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打造基于化纤工业互联网平台的数字化工厂

2023/1/13    来源:e-works    e-works:e-works整理      
关键字:智能工厂案例  e-works年度盘点  智能制造  恒逸石化  
本文为“2022年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2022年度,为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介

       恒逸石化致力于发展成为国内领先、国际一流的石化产业集团之一,通过实现资源共享、产业协同,全面提升综合竞争力,目前已逐步形成“涤纶+锦纶”双纶驱动的石化产业链为核心业务,石化金融、石化贸易为成长业务,化纤产业大数据、智能制造为新兴业务的“石化+” 多层次立体产业布局。公司综合竞争优势多年位居行业前列,主要的产品包括精对苯二甲酸(PTA),参控股产能达到1,350万吨;己内酰胺(CPL)产能30万吨;聚酯(PET)切片、瓶片以及涤纶预取向丝(POY)、涤纶牵伸丝(FDY)、涤纶加弹丝(DTY)、短纤等差别化产品,参控股产能共410万吨。

       公司自成立以来,紧紧围绕“巩固、突出和提升主营业务竞争力”的战略方针,联合战略合作方实现优势互补,不断向石化产业链上游延伸。未来,公司蓄力前行,借助文莱PMB石油化工项目实现又一次的跨越式前进。该项目是公司与文莱政府合作的一个以原油、凝析油为原料的炼油化工一体化项目,是国家“一带一路”重点建设项目,具有高度战略意义,是公司向国际产能合作、产业链一体化战略目标迈出的关键一步,同时将建设成为中文两国友好合作的典范。
图1 浙江恒逸石化有限公司
图1 浙江恒逸石化有限公司

二、企业在智能制造方面的现状

       恒逸在信息化、智能制造建设方面始终走在行业前列,不断进行探索与创新,主要应用情况简介如下:

       自2001年开始,逐步开始全面上线应用用友财务软件、OA系统、SAP系统、资金管理系统、报表系统、SCM、SRM、CRM、微商城、单锭数据流系统、营销闭环系统、TMS、仓储管理系统、共享托盘系统、全流程智能物流系统、化纤工业互联网平台、 EAM、MES、能源系统等等。其中恒逸在行业内首创的系统如下:微商城——行业内首家实现可24小时下单,提升订单处理、到货效率,为客户提供完整的金融解决方案,大幅提升客户满意度;单锭数据流——行业内首套实现单锭丝锭全生命周期的追溯与管理;共享托盘系统——行业内首创塑料共享托盘系统,通过RFID为托盘赋予信息重复利用,降低物流成本;全流程智能物流系统——2018年在行业内率先实现首个全流程智能化物流系统的落地运行,率先探索了化纤行业数字化工厂建设之路;化纤工业互联网平台——行业内首个化纤工业互联网平台,根据恒逸自身特点进行建设,有力的支撑了企业数字化建设,入选首批浙江省工业互联网平台名单,并获得2019年工信部工业互联网优秀APP解决方案。

       通过信息化、智能制造的建设与落地,有效的实现了企业纵向“人机料法环”、横向“人财物产销”的资源整合,大幅提升企业的生产经营与管理效率,为企业数字化、智能化建设保驾护航。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

1. 项目背景介绍

       化纤工业是我国具有国际竞争优势的产业,是纺织工业整体竞争力提升的重要支柱产业, 也是战略性新兴产业的重要组成部分,同时也是存在产能结构性过剩,高附加值、高技术含量产品比重低等问题。随着人工智能、大数据、云计算、机器视觉等新兴技术蓬勃发展,尤其在国家《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等纲领性文件的指导与推动下,我国化纤工业向智能制造方向发展取得积极成效,如化纤制造设备已经具有添加互联互通技术以及高速化通信网络技术数据接口能力和工业互联网传输条件。

       面向未来,化纤工业下游纺织服装企业的个性化需求日趋增加,在生产批次越来多、批量越来越少、对环节柔性生产的要求越来越高的新形势下,对于连续流程性的化纤工业要在提高市场需求响应速度的同时保证产品品质的一致性,必然要求化纤企业率先解决生产过程中预测能力欠缺、人工抽检难度大等问题,构建有预测能力的数字化新型基础设施来支撑未来化纤行业的智能化、柔性化、网络化发展。与此同时,化纤工业上下游处于“信息孤岛”状态,下游面对的客户是大量中小型、高度分散的纺织服装企业,行业B2B电子商务、供应链金融、物流和客户服务等对数据互联互通的需求巨大。

       涤纶长丝生产流程长而复杂,涵盖流程型、离线型两种制造模式。传统的生产模式具有完全依赖人工作业;产品开发周期长;产品开发、生产效率低;生产过程中损耗、能耗大;各工序作业分散,生产、产品信息采集、传递和数据汇总困难,生产运行设备多而广,关联度低,设备数据间互通互联程度低,设备状态监测、数据分析缺乏完整实时信息和数据可追溯性等弊端,成为了涤纶长丝生产进一步转型升级瓶颈。因此需对涤纶长丝生产全流程的工艺设备、工艺参数、原料信息、品质信息进行实时的监测,并通过获取的实时数据进行机理模型与非机理模型分析,从而预测原料信息差异、设备波动与产品差异之间的关联,优化生产工艺的调整,提高涤纶长丝产品品质,降低能耗和物耗。

