建筑陶瓷生產(chǎn)線數(shù)字化改造研究與應(yīng)用

聶賢勇 姚青山 陳淑琳 白梅

摘 要：傳統(tǒng)制造業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能制造，需要經(jīng)歷數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化幾個階段。作為傳統(tǒng)制造業(yè)的建筑陶瓷行業(yè)想要實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能制造，首先是要完成生產(chǎn)線的數(shù)字化改造和數(shù)據(jù)采集。本文結(jié)合筆者實(shí)施的實(shí)際案例，以建陶生產(chǎn)場景為基礎(chǔ)，針對建陶行業(yè)生產(chǎn)線現(xiàn)狀以及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)等方面的情況，提出了存量生產(chǎn)線的低成本數(shù)字化改造和數(shù)據(jù)采集方案，對數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行了分類，并對數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)進(jìn)行了闡述，為建陶企業(yè)向數(shù)字化工廠升級提供參考。

關(guān)鍵詞：建筑陶瓷;數(shù)字化改造;數(shù)據(jù)采集;數(shù)字化工廠;智能制造

1 引 言

建筑陶瓷行業(yè)經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，其生產(chǎn)線裝備已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化，但數(shù)字化水平較差。與主要發(fā)達(dá)國家智能制造戰(zhàn)略，如德國工業(yè)4.0、美國智能制造路線圖、日本制造業(yè)白皮書[1]提出的目標(biāo)更是有較大差距。我國也提出了“中國制造2025”國家行動綱領(lǐng)指導(dǎo)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。隨著越來越多的企業(yè)意識到智能制造在未來競爭中所發(fā)揮的重要作用，紛紛開始探索智能制造的實(shí)現(xiàn)路徑。

建筑陶瓷生產(chǎn)線數(shù)字化改造是建筑陶瓷行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造的重要基礎(chǔ)和前提，而數(shù)據(jù)化改造的實(shí)施基礎(chǔ)就是使生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)打通并在線。隨著陶瓷行業(yè)的不斷發(fā)展，陶瓷企業(yè)在生產(chǎn)自動化程度不斷提升的同時，開始對設(shè)備的數(shù)字化精細(xì)管理、能耗精細(xì)化管理、資源優(yōu)化配置、生產(chǎn)的柔性化及智能化等方面有了更多的訴求，想要全面實(shí)現(xiàn)全線設(shè)備數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、質(zhì)檢數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，以數(shù)字化集成提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而對生產(chǎn)控制模式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級達(dá)到數(shù)字化、智能化工廠。

當(dāng)前國內(nèi)建陶行業(yè)總體信息化、數(shù)字化程度較低，部分企業(yè)都已經(jīng)意識到了需要轉(zhuǎn)型數(shù)字工廠或智能制造，并開始關(guān)注生產(chǎn)線的數(shù)字化改造。這部分改造的企業(yè)大部分屬于資金實(shí)力雄厚的頭部企業(yè)，采用的改造方法大多是更新?lián)Q代數(shù)字化裝備或整線引進(jìn)數(shù)字化生產(chǎn)線，并將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在車間大屏上進(jìn)行展示。但對于動輒幾千萬、上億元的巨額投資，改造的資金壓力太大，大部分陶瓷企業(yè)都是難以承受的。

從2018年開始，筆者通過對建陶行業(yè)智能制造情況的調(diào)研，研究一種存量生產(chǎn)線低成本數(shù)字化改造和數(shù)據(jù)采集方案，通過對存量生產(chǎn)線低成本的快速改造，提升建陶行業(yè)生產(chǎn)線的數(shù)字化水平，為建陶行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)智能制造打好基礎(chǔ)。

2建陶企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1建陶生產(chǎn)線設(shè)備數(shù)字化程度較低、數(shù)據(jù)不全，數(shù)據(jù)端口標(biāo)準(zhǔn)不一

國內(nèi)建筑陶瓷企業(yè)生產(chǎn)線自動化程度在逐步較高，但大部分設(shè)備還是相對老舊，數(shù)據(jù)化程度較差。部分老舊生產(chǎn)線甚至連窯爐工控機(jī)都沒有，對于數(shù)據(jù)的存儲和采集是非常困難的。

