智能工厂系统在工业改革中的应用研究

文/牛晓望

随着《“十四五”智能制造发展规划》的发布，工业改革进程进一步加快，节能减排的理念逐渐深化。当前，生产过程中依然存在大量低效流程，急需通过工业改革进行优化。基于此背景，本文在简要分析工业改革当前存在的问题的基础上，对智能工厂系统在工业改革中的必要性展开研究与分析。

现阶段，国内依旧存在着数量庞大的传统制造公司。由于污染环境、能耗高、绩效低等固有弊端，传统制造模式已无法满足现代制造业的生产需求，因此传统制造公司必须深化改革，向着智能化方向转变。

一、工业改革当前存在的问题

（一）待转型制造企业存在的问题

1.仓库管理流程混乱

传统制造企业大多存在仓库管理流程混乱的问题，许多操作员可以直接接触原材料，甚至不需要登记就能随意进出工厂。在原料获取环节，这些企业仅进行人工登记，根本无法确保登记信息的真实性、准确性。除此之外，无法及时核查配送信息、物料信息长时间混乱、生产效率低下等问题时有发生。以陶瓷产业为例，对于黏土、石英、长石这三大类矿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仓库，以便后续生产使用。但由于传统陶瓷工厂的仓库管理流程相对混乱，原材料配送不及时、物料投放出错等问题仍屡禁不止。

2.物料使用数据不明晰

例如，传统陶瓷工厂的生产流程不透明，并且存在物料使用情况不明晰的问题。同时，由于大多数传统陶瓷工厂尚未引入云端技术，物料信息的登记和分析工作仍靠人工来完成，故而无法保障相关数据的科学性，极易导致物料遗漏、数据不准确等问题。

（二）传统制造企业转型升级过程中存在的问题

1.缺乏科学的战略指引

数字化转变策略是指为支持公司灵活运用数据而产生的，策略转变及转型过程中、转变后公司经营业务的策略定位。[1]但传统制造企业在数字化转型升级过程中普遍缺少科学的策略指导，部分传统制造企业甚至不能正确认识数字化转变战略。例如，一些中小型企业对数字化转型升级的理解较为浅显，或者将数字化转型的目标和策略混为一谈，缺乏实际规划。[2]

2.发展战略与生产模式不匹配

例如，在传统陶瓷工厂转型升级过程中，经常发生企业发展战略与转型升级后的生产模式不匹配、纸质化管理占比过高、数字化管理单一化等问题。由于传统观念根深蒂固，这些陶瓷工厂通常无法及时转变发展战略，在数字化转型过程中，难免陷入转型策略与转型目标相冲突的怪圈。有些传统陶瓷工厂在转变战略方向后，甚至出现背离数字化发展目标、数字化转变措施形同虚设的情况。[3]

3.新生产模式与节约成本的目标相背离

成功改革后，智能生产系统操作复杂、使用难度较大的问题较为突出，进而导致企业无法组织待上岗员工参与岗前培训，不得不高价聘请专业技术人员进行操作，企业负担加重。这显然与企业节约成本的改革目标相背离。因此，针对新生产模式“低成本生产、高用人成本”的问题，相关制造企业仍需进一步研究。

二、智能工厂系统

智能工厂系统是以MES生产管理系统为核心，以高效率、低成本生产为目的，由组态编辑器、WMS智能仓储管理系统、APS系统高级计划排程系统、MOM系统等共同组成的智能化工厂管理系统。

（一）组态编辑器

智能工厂系统为使用者提供了一款组态编辑器，使用者可通过操作该编辑器完成工艺流程图的绘制。在绘制过程中，各组态的绑定数据将直观显示在编辑器中。对于非专业技术人员来说，该编辑器操作界面简洁直观、功能强大、便于操作。

（二）WMS智能仓储管理系统

使用者可以通过组态编辑器设计入库出库、区位理货、单据流转、收费结算、报表图表分析等工作模块，进而实现生产过程无人调度的目的，形成柔性、现代化智慧物流体系。例如，WMS智能仓储管理系统具有联网控制大型物流日常经营管理的功能，如传递入库信号、自动存储物流信息、智能规划传输路线等。与此同时，该系统模块也是柔性工厂、柔性流水线的重要管理平台，能够大幅降低传统制造企业的人工成本，有效提高仓储管理的总体质量。在通常情况下，该系统模块主要包含两个核心子系统，即道路控制子系统和机器人控制子系统。此外，为实现自动化仓库管理，WMS智能仓储管理系统还与自动化管理器相连接，使得该系统能够自动控制卡车和仓库管理系统间的连接，进而开展数据通信、同步仓库数据、交换任务数据、日常维护管理数据等工作。

