所屬領域興業

案例類别智能工廠

案例介紹

背景目的

随着智能制造工業轉型升級改造的深入，智能制造開始與企業的生産經營深度融合，新一輪的工業改革深入到每一家企業。東阿阿膠抓住這一契機，綜合膠類中藥生産工藝特點，對涉及膠類中藥生産安全、衛生、環保、膠類中藥産品性狀、品質等方面的影響因素進行全面分析與提煉。采用智能視覺、人工智能機器人、自動運輸車、大數據分析等現代技術裝備與傳統的膠類中藥生産工藝相結合，将當前我國膠類中藥生産停留在半手工半機械化生産提升到覆蓋膠類中藥生産全工藝的智能柔性化生産。東阿阿膠2017年成功申報工業和信息化部《膠類中藥全流程協調智能制造新模式應用》項目，并與2020年通過驗收。該項目以實現傳統生産工藝與現代科技相結合、與新能源及清潔能源利用相結合、與人工智能相結合為工藝突破，形成研發綠色智能工廠為目标，以模塊化、數字化、自動化和智能化為手段，以雲計算技術、計算機網絡技術、大數據分析技術為依托，實現膠類中藥生産數據自動采集、分析、判斷、反饋和自我驅動，構成一個互通互聯和全流程協同的綠色智能工廠新模式。

項目實施完成後東阿阿膠生産智能化程度大幅提升，建設完成首個膠類中藥全流程智能工廠。在基于現有智能制造、綠色制造水平的基礎上，2021年東阿阿膠持續發力，将工作重點放在生産線柔性化升級，充分開發人工智能技術應用場景，打造定制化的、個性鮮明的、集沉浸式體驗于一體的互聯網工廠。

主要做法

1、技術路線

基于工業互聯網的柔性化體驗工廠項目主要通過裝備自動化（智能化）升級、信息安全建設、網絡化建設、雲技術大數據平台、智能數據分析建設、協同移動處理建設等實現從數字化車間建設、網絡化互利互通建設到實現智能化制造。

東阿阿膠智能工廠本項目智能制造的技術路線，就是通過軟件和網絡進行産品開發、進行再設計和制造，使智能設備與生産實時進行信息和指令交互，實現自主控制和優化。從層級上劃分為設備層級、控制層級、車間執行層級、企業管理層級。

東阿阿膠智能工廠技術路線圖

根據東阿阿膠現有基礎條件，本項目在設備層主要完成單體設備進行自動化改造，使設備自動化程度達到95%以上；在控制層進行控制網絡完善，對控制系統進行優化，實現閉環優化控制；在執行層建設工業互聯網、MES系統，實現生産裝備之間、控制系統之間的互聯互通，實現生産管理全過程的扁平化管理和閉環管理，提升産品質量、生産效率；在企業管理層打通ERP、BI、Oracle系統、智能機器人交互系統，實現整個生産、經營的互利互通，實現精益生産、智能生産。

2、面向阿膠及期衍生品的全生産過程的模型設計

基于工業互聯網的柔性化體驗工廠總體設計模型由四層構成，第一層為分布式環境感知與精準控制層，主要有自動化設備、檢驗檢測設備、傳感器及數據采集設備及DCS控制系統等組成，實現生産過程自動化；第二層為網聯化智能裝備工作站，主要有應用于各生産工位的人工智能裝備，包括工位機械手、操作機器人、末端應用機器人、監測機器人、AGV運輸車等智能設備及工業互聯網建設，實現生産過程與智能設備聯網，生産過程協同統一；第三層為大數據集成與交互層，主要包括用于生産管理的MES、EMS系統及與之相配套的實時數據庫、工藝數據庫等數據平台，人工智能軟件平台等軟件系統，網絡安全設備及系統等，實現生産過程數據、運行安全，構建數據挖掘平台及基于大數據分析的智能生産管理平台；第四層為智能決策與任務調度系統，主要包括ERP、BI、Oracle系統，智能優化優化系統，實現基于大數據分析的智能制造柔性擴展與重構、遠程監控與故障診斷、生産工藝優化預測、制造裝備自學習、自适應、自控制的自主主動服務等。其總體設計模型架構圖如下：

工廠總體設計模型架構圖

總體設計模型的基本設計原則為實現生産過程智能化、物流智能化、信息流自動化的原則，組成示意圖如下圖所示：

工廠總體設計模型組成示意圖

基于工業互聯網的柔性化體驗工廠的智能物流系統主要有三大生産數字化車間、原料倉庫以及成品倉庫組成，主要功能目标為實現車間之間，車間與原料倉庫和成品倉庫之間的物料智能化流轉；信息流自動化系統主要在生産管理系統與信息管理系統之間以及生産管理系統下各子控制系統之間完成信息流的自動化傳遞。