設(shè)備對數(shù)據(jù)采集的支持度有很大缺陷。設(shè)備商并沒有把數(shù)字化作為智能化的前提來對待，在大多數(shù)設(shè)備上沒有安裝傳感器、計(jì)算機(jī)或服務(wù)器采集數(shù)據(jù)。而且建陶企業(yè)大部分設(shè)備沒有數(shù)據(jù)接口，即便部分設(shè)備有接口，但也沒有統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，不同協(xié)議之間數(shù)據(jù)互聯(lián)互通困難[2]。

生產(chǎn)線建設(shè)缺少數(shù)字化規(guī)劃。企業(yè)決策者缺少對建陶生產(chǎn)線數(shù)據(jù)化或智能化的意識，在籌建生產(chǎn)線和設(shè)備選型過程中沒有對設(shè)備數(shù)據(jù)端口的開放提出要求，導(dǎo)致在后續(xù)的設(shè)備端口開放中存在困難，尤其是國外設(shè)備。

2.2生產(chǎn)管理以經(jīng)驗(yàn)為主，缺少數(shù)字化工具，導(dǎo)致管理困難和混亂，產(chǎn)生了一系列問題

（1）原料車間鏟車配料不準(zhǔn)確、配錯料導(dǎo)致漿料配方成分波動大，造成粉料配方的質(zhì)量波動，進(jìn)而影響成型和燒成，最終導(dǎo)致生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定和陶瓷產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生;

（2）大部分設(shè)備儀表還是采用老舊機(jī)械式儀表，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集;

（3）泥漿池漿料、粉料倉粉料計(jì)量常常存在計(jì)量不準(zhǔn)確，過程損耗大而無法追溯的問題;

（4）產(chǎn)品工藝、產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)分析滯后，無法實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時分析;

（5）過程質(zhì)檢數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)是否正確匹配不能及時辨別和處理;

（6）管理者取數(shù)困難，無法及時進(jìn)行管理決策和技術(shù)支持;

（7）生產(chǎn)異常不能及時預(yù)警和報警，大部分缺陷需要到成品才能發(fā)現(xiàn)，然后根據(jù)缺陷種類返回生產(chǎn)線尋找原因，無法及時提供有效處理建議和調(diào)試方法;

（8）瓷磚缺陷分類權(quán)屬推諉扯皮現(xiàn)象等等。

2.3紙質(zhì)報表是現(xiàn)有數(shù)據(jù)的主要采集工具

建陶企業(yè)大部分采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄和存儲方式。在數(shù)據(jù)采集方面，企業(yè)最常用的是紙質(zhì)手抄報表[2]，這對一個工序或工段了解當(dāng)時的生產(chǎn)情況是有作用的，但是要真正做數(shù)據(jù)分析，困難程度就可想而知了。數(shù)據(jù)不在線，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析建模;靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，既不準(zhǔn)確也有很多的盲點(diǎn)和瑕疵，使得數(shù)據(jù)工程師的前期數(shù)據(jù)處理有非常多的困難。

數(shù)據(jù)的存儲與使用效率不高，容易形成數(shù)據(jù)孤島。在生產(chǎn)線上即使個別環(huán)節(jié)進(jìn)行了數(shù)據(jù)存儲與沉淀，但是仍然存在著數(shù)據(jù)碎片化、數(shù)據(jù)不連貫、信息不完整的問題，形成數(shù)據(jù)孤島。這些問題在企業(yè)的轉(zhuǎn)產(chǎn)上表現(xiàn)地很明顯。以往的轉(zhuǎn)產(chǎn)時間長，設(shè)備調(diào)試主要靠經(jīng)驗(yàn)，而不是靠數(shù)據(jù)分析和與之相配的生產(chǎn)線優(yōu)化。

數(shù)據(jù)記錄的有效性和準(zhǔn)確性不足。某些數(shù)據(jù)的記錄價值不高，有用的數(shù)據(jù)可能沒有記錄，沒有用的數(shù)據(jù)記錄了很多，結(jié)果就是數(shù)據(jù)的價值低，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析建模時產(chǎn)生大量的干擾項(xiàng)。同時數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也存在不足，無論工控機(jī)數(shù)據(jù)還是手工報表數(shù)據(jù)，都存在數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確的問題。