       工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物,向下连接海量设备,自身承载工业经验与知识模型,向上对接工业优化应用,为实现化纤工业全生命周期智能制造提供了系统解决方案。通过建设化纤工业互联网平台,一方面实现对化纤生产全流程的工艺设备、工艺参数、原料信息、品质信息进行实时的监测,并通过获取的实时数据进行机理模型与非机理模型分析,从而预测原料信息差异、设备波动与产品差异之间的关联,优化生产工艺的调整,提高涤纶长丝产品品质,降低能耗和物耗;另一方面,促进产业链深度融合、协同与集成应用,从而提高产业链整体效率,推进产业链的降本增效和智能化、服务化转型升级,对推动我国化纤产业向中高端迈进具有重大意义。

       恒逸石化股份有限公司是我国化纤行业龙头企业,拥有国内先进的纤维研发生产团队、生产工艺和生产线,为了进一步提升公司化纤行业综合竞争力,推进化纤生产智能化、柔性化、网络化改造,本项目拟由子公司海宁恒逸新材料有限公司基于化纤工业互联网平台,开展现有厂区智能化改造升级,购置自动落筒线、AGV丝箱转运系统、智能外观检、丝箱平衡库、自动包装线、加弹车间智能上丝及下丝系统、加弹车间丝车平衡库及包装线、智能成品立体仓库等等自主品牌的智能化设备,合作引进浙大中控智慧制造执行系统、精细化生产管理执行系统,推广应用以客户自助下单自助服务为导向的供应链一体化系统,实现生产、物流、供应链管理和产品追溯的全流程智能化,打造基于化纤工业互联网平台的智能化工厂。

2. 项目实施与应用情况详细介绍

2.1 工艺流程概述

       该系统是基于工业互联网平台,贯通卷绕车间、检验车间、加弹车间、仓储车间的全过程产品物流和信息流集成的智能化系统,工艺流程是从卷绕机的纱锭落筒至成品箱包的出库装车,即整个生产、检验、包装、仓储、出库过程,其中详细的工艺流程如下:

       1)自动落筒机将纱锭从卷绕头落筒落筒至丝箱,同时本系统应用物联网技术从卷绕头获取POY纱锭的原始详细生产数据。通过上位机智能调度,自动牵引车AGV应用自动导航技术将不同生产线的丝箱搬运至指定的下一工序位置。装载POY纱锭的丝箱到达检验区域后,在自动输送线上完成人工剥丝、打结等工序,并完成自动单锭称重与智能外检检验,同时通过上位机管理系统将操作日志、检验结果等数据绑定到每个纱锭,形成产量统计、反馈、追溯等有价值的数据流。
图2 纺丝车间智能落筒包装物流系统
图2 纺丝车间智能落筒包装物流系统

       2)完成检验工序的POY纱锭再次装载至丝箱后进入丝箱平衡库,通过仓储管理系统WMS与其它调度系统的信息互联,识别纱锭的下一个去向,包括自动包装、自动转运至加弹车间、自动装大车丝系统等。POY丝箱平衡库通过仓储管理系统WMS与包装调度系统的信息互联,识别识别纱锭的包装任务,完成POY纱锭不同的包装方式,通过上位机管理系统形成产量统计、成品入库等有价值的数据流。
图3 加弹车间智能上下丝及包装系统
图3 加弹车间智能上下丝及包装系统

       3)装载原丝架的AGV通过上位机调度系统,根据生产需求实时转运不同产品至指定的加弹机。装载DTY纱锭的AGV通过上位机调度系统,实现满卷纱锭的自动落筒并从加弹车获取DTY纱锭的原始详细生产数据,转运并装载至DTY纱车,同时完成单锭信息的传递。装载DTY纱锭的纱车达到检验区,在自动输送线上完成人工剥丝、打结、织袜等工序。完成检验工序的DTY纱锭进入纱车平衡库,通过仓储管理系统WMS与包装调度系统的信息互联识别纱锭的包装任务,完成DTY纱锭不同的包装方式,通过上位机管理系统形成产量统计、成品入库等有价值的数据流。
图4 智能成品立体仓库
图4 智能成品立体仓库

       4)完成包装的DTY成品自动输送至智能立体仓库,并与公司内部仓储管理系统WMS信息互联,根据销售订单自动出库装车。完成包装的POY成品自动输送至智能立体仓库,并与公司内部仓储管理系统WMS信息互联,根据销售订单自动出库装车。