基于工業互聯網的柔性化體驗工廠的工程設計模型結構圖如下圖所示：

工程設計模型架構圖

模型第一部分為工廠信息管理系統實現的生産計劃計算與生産原料采購功能。首先根據工廠市場與銷售信息管理系統反饋的市場和銷售數據，自動計算工廠産品的預估銷量，根據預估銷量數據，信息管理系統的生産計劃制定系統自動排定下一階段生産計劃，同時根據生産計劃産量要求，得到需要采購準備的驢皮、熟地、黨參、枸杞、山楂等生産原材料數量，并發出采購申請督促工作人員進行采購。

工程設計模型的第二部分為生産原材料準備完畢後，信息管理系統将排定的生産計劃發往工廠生産管理系統，指揮工廠的生産管理系統接到生産計劃後，檢查生産設備狀态、生産原料準備是否充足，進行生産開機準備。準備完畢後生産線啟動，開始按照生産計劃進行生産。生産進度完全由生産管理系統根據生産計劃動态控制。保證按期完成生産計劃前提下，根據具體情況進行日生産計劃動态調整。

3、信息網絡系統設計

信息網絡系統是智能工廠内部及外部信息傳遞的結構基礎，是保證智能工廠内訂單管理、生産計劃傳遞、生産設備信息管理、生産命令的下達、生産裝備運行的途徑，是保證智能工廠多單元智能協同作業的技術支承。

信息網絡系統是信息和應用的通信平台和載體。基于工業互聯網的柔性化體驗工廠網絡是在滿足企業生産過程中智能裝備、控制系統、管理系統之間協同生産的業務需求，适應企業的信息發展，并且能夠給企業員工提供更加便捷的辦公平台。實現企業網絡構架的過程包括：

a）規劃企業的IPv6地址空間範圍；

b）部署和實現企業核心層的網絡構架 ；

c）在核心網絡構架基礎上對下層的網絡構架進行設計。

信息網絡系統總體架構

生産控制系統的構架是上位機PLC結合分布式計算機控制系統DCS，并通過工業以太網進行通訊，DCS以微處理機為核心，通過高速數據通道把各個分散點的信息集中起來，進行集中的監視和控制，并實現複雜的控制和優化。DCS的設計原則是分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協調。采用這種方法該系統可把順序控制裝置、數據采集裝置、回路控制儀表、過程監控裝置有機的結合在一起，構成滿足實際生産要求的控制系統。考慮到設備的穩定性和性價比，采用研華的IPC-610工控機内裝通用組态軟件作為上位機人機界面（HMI），選用基于工業以太網構架的組網模式。

DCS與智能裝備的數據通訊以工業以太網為主要架構，對于移動智能裝備采用無線移動網絡進行數據交互。

為了滿足企業在各種業務中所涉及到的網絡需求，并能很好的承載業務的各種應用數據和服務，網絡架構規劃遵循可靠性高、安全穩定、架構清晰、滿足業務需求、易于管理等原則。

由于目前制造企業基礎應用系統已涉及到研發、生産制造、轉儲物流、财務銷售、語音視頻等相對較全面的業務。但要想使這些應用能夠在企業網絡平台上的作用發揮的更完善,其對企業網絡架構的要求也是相當複雜和嚴格的。

網絡系統架構規劃

因此本公司拟在生産制造車間應用工業以太網和無線網，以解決車間和生産工控設備的隻能控制和生産數據的下發執行的問題。通過工業交換機和可編程控制器将工業設備級網絡同IPv6數據網絡結合在一起,實現了辦公、智控及人機交互設備網絡的智能一體化。

4、面向全企業的智能制造生産與管理信息的數據庫

傳統的生産管理通過人工方式進行數據的采集不僅效率低且出錯率高，本項目将電子标簽、條碼技術等RFID技術采集系統裝備引入生産現場管理，使用數據采集器采集生産過程中的生産信息，然後将電子信息輸送到數據庫中，實現數據的存儲，這種方法使得數據采集及時、準确，是企業能夠更輕松的管理生産數據。

數據庫作為本項目MES系統及大數據平台的基礎，保存着重要信息資源，因此需要制定嚴格的管理策略來控制數據庫的安全性。

a）保證網絡安全，優化數據庫應用程序。

b）有效管理數據庫服務器賬号密碼，并進行權限控制

c）對數據庫進行有效的備份、轉移和恢複，通過數據庫複制技術實現數據庫的分發和同步。

要保障公司的信息安全，需要實現保密性、完整性、可用性、真實性和可控性這五項網絡安全指标。為了進一步提高公司的資源利用管理水平，提高東阿阿膠的核心競争力，構建企業網絡安全部署具有直接決定作用。項目着重從設備、軟件、人員三個層面來定義安全策略并加以實施。