即便選擇采購國外全新數(shù)字化設(shè)備建設(shè)新的生產(chǎn)線，不但面臨成本高，投入巨大，而且還不一定能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)全線聯(lián)通，先進(jìn)設(shè)備水土不服的現(xiàn)象時有發(fā)生。

3建陶生產(chǎn)線數(shù)字化改造系統(tǒng)

3.1數(shù)字化改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

數(shù)據(jù)采集需要保證采集數(shù)據(jù)的及時性、完整性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及安全性。數(shù)字化系統(tǒng)運(yùn)營平臺的建立需要一個技術(shù)先進(jìn)適用、運(yùn)行安全可靠的信息系統(tǒng)，系統(tǒng)具有良好的開放性與可擴(kuò)充性的能力。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需遵循如下原則：

（1）整體性、擴(kuò)展性：正確規(guī)劃企業(yè)所需要的應(yīng)用系統(tǒng)，確定各應(yīng)用系統(tǒng)之間的界限，尤其要關(guān)注在不同階段實(shí)施的應(yīng)用系統(tǒng)之間的銜接關(guān)系。在制定總體規(guī)劃時，應(yīng)考慮各個部門對信息系統(tǒng)的需求?？傮w規(guī)劃還需要具備較好的擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要增加或減少子系統(tǒng)而對整體不會產(chǎn)生負(fù)面影響。

（2）技術(shù)先進(jìn)、成熟性：系統(tǒng)能夠完全滿足企業(yè)對數(shù)字化運(yùn)營管理系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)在技術(shù)上都能保持國內(nèi)外領(lǐng)先水平，所選系統(tǒng)與硬件產(chǎn)品應(yīng)采用技術(shù)先進(jìn)、在國內(nèi)外具有代表性的主流品牌，并在實(shí)際運(yùn)行過程中被證明是有效的，在國內(nèi)外有較多的成功案例，并具有良好的擴(kuò)充性與互通性。

（3）技術(shù)前瞻性和開放性：系統(tǒng)在總體結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型上應(yīng)遵行開放性的原則，便于擴(kuò)展和新技術(shù)的應(yīng)用。系統(tǒng)具有良好的與第三方軟件與硬件系統(tǒng)、控制設(shè)備的銜接，能夠便捷的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)的通訊交換能力。

（4）穩(wěn)定性：符合信息安全建設(shè)規(guī)范，充分利用企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)銷網(wǎng)絡(luò)信息安全設(shè)施的基礎(chǔ)條件，設(shè)計(jì)中要考慮適當(dāng)?shù)娜哂啻胧瑢ο到y(tǒng)的開發(fā)具有詳細(xì)嚴(yán)格的測試流程。硬件設(shè)備采用有質(zhì)量保障的產(chǎn)品，軟件采用工業(yè)級的組態(tài)軟件與專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件，通信網(wǎng)絡(luò)采用有線帶屏蔽的通信方式，數(shù)據(jù)刷新時間達(dá)到秒級，保證數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時性。

（5）可操作性：先進(jìn)且易于使用的圖形人機(jī)界面功能，提供良好的信息共享與交流圖形界面、信息資源查詢、檢索和分析等有效工具。

（6）完整性：包括功能的完整性、接口的完整性、信息的完整性。

（7）可查詢性：應(yīng)用系統(tǒng)將提供完善的數(shù)據(jù)歸檔和記錄能力，確保運(yùn)行及管理人員在授權(quán)下應(yīng)用數(shù)據(jù)和信息的便利，并提供使用者對相關(guān)信息的操作和管理的功能。

（8）易維護(hù)性：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、硬件設(shè)備、軟件平臺、應(yīng)用軟件等使用便捷，后期維護(hù)工作簡單。

（9）安全性：采用多層結(jié)構(gòu)的訪問機(jī)制，數(shù)據(jù)庫層只接受業(yè)務(wù)邏輯層的訪問，任何用戶都不可能直接訪問數(shù)據(jù)庫，從而保證了數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)的任何用戶都必須經(jīng)過密碼驗(yàn)證才能訪問系統(tǒng)。