（三）APS系统高级计划排程系统

该系统是针对传统运检计划的编制与执行环节普遍存在的过度依靠工作人员进行人工编制与现场管控、运检计划编制进度慢、执行管控疏漏不断等问题，以提高运检工作的质量和效率、保障电网安全为主要目的而搭建的运检计划用数字化管控系统。该系统通过对比运检业务与制造业业务的异同点，建立映射模型，以供相关管理人员结合实际需要调整运检计划。该系统以生产车间为基础，对微应用进行改造，从而实现运检计划及全业务工作流程的数字化管控，优化减少近90%的信息收集工作，有效规避因检修不到位造成的设备质量问题。简单来说，该系统通过分析运检承载能力、辨识运检风险、制定差异化运检策略等方式，切实保障传统制造企业的生产安全。

（四）MOM系统

MOM系统主要用于协同企业管理员工、设施、原料和产品等信息，协助操作人员将原料转化为产品。当前，MOM系统中的客户和物料协同优化模式主要用于提高客户需求和库存信息的关联度。传统制造企业可以用优化生产管理数据的方式来提升供应链企业的工作效率，减少人员压力，降低原料供给不稳定等的负面影响。此外，MOM系统中的配送车路线优化模块还可以根据不同生产线对物料的需求分配目标，根据车辆载重和配送时长，实时设计最优车辆运输方案，实现物流运输成本的最小化。值得注意的是，MOM系统还支持使用两个不同交叉算子的遗传算法，进一步优化车辆运输方案，进一步提高车间生产效率，降低企业成本。

三、智能工厂系统在工业改革中的优势

智能工厂系统中的设备互相联结，同时，该系统还可以通过广泛使用虚拟仿真软件，实现柔性自动化生产。在节能减排方面，该系统比传统制造模式更加注重绿色生产，其可以通过检测能源消耗情况及时调整生产模式，并且支持在大型生产车间进行可视化生产，以便操作人员根据实际情况及时调整生产速率，达成降低企业生产成本、科学高效生产的目的。为此，传统制造企业在工业改革过程中，应从以下几点入手。（1）定制个性化专业管理系统。该系统应具备跟踪控制、品质管控、系统工程、综合运营、物流控制、项目协调等六项核心功能，以辅助管理人员处理数据采集、机械设备调度等工作。（2）引入智能化数据采集系统。通过该系统，传统制造企业可以直接参与自动化生产线的生产和控制、实时采集设备数据进行管理分析、整合对接第三方平台等工作。（3）搭建简易远程操作系统。该系统采用可视化界面，从而大幅降低了技术人员的操作难度。同时，在互联网的支持下，生产数据可以实时传输至云端系统，以供管理人员远程操控。

现阶段，工业改革明确提出提高效能、节能减排、降低生产成本的战略目标。随着工业改革的持续推进，重点工业企业生产能效将全面提升，传统制造企业数字化、智能化转型将持续深入，绿色能源、节能提效工艺技术和设备利用率将显著提升。由此可见，加快普及智能工厂系统在传统制造企业中的应用，是确保工业改革成效的必要手段。

四、结语

当前，传统制造业普遍存在安全隐患、生产效率低下等固有问题。

以陶瓷行业为例，首先，因操作人员反应炉投放错误、仓库存储管理不规范而引发的安全事故不在少数。其次，在生产效能方面，受纸质化管理占比过高、操作不精细、耗材过高等问题的影响，传统陶瓷工厂的生产效能相对较低。随着科技的发展和智能化改革的进一步推广，在国家政策的积极推动下，智能化工厂系统将逐渐发展成工业改革中不可或缺的重要内容。在不久的将来，云组态存储、基于MES生产管理系统等智能技术有望取代传统组态技术，进而加快工业改革的步伐。