a）設備層。在企業的運作中，大量的信息都保存在服務器或者是存儲設備上，因此，企業需要對各種服務器采取統一的安全策略，及時對相關信息進行備份，限制登錄用戶的訪問權限等。在安全管理中，服務器應作為管理的重心被重點管理和維護。

b）軟件層。公司網絡的安全措施主要是通過部署防火牆、IDS、殺毒軟件，以及配合交換機或路由器的ACL來實現對病毒和黑客攻擊的防禦，此外公司還有一整套從用戶接入控制，病毒報文識别到主動抑制的一系列安全控制措施

c）人員層。企業内部人員作為相對不可控因素對企業的信息安全保障具有重要的作用，應對其行為進行嚴格的約束。加強員工進行信息安全常識培訓，防止員工通過訪問惡意網站、下載未知的資料或者打開含有病毒代碼的電子郵件附件等方式，在不經意間将病毒和木馬帶入企業網絡并進行傳播，進而給企業造成巨大的經濟損失。規範員工行為，提高管理制度，通過建立文件審核機制和儲存管理系統，防止内部員工進行商業洩密。制定網絡資源使用規範，阻止員工惡意占用網絡資源，妨礙網絡正常運行。對内部傳輸文檔在文檔創建時即對其進行透明加密，并與用戶、權限相結合。文檔加密後，有權限的用戶正常雙擊打開使用，非授權用戶顯示為亂碼，無法使用，從而實現數據防洩密之目的。在整個加解密過程中，無需用戶參與，使用非常方便。文檔加密軟件通常主要用于文檔、圖紙類數據加密保護，而不能用于源代碼等進程比較複雜的數據類型保護。

特色亮點

智能制造系統解決方案是推廣普及智能制造的關鍵手段，是促進智能制造水平提升的核心，世界強國緊盯中國智能制造轉型需求，憑借技術與人才優勢搶占市場。目前，國内針對智能制造行業應用需求提供系統的解決方案的業務尚處于初期發展階段，能夠在行業内形成可推廣可複制的成熟解決方案不多。

本項目集聚智能工廠系統解決方案供應商、典型行業龍頭企業優質資源，探索建立高效的運行機制，有效推進典型行業形成和實施智能制造系統解決方案。以MES項目為例，聯合第三方優質資源，首先對東阿阿膠工廠實際情況進行調研，形成調研報告，并結合MES系統的自身特點和公司實際情況給出切實可行的項目實施方案；下一步，聯合公司生産使用部門人員、分管領導、本項目聯合體成員對實施方案進行共同探讨，對方案中存在的問題進行修改、調整；将調整後的方案再次進行深入溝通讨論，經使用部門、公司分管領導同意後确定最終實施方案；最後，項目牽頭單位、第三方單位共同制定項目實施計劃，明确MES項目重點任務、拟解決的問題、經費預算等重大問題，經審批後按計劃組織實施。該智能制造系統解決方案典型模式為膠類中藥行業提供可複制可推廣的案例，推動行業智能制造轉型目标及早實現。

應用成效

目前國内阿膠中藥技術裝備水平較低，設備商研發能力不足，成為裝備向高端市場邁進存在障礙。東阿阿膠股份有限公司一方面自主研發一批關鍵核心技術和裝備，另一方面在單體設備智能化改造方面全部購買國産設備，包括引進工業機器人、自動生産系統等。因此，項目實施對國産智能核心技術裝備也起到兩方面的帶動作用，一方面，東阿阿膠公司作為膠類産品龍頭企業，其在研發智能設備的高投入在行業内起到了良好的示範作用，提高阿膠行業企業在智能制造關鍵技術設備提升自主創新能力的認識和重視程度，推動全行業的創新能力和集成應用；另一方面，公司大範圍采用智能化生産設備倒推設備供應商加強核心技術裝備的創新研發，優化技術設備供給水平，從而提升國産智能核心設備的技術水平和自主創新能力。

阿膠中藥的生産是典型的流程型制造業，其智能制造的重點在于實現産品品質從末端控制向全流程控制轉變，該項目建設的數字化車間和智能工廠，從生産計劃到最終生産過程的信息化，并對生産過程進行嚴格管控，及時發現生産過程存在的各種問題，及時對生産過程中的生産數據進行實時采集，并能根據采集到的生産數據進行分析核算，達到生産記錄無紙化、物料配送無差錯、生産數據采集自動化、生産過程中非正常情況報警、生産過程追溯可視化、生産過程監控自動化等目标，對流程型制造業而言，提供了典型的智能制造新模式，推動流程型制造業智能制造水平提升。

本項目通過在阿膠中藥行業龍頭企業實施應用生産全流程的智能制造，實現智能設備和生産實施的信息和指令交互，整個生産、管理過程互聯互通，建成具有國際先進性和典型示範意義的智能工廠。該項目實施為阿膠行業智能制造系統解決方案樹立了可推廣、可複制的示範模式，強化了我國智能制造系統解決方案的供應能力。

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