（10）成本控制：系統(tǒng)的規(guī)劃本著成本節(jié)約、高效率、低能耗的原則。減少對不必要的硬件或軟件的購買和使用。

3.2數(shù)字化改造系統(tǒng)整體方案

數(shù)字化改造的目的是將建陶生產(chǎn)線全線數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并關(guān)聯(lián)，打通全線數(shù)據(jù)鏈，再將數(shù)據(jù)傳至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行處理，最后將運(yùn)算處理結(jié)果反饋至應(yīng)用層。

基于此研發(fā)一套基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的陶瓷生產(chǎn)線數(shù)據(jù)改造系統(tǒng)（見圖1），系統(tǒng)包括設(shè)備層模塊、數(shù)據(jù)采集層模塊、基礎(chǔ)平臺模塊、數(shù)據(jù)中臺模塊和應(yīng)用層模塊。設(shè)備層模塊用于對陶瓷生產(chǎn)線上原料車間、成型車間、燒成車間、拋光車間、分級車間、質(zhì)檢系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)和工藝技術(shù)部進(jìn)行硬件改造，通過硬件改造、系統(tǒng)改造、添加傳感器、計(jì)量系統(tǒng)改造、終端錄入系統(tǒng)改造等方式，使設(shè)備具有數(shù)據(jù)功能。數(shù)據(jù)采集層模塊用于通過網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對設(shè)備層改造模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳到基礎(chǔ)平臺模塊上的本地服務(wù)器和云服務(wù)器?；A(chǔ)平臺模塊設(shè)置有本地服務(wù)器和云服務(wù)器，利用云服務(wù)器強(qiáng)大的存儲及運(yùn)算能力進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果分發(fā)至數(shù)據(jù)中臺各模塊。數(shù)據(jù)中臺模塊用于中臺對數(shù)據(jù)分析結(jié)果的處理，將其分發(fā)到應(yīng)用層各個板塊進(jìn)行應(yīng)用。應(yīng)用層模塊調(diào)用數(shù)據(jù)中臺數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用。

3.3數(shù)據(jù)采集方式類型

根據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，結(jié)合筆者在實(shí)際案例中工藝數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)等無法直接采集數(shù)據(jù)的情況，提出了將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類采集的處理方法。數(shù)據(jù)來源可以分成以下三類，對不同類型數(shù)據(jù)采用不同的數(shù)據(jù)采集方法。

第一類：自動采集數(shù)據(jù)。對原有設(shè)備進(jìn)行硬件改造，使設(shè)備具有數(shù)據(jù)功能，并通過網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動采集數(shù)據(jù)至服務(wù)器。采集來自于DCS系統(tǒng)、PLC、在線質(zhì)檢系統(tǒng)、自動化巡檢系統(tǒng)中的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)采集頻率高（秒級采集周期），采集點(diǎn)數(shù)（標(biāo)簽/變量）多，對采集數(shù)值與時間戳（timestamp）的對應(yīng)性要求極高，數(shù)據(jù)量很大。

第二類：終端填報錄入數(shù)據(jù)。對生產(chǎn)線檢測數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、質(zhì)檢數(shù)據(jù)加裝終端（PC、工業(yè)PAD），通過網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采集數(shù)據(jù)。來自人工填報（PC、工業(yè)PAD、APP、移動終端掃碼錄入等）或EXCEL批量導(dǎo)入的數(shù)據(jù)，如離線質(zhì)檢數(shù)據(jù)、設(shè)備點(diǎn)檢、巡檢維護(hù)信息、產(chǎn)品批次數(shù)據(jù)等，這類數(shù)據(jù)輸入頻率低，對采集數(shù)據(jù)與時間戳（timestamp）的對應(yīng)性要求不高。

第三類：信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接。企業(yè)信息化辦公系統(tǒng)對接數(shù)據(jù)，如NC系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、WMS等系統(tǒng)對接的數(shù)據(jù)，如BOM、生產(chǎn)計(jì)劃、入庫數(shù)量、排班表等數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)交互數(shù)據(jù)通常由時間或事件觸發(fā)，輸入頻率較低，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高，關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，對采集數(shù)據(jù)與時間戳（timestamp）的對應(yīng)性要求較高，數(shù)據(jù)量不大。

