一、產業轉型升級迫在眉睫
近年來,作為典型勞動力密集的高能耗、高水耗和高污染“三高”產業,印染行業與資源環境的矛盾日顯突出,行業內企業的健康發展與社會責任承受著較大的考驗;同時,對包括印染行業在內的傳統制造業而言,“招工難,用工難”的情況已成為常態,人力成本快速增長,工人流動性和缺口較大,均已對生產組織和進度控制造成不利影響,“機器換人,人機協作”已是必然選擇;此外,大部分印染行業內企業的管理運作模式依然十分傳統,各環節信息孤島式運作,企業決策層對整體生產信息統籌把控的時效性不高,生產透明度不夠,資源配置時效性難以跟上生產進度要求,影響生產效率和產品質量。
二、技術創新助力智能制造
作為廣東省新型研發機構,中國科學院廣州沈陽自動化研究所分所(以下簡稱廣州沈自所分所)自成立以來一直致力于工業自動化、網絡化和智能化技術在地方聚集產業的開發和應用。當前,我國正在大力推進實施《中國制造2025》重大戰略部署,發布了《智能制造工程實施指南(2015-2020)》,為傳統制造業轉型升級指明了方向,廣州沈自所分所以此為指導路線,針對印染行業面臨的共性難題生產特征,建立了“企業級管理層-車間級執行層-設備級控制層”三層次的智能化生產系統架構,以制造過程多源異構泛在數據智能感知為基礎,異構設備互聯和信息系統集成為核心,制造過程自主優化決策和智能協同控制為目標,實施印染全流程的數字化、信息化和智能化技術開發應用工作:
(一)印染關鍵工序核心智能裝備研制與應用
目前,國內印染生產設備(染機、定型機等)單機自動化已達到較高水平,一定程度上緩解了人力不足問題,但在染整核心環節,也是勞動強度大、精度要求高的染料助劑計量與配送環節,自動化程度還遠遠不夠,大部分印染企業染料助劑的配送仍然以人工操作為主,人力需求大且計量精度和輸配送效率偏低。染料助劑在線稱量和管道式輸送設備已有部分企業應用,但稱量的準確性、染機等待配料等關鍵問題普遍解決得不夠好。
廣州沈自所分所針對國內企業生產規模大、染機數量多、染料助劑種類繁雜的具體情況,開發了印染染料助劑在線計量和精準輸配送成套智能裝備,實現染料助劑輸送、計量和配料過程的自動化,具有物料跟蹤、設備故障診斷、遠程運維、柔性生產等智能化功能,可同時滿足大批量、多品種產品并行染色生產的工藝要求;同時實現染料助劑輸配送智能裝備與生產工藝的橫向集成,以及與ERP/MES系統的縱向集成,滿足生產工藝流程和ERP/MES系統調度對印染染料在時間、數量和位置的精準配送要求,通過系統集成和調度算法,實現多種印染染料向多臺設備精準輸配送,大幅減少人力成本和物料浪費,顯著提升生產精度和效率,有效填補了國內技術空白。
(二)印染過程多源異構數據感知與工業大數據監控
廣州沈自所分所應用工業物聯網技術實現多傳輸協議的轉換和多源異構數據的融合,解決由于底層設備通訊協議不一直導致的數據采集傳輸難題,實現生產進度、物料庫存、排產信息、設備狀態和產品品質等信息數據的實時采集和同步傳輸;在生產車間設置生產信息實時顯示系統(看板),建立企業工業大數據監控平臺,實現涵蓋訂單、設計、生產、物流、公輔的生產全流程數字化監控和企業各類生產運營系統的信息集成,打破信息孤島式生產模式,并實現基于云平臺的生產信息多終端遠程管控,大幅提升生產透明化程度和運行管理水平及效率。
(三)印染生產自主優化決策與智能協同控制
傳統生產模式下,設計、生產、物流以及公輔等各工序獨立運行,生產整體把控過于依賴知識型工作者的人工決策調控,隨著市場變化日趨復雜,制造規模日漸龐大,需要綜合考慮的因素越來越多,人面對海量信息已無法快速有效的處理和學習,依靠人工決策已難以把控全局,生產效率和生產靈活性難以突破,產品質量穩定性較差。在印染工業互聯網系統建立的基礎上,廣州沈自所分所應用新一代人工智能技術將知識型工作者個體知識與工業大數據信息深度融合,開發跨層跨域的印染生產過程人機物融合的自主優化決策與協同控制系統,實現生產計劃優化調度決策、制造過程工況動態感知與工藝調優、生產設備健康智能診斷與預測性維護等功能,滿足生產飽和最優化要求,顯著提升生產效率和產品質量的穩定性,并一定程度上實現柔性生產。
(四)公共輔助系統在線優化運行與遠程運維
印染的各個輔助系統,包括煤/電/水/汽資源供給、環保治理等,是企業順利生產的保障。隨著國家、地方政府以及全球高端客戶聯盟對企業節能減排要求的日益嚴格,強化公共輔助系統功能效應,提升其運行效率和穩定性至關重要。廣州沈自所分所從工藝優化與遠程運維兩個方面提升公共輔助系統對生產的保障作用。
