淺談智能印刷工廠的建設

文 魏新平 李征

工業4.0如狂風暴雨般席卷全球，引發了各行各業的強烈反響，高效、環保、綠色的發展理念成為大家的共識；如何改進當前生產模式、提升工廠效益已是全社會思考和討論的焦點，信息化和自動化程度相對較低的印刷包裝涂布行業，該如何改變來應對新時代發展的挑戰、打造智能工廠呢?

智能印刷工廠是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性、減少生產線人工干預，以及合理計劃排產。同時，集初步智能手段和智能系統等新興技術于一體，構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠。筆者認為智能印刷工廠的建設需要從以下4個方面著手。

合理的生產布局

對于印刷工廠來講，合理的生產布局就是要按照生產工藝流向對設備、物料和物流進行“U”型布局，這樣可以減少不必要的物流交叉，達到最佳的物料流通效果，讓生產過程更加流暢。不過，智能工廠的生產布局還應該考慮更多元素：

1.設備層面。國家政策的要求下，環保設備必不可少，所以排放設備（印刷復合等）要盡可能集中排布，并根據其排風管道的布置綜合考慮環保設備的合理位置。

2.倉儲系統。智能工廠的倉儲必定會引入立體庫，存量大、空間利用率高且自動化程度高，同時可以與物流系統自動對接。規劃立體庫形式和位置時需要充分考慮生產工藝的要求，如軟包和涂布車間有潔凈與非潔凈之分，那就需要在兩個區域分別設計立體庫，而車間的立體庫只用于物料臨時周轉緩存，量值可以小，但位置要非常講究，方便大部分工段取送料；鋁箔和熟化后的卷料不能接觸托盤，需要懸空掛放，這樣最小單元體積變大，就需要多布置巷道（堆垛機）……

3.物流系統。智能工廠的物流系統就是要實現車間所有物料的全自動拉動，主要包含AGV（自動導引運輸車）、提升機、輸送平臺等，AGV運行的通道要比人工物流的通道寬，不同形式AGV運行通道也不近相同，所以在物流規劃時要根據實際情況（現有車間大小、物流的規格等）選擇合適的車型，確定物流通道的大小。比如陜西北人研發的背馱AGV對通道要求較小，而叉車AGV要求的空間相對較大。如果車間是跨樓層，則需要考慮布置提升機；自動化包裝產線會引入輸送平臺、碼垛機器人等。

4.智能配套系統，智能工廠所涉及的智能配套系統，如自動上下料裝置、智能視覺翻轉機器人、智能熟化系統、自動稱重裝置、智能包裝產線等都需要考慮在布局范圍之內。稱重裝置需要合理地設計在物流路線當中，熟化系統應該加在復合工段之后分切制袋工段之前……

智能工廠的生產布局需要對整個車間及空間進行全新考量，并最終把全面的生產元素合理分配，這是智能工廠的基礎建設，對其后期的順利運行有著重要的作用。

數字化、網絡化

車間數字化是智能工廠的基本條件，只有把車間生產信息數字化才能被采集系統自動采集，逐漸積累大數據，為生產分析奠定堅實的基礎。車間數字化就是要賦予人員、物料、訂單工單編碼信息，能把設備的狀態、工藝參數、車間環境、能耗等信息自動采集，并通過網絡系統將數據存儲。

新設備一般都具備智能基因，設備所有的數據都能被快速采集。對于相對老舊的設備，必須進行改造升級，給PLC加網絡模塊，機械信號加裝智能傳感器轉換成電信號，車間加裝溫濕度控制系統，車間或設備加裝智能電表，設備加裝智能配套模塊：在線檢測、粘度控制儀、油墨色彩控制儀等，總之數字化就是將車間流動的重要生產信息全部轉換成計算機可識別的數據。

信息化

信息化是利用軟件來實現管理思想，當前印刷工廠信息化水平較低，大部分也只上線了簡單功能模塊的ERP，在生產中難以發揮更大的作用。智能工廠的信息化建設包含以下模塊：ERP系統、MES系統（生產制造執行系統）、WMS系統（倉庫管理系統）、WCS系統（倉儲控制系統）、AGV系統等。

ERP系統作為企業資源計劃系統，需要涵蓋業務、財務、訂單、計劃、工藝、物料、能源等模塊；MES系統是ERP系統與底層設備的連接，接收計劃層訂單并全程監控訂單執行和自動采集生產信息，確保生產數據及時準確，為生產分析和高層決策提供支持；WMS系統是對ERP物料管理模塊的補充，實現對物料過程和精細化管理，保證物料信息實時準確；AGV系統是WMS系統的延伸和執行，負責把生產需要物料及時準確配送給指定生產設備。

所以信息化建設最終就是一個多系統、設備、人員、物料互聯互通的智能生產系統，通過布置在生產現場的專用設備（PDA、生產看板、條碼采集器、PLC、智能傳感器、遠程I/O、RFID、PC等硬件設備），以電子方式實現對從原材料采購到成品出庫生產過程的實時數據采集、控制和監控。

精益生產

精益生產與智能生產是兩個領域的概念，側重點也不盡相同，精益生產主要是強調了生產過程中的管理理念與實現方法，智能生產更側重技術實現，但兩者是相輔相成的關系。

精益生產中的很多理念都指導著智能生產系統的建設，比如標準作業，我們在MES系統首先定義了標準作業流程，規范了產品的生產過程，而信息化的方式更容易但更嚴格地控制生產過程，保證產品質量；智能生產流程里增加了來料掃描確認環節，這也是減少不必要浪費的體現；后工序拉動也是智能生產系統里訂單運行的思路。另外，精益生產里的快速切換、減少浪費、可視化生產等理念，也是智能生產要實現的過程目標。同樣，智能生產中的設備互聯互通、高級排產、過程協同、質量過程管控、大數據分析、可視化、預測性維護等方法與手段，都有助于促進精益生產的落地與提升。

所以智能工廠的布局、信息化不是簡單的復制一種生產模式，而是要在精益生產理念和方法的指導下，深入剖析生產布局和產品工藝，并做出行之有效的改進，比如，對流程中各種浪費進行梳理和改善，庫存量要反復優化再確定立體庫的大小，物料存儲方式要改變才能減少不必要的重復勞動，物料存儲以及流轉方式要確定清楚再決定AGV與立庫的對接方式，避免不必要甚至錯誤的投入等。

印刷企業只有深刻剖析和改變，又充分利用智能生產的技術優勢，最終才能實現高效、環保、綠色、互聯互通的生產與服務模式。

在智能工廠的熱潮下，企業不要盲目跟風，建設智能工廠，應該圍繞企業的中長期發展戰略，結合自身產品、工藝、設備和訂單的特點，合理規劃智能工廠建設藍圖。在推進規范化、標準化的基礎上，從企業當前最緊迫需要解決的矛盾出發，逐步推進智能工廠的建設。