3.4構(gòu)建數(shù)據(jù)拓?fù)?，完成?shù)據(jù)互聯(lián)互通。

即便生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集至系統(tǒng)平臺并在車間大屏呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)依然呈數(shù)據(jù)孤島狀態(tài)，無法滿足數(shù)字化工廠的要求。其根本原因是數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系沒有理清，未能構(gòu)建有效的全線數(shù)據(jù)鏈路。

數(shù)字化工廠的要求是將各工序數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)拓?fù)?，結(jié)合工藝專家的工業(yè)Know-How，將自動采集數(shù)據(jù)、手工填報數(shù)據(jù)與企業(yè)信息化數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)全線數(shù)據(jù)鏈的互聯(lián)互通，形成完整數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯性以及物理世界與信息世界的融合。

4數(shù)據(jù)分析與挖掘

建陶生產(chǎn)線數(shù)字化改造的目的是以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素驅(qū)動建陶工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。要通過數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值，其關(guān)鍵在于對數(shù)據(jù)的有效使用，通過數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”，形成數(shù)字資產(chǎn)[3]。

大數(shù)據(jù)是一種規(guī)模大到在獲取、管理、分析方面大大超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)快速、數(shù)據(jù)類型多樣和價值密度低四大特征[4]。建陶生產(chǎn)線所采集的數(shù)據(jù)是一種是典型的工業(yè)大數(shù)據(jù)。

面對海量的工業(yè)大數(shù)據(jù)，單純采用一般統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析具有較大的局限性。本系統(tǒng)的分析方法采用大數(shù)據(jù)及人工智能建模分析方法，可將數(shù)據(jù)分析與挖掘貫穿企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全流程。

大數(shù)據(jù)分析：包括可視化分析、大數(shù)據(jù)挖掘算法、預(yù)測性分析等?？梢暬治瞿軌蜃钪庇^的呈現(xiàn)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，分析結(jié)果多為各類圖表，方便直接閱讀和理解，如設(shè)備用能情況分析、產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量、設(shè)備管理;大數(shù)據(jù)挖掘算法是大數(shù)據(jù)分析的理論核心，是基于不同的數(shù)據(jù)類型和格式呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)本身具備的特點(diǎn)，深入數(shù)據(jù)內(nèi)部挖掘出其中隱含的規(guī)律，如：峰谷平用電調(diào)配、球磨機(jī)球磨效率的提升;預(yù)測性分析是大數(shù)據(jù)分析最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，從數(shù)據(jù)中挖掘出特點(diǎn)，通過科學(xué)的建立模型，通過模型帶入新的數(shù)據(jù)，從而預(yù)測未來的數(shù)據(jù)，如：通過大數(shù)據(jù)建模分析原料波動時，預(yù)測窯爐燒成的制度參數(shù)調(diào)整。

人工智能：基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建立在數(shù)據(jù)存儲以及計(jì)算引擎上的程序，包含數(shù)據(jù)工程、數(shù)據(jù)科學(xué)以及機(jī)器學(xué)習(xí)平臺。

數(shù)據(jù)工程是數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的一部分，主要側(cè)重于收集，存儲和訪問組織中數(shù)據(jù)的實(shí)際考慮因素，主要有數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)存儲幾部分。數(shù)據(jù)科學(xué)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的探索和理解，結(jié)合工藝專家的工業(yè)Know-How，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、決策科學(xué)以及A/B測試，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法，開展試驗(yàn)管理、模型訓(xùn)練、模型評估與分布式計(jì)算等，最后進(jìn)行部署和運(yùn)營。

5數(shù)據(jù)產(chǎn)品的典型應(yīng)用場景

數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)的功能與效用應(yīng)直接部署在運(yùn)營以及作業(yè)流程上。當(dāng)前在建陶生產(chǎn)管理方面的數(shù)據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用主要體現(xiàn)在對生產(chǎn)線的生產(chǎn)監(jiān)控與優(yōu)化以及柔性制造方面。隨著數(shù)據(jù)采集的維度增加和數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升，數(shù)據(jù)產(chǎn)品還可以應(yīng)用到生產(chǎn)管理、供應(yīng)鏈管理、研發(fā)與設(shè)計(jì)、營銷管理、物流管理、企業(yè)管理等企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的各個環(huán)節(jié)。