能源供給方面,以建立全廠區能源管控系統為核心,從企業-車間-關鍵設備三級布局生產全流程能源流監控系統,實現重要能源介質(電、蒸汽、水等)和重點能源設備(空壓機、風機等)的集中監測、控制和管理,實現企業對能源使用計劃、實際應用情況、績效考核等過程的智能化管理,規范和優化能源應用,最大化節省能源成本,達到安全用能、能源合理配置和節能目的。
環保治理方面,開發印染(廢水、廢氣)環保設施優化控制與遠程運維系統解決方案,包括在線智能監測、過程動態自優化、設備全生命周期管理、運行性能量化評價等多項功能,實現印染廢水廢氣處理設施智能化改造升級,大幅提升管控水平和運行穩定性,高效發揮處理系統的工藝性能,強化企業對處理系統的監督、宏觀掌控和優化決策,全力保障達標排放,并實現最優化的節能降耗效果。
三、牽手互太成效顯著
廣州互太(番禺)紡織印染有限公司(以下簡稱“互太”)成立于1997年,注冊資金68000萬元,為廣東省大型紡織印染企業,國內針織印染領域龍頭企業,年產值50億元左右。針對互太所面臨的行業共性問題,廣州沈自所分所充分融合各項印染智能化技術,為互太搭建起印染智能工廠并取得了顯著成效。
自2012年實現合作以來,廣州沈自所分所已同互太簽訂企業技術開發和服務委托合同超8000元,目前正在規劃的后續項目合同經費超過4000萬元,聯合申請獲得省市區地方政府專項資金支持累積近2300萬元。通過生產數字化、信息化和智能化改造,互太在生產效率、運營成本、能源利用率、產品合格率以及環保效應等方面取得了重要突破:
(一)建成年產量8萬噸的針織印染智能化生產線,實現生產全流程端到端的互聯互通,系統覆蓋設計、生產、能源、環保、水資源等各個環節。
(二)企業人力成本下降,生產效率大幅提升,在保持產值規模穩步提升的情況下,企業人員數量從7000余人降低到4000余人,職工人均產值突破100萬元,遠高于行業平均水平。
(三)產品品質提升明顯,行業關鍵生產指標染色一次成功率突破98%,為國內領先水平。
(四)節能減排效果提升顯著,能源利用率提高10%,萬元產值綜合能耗低至0.37噸標煤,廢水廢氣排放持續穩定達標,廢水處理綜合成本節約1000萬/年以上。
在轉型升級改造過程中,互太先后被認定為工信部兩化融合貫標企業、工信部第三批綠色示范工廠、廣東省智能制造試點示范企業和廣東省制造業互聯網融合發展試點示范企業。廣州沈自所分所先后成為“廣東省印染智能化工程技術研究中心”、“廣東省裝備智能化物聯網絡工程技術研究中心”、“廣東省環保在線監測及遠程運維工程技術研究中心”依托單位,中國(廣州)智能裝備研究院(籌)共建單位、廣東省制造行業遠程運維公共技術支撐平臺依托單位、廣東省工業互聯網產業生態供給資源池企業等。
與此同時,廣州沈自所分所面向紡織印染行業持續開發生產綠色化和智能化成套技術并實現市場化應用,參與了工信部綠色制造系統集成項目2項,技術成果一方面應用于紡織印染企業,同時也服務于行業裝備制造商和服務提供商,幫助企業提高智能化和節能環保水平。目前已服務的企業包括互太、溢達、際華三五四二、絲麗雅等幾十家行業龍頭企業、裝備制造商和服務提供商,同時技術和產品出口到越南等“一帶一路”沿線國家,取得顯著成效。技術成果先后榮獲中紡聯紡織工業信息化成果獎-解決方案獎一等獎和中紡聯紡織工業信息化成果獎-創新應用獎二等獎各1項,廣州市科學技術進步獎1項、高交會優秀產品獎2項。
四、前瞻布局持續發展
未來,廣州沈自所分所將持續完善針對紡織印染行業的智能化技術開發,最終形成面向印染全流程的自動化、信息化和智能化系統解決方案和一系列模塊化技術產品,在行業內推廣應用,為行業整體的智能化升級改造提供強力支撐:
(一)深入完善印染智能化生產成套技術,加大與互太合作力度和深度,雙方已計劃后續簽訂技術開發技術委托合同超4000萬,按照前期的系統架構規劃,繼續深入關鍵技術攻關,最終形成完整的印染智能化生產成套技術;
(二)加快推進技術成果產業化服務,形成印染行業智能制造技術設計和實施規范,以互太為行業示范標桿,聯合更多制備商、服務商,借助中國工業紡織聯合會等深具行業影響力的協會和產業聯盟,建立印染行業智能制造公共技術產業化服務平臺,加快加大技術成果的行業推廣;
(三)促進技術成果的國際化應用,以越南PCTL公司紡織印染定型機廢氣處理項目為契機,充分利用廣州市的地域優勢和自貿區的政策優勢,向海外開展更大范圍、更高水平、更深層次的區域合作,為“一帶一路”戰略做出貢獻。
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原文標題:中國制造2025迫在眉睫,傳統制造企業該如何轉型?
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