日化行業智能工廠設計方案

崔 洋 周學蕾

（中國中輕國際工程有限公司，北京，100026）

1 工業革命發展進程

隨著科學技術不斷發展，其在工業領域的作用也越發重要。自發明蒸汽機至今，人類社會的工業革命經歷了從1.0到4.0的發展，如圖1所示。

工業4.0的目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式，其分為三大主題：“智能工廠”、“智能生產”、“智能物流”。本文主要是圍繞智能工廠進行討論。

智能工廠是構成工業4.0的核心元素。在智能工廠內，不僅要求單體設備是智能的，而且要求工廠內的所有設施、設備與資源（機器、物流器具、原材料、產品等）實現互通互聯，以滿足智能生產和智能物流的要求。通過互聯網等通信網絡，使工廠內外的萬物互聯，形成全新的業務模式。

可以從圖2和圖3的對比清晰看到：信息傳遞的速度明顯加快，對實時數據的精確分析是工業4.0的生產體系區別于傳統工業生產體系的本質特征。通過對這些數據的采集和分析，能夠為企業決策提供有效的指導，進而大幅提升運營效率，降低運營成本，及時調整和優化生產及庫存的節奏和規模，使得企業有機會把價值鏈上的更多環節轉化為企業的戰略優勢。

圖1 工業革命發展進程

圖2 現有信息傳送流程

圖3 未來信息傳送流程

2 廠區系統總體設計

2.1 廠區系統布置

日化行業如何能逐步實現智能工廠建設已成為眾多日化企業和設計院研究的重要課題。本文以液體洗滌劑工廠為例闡述了該企業如何逐步實現智能化。可以從圖4中看到整個系統網絡錯落有致的分布在廠區的每一個信息采集區和生產區，與廠區的總體布局和交通流線結合在一起，形成了一個綠色、環保、節能的現代化智能工廠。整個廠區的核心控制系統-MES（制造企業生產過程執行管理系統）坐落在綜合辦公樓內，它是集生產管理、生產調度、信息采集、能源分析、數據處理為一體的綜合性智能生產管理系統。過程控制系統分布在廠區的每一個區域，實現實時監控、實時管理。同時每一個過程控制系統與核心控制系統數據共享，憑借核心控制系統強大的網絡平臺和大數據分析能力，提升單個系統的工作效率。

2.2 控制系統配置

整個廠區核心系統配置擬采用MES作為整個廠區的生產管理平臺。MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理，其具有生產計劃與調度、數據管理、能耗管理等功能，并且具有強大的第三方系統兼容性。MES上層組織構架可采用ERP（企業資源計劃）系統，下層組織構架包括DCS（集散控制系統）、灌裝系統、公用工程系統、監控系統、門禁系統、安保系統等。最底層為現場設備，包括測量儀表、攝像頭、電視看板、PDA等。以上組織結構如圖5所示共同組成了廠區的控制系統配置。

圖4 廠區系統布置

圖5 廠區控制系統配置

3 廠區信息采集

智能工廠有一個關鍵點，就是 原材料（物質）”轉化為 信息”。準確來說，是智能工廠中使用了含有信息的 原材料”，實現了 原材料（物質）”和 信息 相互轉化。從圖6中可以清晰的看到整個廠區的物流流程與控制系統相結合，每一個物流環節都有與之相對應的檢測設備、信息發布設備、執行設備、管理系統。隨著物聯網的廣泛應用，原材料從出廠時就被貼上了標簽，使原材料的運輸、生產到成為產品出廠的過程變成了一股信息流。整個廠區物流系統配置具有實現無人化工廠的功能。

圖6 廠區信息采集系統

3.1 門衛系統

通過無線掃描槍掃描送貨單，并通過電腦終端核對送貨單，確認后錄入車牌信息，綁定送貨單，同時通過標簽打印機打印標簽貼至貨車。

3.2 停車場系統

司機將車停在指定的停車場待檢區。原材料經過抽檢合格后，司機根據放置在休息室內的電視機大屏幕顯示的送貨信息，將原材料送至相應原料倉庫。

3.3 稱重系統

所有運送原材料的貨車必須通過地秤進行重量測量，測量數據傳至MES系統與系統存儲送貨清單進行比較，核對無誤后方能駛入原料卸料區。

3.4 出/入庫系統

出/入庫系統（原材料）：倉庫卸料人員通過掃描貨車上的標簽，將原材料送至原料庫中的指定位置，放置完畢后系統自動更新庫位信息。配送人員接收MES系統推送的配送單，將原料送至車間倉進行配置生產。

3.5 車間DCS系統

各生產車間采用DCS（集散控制系統）。生產過程中的檢測儀表與執行機構通過預置在DCS中的程序模塊實現生產過程自動化。

3.6 灌裝系統

見圖7。

3.7 智能倉儲系統

封箱完成通過自動碼垛機器人碼垛后，由智能物流系統送至立體庫的相應位置。叉車司機通過MES推送的出貨信息，將相應成品運送至成品揀配區，待檢驗合格后貼碼出貨，整個流程入圖8所示。

圖7 洗衣液灌裝流程

圖8 智能倉儲系統

3.8 成品出庫系統

MES系統推送按照 交貨單 生成揀配任務單， 揀配人員通過PDA選擇揀配單，開始揀配，并配送至指定發貨平臺。發貨人員通過PDA核對當前交貨單信息（品類，數量、發貨臺等），并掃碼出庫成品條碼。質檢人員通過終端選擇任務單，通過打碼機打印質檢條碼， 貼至抽檢器皿，去到現場取樣，質檢合格后出廠發貨。

4 結論

以上介紹的是現階段智能化工廠的設計方案，它能夠實現工廠內各個層面，乃至每臺設備數字化建模與互聯互通。廠區內部信息采集是整個信息流其中的一個重要環節，它是為了打造從客戶需求，到產品設計、供應商集成、制造以及物流服務的全流程供應鏈集成體系的基礎保證。