（1）生產(chǎn)監(jiān)控與優(yōu)化

在生產(chǎn)監(jiān)控方面，通過數(shù)據(jù)中臺中的應(yīng)用模塊，對生產(chǎn)線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)發(fā)出告警提示。以原料車間球磨工序?yàn)槔?，圖3中可以看到5#球磨機(jī)在啟動的時候瞬時電流過大。監(jiān)控預(yù)警模塊發(fā)出警告，提醒管理者或技術(shù)人員設(shè)備處于非正常狀態(tài)。球磨機(jī)啟動出現(xiàn)瞬時電流異常升高的直接原因是操作工人在啟動球磨機(jī)的時候沒有先啟動副機(jī)再啟動主機(jī)，而是直接啟動主機(jī)，屬于違規(guī)操作。此類違規(guī)操作容易導(dǎo)致主電機(jī)燒毀降低設(shè)備正常使用壽命，影響生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行，系統(tǒng)及時預(yù)警幫助管理者解決工人違章操作的問題。

在生產(chǎn)優(yōu)化方面，筆者在某建陶基地的實(shí)戰(zhàn)案例中對原料車間40臺間歇式球磨機(jī)進(jìn)行了分析，將原料配方、球石級配、球石空高、減水劑加入量、加水量、球磨時間、泥漿性能參數(shù)等變量進(jìn)行數(shù)據(jù)建模分析，結(jié)合生產(chǎn)車間的實(shí)際情況和排產(chǎn)要求，預(yù)測出球磨工序推薦工藝參數(shù)。漿料性能參數(shù)一次停球合格率由65%提高到90%，同時整體降低單球球磨時間2小時以上。經(jīng)測算單這一項(xiàng)改進(jìn)，一年可節(jié)約電費(fèi)135萬以上，系統(tǒng)應(yīng)用效益十分明顯。還不包括因泥漿質(zhì)量的提升對產(chǎn)品質(zhì)量的提升所創(chuàng)造價值。

受限于間歇式球磨機(jī)的作業(yè)方式和陶瓷磚產(chǎn)品種類對原料加工能力的影響，傳統(tǒng)作業(yè)模式每月粉料產(chǎn)量約9萬噸，經(jīng)數(shù)據(jù)化改造后月產(chǎn)量提升至12萬噸，產(chǎn)能增加了33%，大幅度提升了原料車間的生產(chǎn)加工能力，在一定程度上提高整線生產(chǎn)能力，為后工序窯爐產(chǎn)量的提升以及新增生產(chǎn)線提供了基礎(chǔ)條件。

此外，原料車間作為建陶企業(yè)用電最大的工序，如何調(diào)配峰、平、谷用電負(fù)荷，將決定建陶企業(yè)的用電成本。筆者利用數(shù)采系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合工廠排產(chǎn)計(jì)劃及產(chǎn)能需求，對原料車間球磨機(jī)峰、谷、平用電情況進(jìn)行建模分析，調(diào)配用電需求進(jìn)行，將平均電價由0.50元/kwh降低至0.47元/kwh，降低用電成本達(dá)6%，并有進(jìn)一步優(yōu)化空間。

（2）柔性制造

當(dāng)前國內(nèi)外建筑陶瓷市場需求已經(jīng)開始發(fā)生深刻變化，大規(guī)模生產(chǎn)即將逐漸被“時裝化”、定制化的訂單驅(qū)動的小批量生產(chǎn)所替代。這種以消費(fèi)者與訂單為導(dǎo)向的生產(chǎn)模式，推動柔性制造的產(chǎn)生。在柔性制造中，考驗(yàn)的是生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈的反應(yīng)速度。建陶行業(yè)經(jīng)過系列的數(shù)據(jù)化改造與有針對性的智能制造升級后，可達(dá)到較高程度的柔性制造，其柔性可以表述為兩個方面：一個方面是指生產(chǎn)能力的柔性反應(yīng)能力，也就是建筑陶瓷磚等成品的小批量生產(chǎn)能力;第二個方面，指的是建陶產(chǎn)品供應(yīng)鏈的敏捷和精準(zhǔn)的反應(yīng)能力。

