factory

Wang Chenghui

(Nanjing Fiberglass Research & Design Institute，Nanjing 210012)

Abstract:The core of“Made in China 2025”is“intelligent manufacturing”，which can be extended to intelligent factory，and can create necessary path of upgrading China from large manufacturing country to strong manufacturing country.Based on the automation and information technology status in the domestic glass fiber industry，this article explores and summarizes a feasible way of developing intelligent glass fiber factories with focus on five key components of“intelligent manufacturing”，including“intelligent equipment”，“intelligent production”，“intelligent products”，“intelligent management”and“intelligent service”.

Key words:glass fiber industry；automation；intelligence；imformatization；intelligent manufacturing

中图分类号：TQ171.77

文献标识码：A

收稿日期：2016-01-19

作者简介：王承慧，女，1963年生，高级工程师。主要从事玻纤、岩棉工程项目设计技术管理工作的研究。

修回日期：2016-01-21