2.2 建设方案

       1)建设内容

       本项目基于恒逸集团化纤工业互联网平台进行智能化改造升级,有效的集成在化纤工业互联网平台上,并链接智能化设备,包括智能落筒包装物流系统、智能外检系统、自动上下丝及自动上纸管系统、智能立体库等设备,实现全流程智能物流及产品全流程追溯;在营销端运用化纤工业互联网平台的供应链一体化应用,实现客户从商城下单、营销订单管理、智能仓储拣配、智能园区物流、到物流配送全供应链一体化管理。项目实施后,将服务配套厂区150万吨智能化环保功能性纤维的生产、检测、物流运输及销售的智能化升级。

       2)总体架构

       集团围绕化纤全生命周期管理,打造基于化纤行业特性的工业互联网平台。根据场景需求对搭建的工业互联网平台四层结构(边缘层、PaaS、IaaS、SaaS),制定相关标准并开展应用推广工作。围绕生产优化、燃煤优化、智能生产、质量优化、资源整合等方面提供平台化服务,形成多种创新模式。
图5 化纤工业互联网平台总体架构
图5 化纤工业互联网平台总体架构

       3)业务框架

       根据化纤工业互联网平台总体架构,重点从产品生命周期管理、系统层级应用、智能化功能三大维度构建功能业务框架。推广应用智能清板机器人、全自动智能纺丝落丝线、全自动智能包装线、自动智能装车机器人、基于人工智能的产品外观检验、智能立体库等智能化设备,并将智能化化装备形成的海量过程数据在有效集成MES和ERP上,形成以智能化装备和工业互联网为基础,结合快速响应的客户分层分级管理、客户征信系统、金融、物流和信息物联协同平台,实现工业大数据对产业链上下游链接,优化品质,深挖产业链价值,降低成本,提升服务价值。

       在全生命周期管理维度,建立研发系统,实现聚酯、纺丝生产流程数据上云实时分析与工艺优化系统;信息化全面集成应用,ERP、MES系统全面建成,能够通过监控整个生产作业过程,自动预警或修正生产中的异常,提高生产效率和质量。智能化物流全面建成,实现TMS、车辆管理系统、物流系统;建立智能销售系统,建立商业智能AI,实时进行市场感知,实现销售大数据分析和个性化营销等功能。服务全面APP化。

       在系统层级维度,已实现智能清板机器人、基于大数据深度学习的产品外观检验、全自动智能纺丝落丝线、全自动智能包装线、智能立体库、纱锭自动输送线,通过全流程的数据采集,进行大数据分析与决策,驱动业务运作。

       在智能化功能维度,已实现能够基于能源数据信息的采集和存储,对耗能和产能调度提供优化方案,优化能源运行方式。以单锭数据流为主线,形成数据集成系统。能够基于云平台实现企业间业务的集成。上下游质量数据互通,打通产业链品质数据。5G新技术的应用。企业实现数据库的网络化集成与应用(云数据库)。
图6 化纤工业互联网平台功能框架
图6 化纤工业互联网平台功能框架

       4)数据中台

       数据中台包括两个方面,一个是数据的技术能力,另一个是数据的资产技术能力是指数据中台负责所有业务数据的采集、加工处理、服务应用等工作,是一个多技术的整合。而数据中台不仅仅是一个数据的集合,经过处理后的数据不再像蜘蛛网一样眼花撩乱,从各个业务线,业务域上的海量数据中提取核心内容,经过一定业务逻辑下的组装,还原出恒逸全链路下各个对象的行为树,同时能被灵活使用,并快速扩展。

       数据中台的理念是让恒逸集团整个业务都可以共享同一套数据技术与资产,数据中台的数据源自各业务系统,为恒逸集团业务体系提供了有力的算法、数据和技术支持。在数据中台的体系之下,可以不断扩大和纳入业务版图内的各种业务数据,也都将按统一的方式接入中台系统,之后通过统一化的数据技术服务反哺业务。数据来自于业务,反哺业务,并循环往复,蕴含更大能量,形成一个数据生态,从而衍生无限的可能性。
图7 数据中台功能框架
图7 数据中台功能框架

       5)信息安全

       在安全运营方面提出了“ 1 +3 ”的概念,即通过“安全融入设计、自动化监控与响应、红蓝对抗与持续改进”这3个安全手段,实现“保障用户数据安全”这1个核心目标。凭着“ 1 +3 ”的强力运营管控,检测出逼近100%的内部漏洞与风险,追踪控制能力更是完全覆盖所有服务。
图8 安全体系图
图8 安全体系图

3. 效益分析

       自应用该系统的自动化与数字化关键技术以来,我司传统生产流程发生了变革,通过信息化集成实现了精益管理和柔性化生产,降低了经营成本,提高了生产效率,提升了产品形象,预计可降低经营成本超3000万元/年。同时减少人为因素造成的产品降等,提升优等品率,预计降低质量损失近1000万元/年。共计产生直接经济效益超过4000万元/年。 
责任编辑:吴婕
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