數(shù)字化工廠利用全線數(shù)據(jù)鏈路搭建分析模型，將原料配方以及加工工藝變化，結(jié)合工業(yè)Know-How，建立分析模型對生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)變量波動情況進(jìn)行分析。對因生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品種類（轉(zhuǎn)產(chǎn)）、原料及配方變化（轉(zhuǎn)料）、生產(chǎn)線產(chǎn)量提升（轉(zhuǎn)速）、熟練技術(shù)人員離崗（轉(zhuǎn)人）等情況造成的產(chǎn)質(zhì)量波動進(jìn)行建模分析，實(shí)現(xiàn)對窯爐燒成制度最優(yōu)參數(shù)的預(yù)測。其預(yù)測結(jié)果可以輔助管理人員和技術(shù)人員進(jìn)行決策，解決生產(chǎn)線產(chǎn)質(zhì)量波動，以此滿足柔性制造的要求。

6數(shù)據(jù)呈現(xiàn)

經(jīng)數(shù)據(jù)分析模型研發(fā)完成的數(shù)據(jù)產(chǎn)品必須進(jìn)行呈現(xiàn)以及部署，其實(shí)現(xiàn)的方式可分為數(shù)種，包括實(shí)時可視化、定時批量處理、持續(xù)集成、持續(xù)交付和持續(xù)部署。具體表現(xiàn)形式包括生產(chǎn)車間大屏展示（圖表、數(shù)據(jù)）、統(tǒng)計(jì)報表輸出、報表分析、技術(shù)工藝下達(dá)、設(shè)備故障預(yù)警、管理決策分發(fā)、工藝參數(shù)預(yù)測結(jié)果推送等具體形式。

7結(jié)語

建陶工業(yè)的作業(yè)流程大同小異，其改造路徑亦是可以復(fù)制和參考的。本方案通過一套基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)化改造系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類采集，并對所采入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)搭建其數(shù)據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成完整數(shù)據(jù)鏈路，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，以此輔助管理者進(jìn)行決策，提升工廠的數(shù)字化管理水平。數(shù)字工廠的建設(shè)不是一蹴而就的，隨著陶機(jī)裝備的數(shù)字化水平和在線檢測水平的不斷提高，結(jié)合邊緣計(jì)算和5G技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用，數(shù)采系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的完整性、可靠性、及時性以及準(zhǔn)確性將得到進(jìn)一步提升，數(shù)字化改造方案也會更加完善，建陶企業(yè)可以根據(jù)自身實(shí)際情況，選擇適合自己的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路。

參考文獻(xiàn)

[1]鄖彥輝.主要發(fā)達(dá)國家智能制造戰(zhàn)略及啟示[J].中國發(fā)展觀察，2020（21）：61-62.

[2]蓋普勒. 工業(yè)大數(shù)據(jù)之?dāng)?shù)據(jù)采集[N]. 中國信息化周報，2020-10-26（017）.

[3]魏凱.工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的四大挑戰(zhàn)[J].信息通信技術(shù)與政策，2019（05）：1-3.

[4]許憲春，王洋.大數(shù)據(jù)在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的應(yīng)用[J].改革，2021（01）：18-35.

Research and Application of Digital Transformation of Building Ceramic Production Line

NIE Xian-yong，YAO Qing-shan，CHEN Shu-lin，BAI Mei

（Foshan Zhongtaolian Supply Chain Services Ltd，F(xiàn)oshan528300，China）

Abstract： The traditional manufacturing industry needs to go through several stages of digitalization，networking and intelligence to realize intelligent manufacturing.? As a traditional manufacturing industry，the building ceramic industry wants to realize the real sense of intelligent manufacturing，the first is to complete the digital transformation of the production line and data acquisition.In this paper，combined with the actual cases implemented by the author，based on the production scene of building ceramics，in view of the current situation of the production line and the data basis of the building ceramics industry.this study proposed a low-cost digital transformation and data acquisition scheme for the existing production line， classified the data acquisition methods， and expounded the data analysis， data product application and data presentation， providing a reference for the upgrading of building ceramics enterprises to digital factories

Keywords： Building ceramic;Digital transformation;Data acquisition;Digital factory;Intelligent manufacturing