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工业互联网平台赋能造纸行业实现数字化转型的研究与应用

2023-10-24 121 上传者：管理员

摘要：针对目前造纸行业存在的资源利用率较低、数据不能充分利用等问题，本文结合造纸企业数字化转型实践经验，提出了“supOS平台+工业APP应用”的创新模式，为企业提供生产过程协同、工艺流程优化、质量透明管理、能耗低碳管理、设备实时监控、数据可视化等智能化服务和精细化管理，帮助企业提高生产效率、节约成本，实现数字化、智能化转型升级。

关键词：
工业互联网平台
平台+工业APP应用
数字化转型
赋能
造纸行业
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造纸行业在国民经济各领域发挥着重要作用，传统造纸企业发展面临着转型升级和创新发展的挑战，亟待工业互联网深度融合新一代信息技术赋能制造业产业升级，推动造纸行业高质量发展。目前，造纸行业作为传统流程制造业，经历了从小规模制造到大规模制造、再到自动化制造发展阶段，生产设备得到了飞跃发展，然而企业的信息化、数字化水平依然存在数据集成、生产过程管理不透明、质量检测不到位、能耗偏高、数据缺乏决策分析等诸多问题，严重影响造纸企业的经济效益。因此，造纸行业迫切需要工业互联网平台作为企业数字化转型的重要抓手，进一步推动制造业产业经济重大变革，为企业创新发展带来新的机遇[1,2,3]。本文基于造纸行业，通过sup OS工业互联网平台赋能，建立“平台+工业APP应用”的服务模式，探讨了造纸行业工业互联网平台架构体系和造纸企业数字化转型的应用实践内容。

1、工业互联网平台体系架构

1.1 工业互联网平台架构

工业互联网平台架构如图1所示。

工业互联网平台架构分为三层。第一层是设备层，主要通过网关和数采系统采集各种设备和自动控制系统的数据；第二层是工业互联网平台，基于s u p O S工业操作系统包括各种元数据、异构数据、数据处理、大数据分析、可视化、人工智能算法服务等；第三层是工业APP应用，通过工业互联网平台构建面向造纸行业不同场景的工业A P P，帮助企业提高生产效率和管理效率。

1.2 工业互联平台网络架构

工业互联平台网络架构如图2所示，为总分厂式架构，网络自下而上分为三层结构。车间层：通过数采系统或数采网关实现各生产设备、DCS、PLC、SIS等控制系统、异构系统的数据采集；工厂层：部署sup OS服务器，集成车间、产线、设备数据信息，利用平台开发和实现工业A P P应用；集团层：部署su p OS服务器，汇聚各个工厂上送的数据信息，利用平台级联功能，实现数据、页面、应用层面的共享发布，集团各层领导可实时掌控不同工厂的原料、设备、生产、库存等情况，从而为决策提供有力支撑。

1.3 工业互联网平台关键技术

1.3.1 5G技术

5G作为新一代通信技术，其低时延、高可靠、大连接特性，与工业互联网高可靠、低时延需求紧密匹配。5G作为工业数字化转型的重要技术支撑载体，通过设备上云，实现工厂各环节协同，结合智能化技术让企业在智能感知、数据处理、实时分析、精准决策都得到了倍速的提升，从而提高生产效率并助力企业低碳发展。

1.3.2 多元数据采集技术

数据采集技术提供了各种设备驱动协议接入，能够满足流程行业、离散制造业中智能设备、控制系统、弱电系统、信息化系统的集成与接入要求，打通了数据“孤岛”。这些数据包括各种系统数据，业务、财务流程产生的表单数据，生产设备的运行过程状态、工艺参数、物料和能源数据等加工制造数据，视频、文件、图片等数据。数据采集技术发挥了工业互联网的重要作用和积极影响，同时发挥了数据的重要价值。

图1 工业互联网平台架构

1.3.3 工业APP开发技术

工业A P P开发技术是基于工业互联网平台的开发技术。该技术平台提供了低代码、图形化和组件化模式，实现了工业知识经验的沉淀和复用，提高了APP开发效率，推动了工业不同场景的快速赋能，帮助企业低成本、高柔性地实现业务场景的个性化需求。

1.3.4 工业智能和大数据技术

工业制造场景中工艺、质量、设备运维需要依托于人工智能和大数据先进技术，能够切实解决很多生产制造过程的疑难杂症[4]。工业互联网平台提供了大数据平台，具有分类、聚类、回归、预测、寻优和深度学习等大数据算法模块，结合特定场景，进行建模分析，实现算法模型开发，可以实现操作敏感性分析、设备健康状态诊断和动态趋势预测等，提高了企业的生产效率和管理能力。

1.3.5 数字孪生技术

数字孪生技术已成为工业互联网平台的关键技术。数字孪生技术主要通过数字化手段在信息空间内构建虚拟模型的技术，它能够通过数据手段来对现实中存在的事物进行精确的模拟，以此来帮助工作人员开展更加科学合理的风险评估与优化决策[5]。数字孪生技术在企业产品设计、工艺优化、设备管理、生产制造、远程维护等方面提供了应用场景，取得了良好效果。

2、工业互联网平台赋能APP应用案例

2.1 生产管理APP

图2 工业互联平台网络架构

生产管理A PP包括订单设计、订单归并、订单排程、生产报工等功能。生产管理A P P可以基于销售订单、产能评估，结合库存水平，制定工序生产计划，计算物料需求计划，下达生产任务到各工序的车间班组。车间班组根据生产任务进行生产组织和排程，协调设备运行、原辅料库存等，可以帮助造纸企业实现产品多品种小批量的订单需求，满足用户的纸张类型、质量、数量、交货期的个性化需求，提高纸张的品质率，从而降低企业生产成本。

2.2 工艺管理APP

工艺管理A P P通过科学的管理方法和先进的技术手段，可以实现对造纸过程的全面掌控和优化，提高产品质量和生产效率，同时降低生产成本和环境污染。A P P可以实时监测纸张的质量、厚度、匀度等指标，并提供数据分析和预警功能。例如，打浆配料工艺流程管理，工艺管理A P P监控研磨制浆、流送、纸机生产工艺，标记液位、流量、车速运行参数等。

2.3 设备管理APP

设备管理A P P包括设备台账管理、计划管理、运行监控、巡检作业管理、周期性保养、点检、维修管理等功能。通过标准化的设备管理流程，建立了预防性维护平台，减少了设备故障率、降低了维修成本，能够帮助企业实现统一的设备资产管理和设备状态监控，可以提高设备生产效率、减少工序等待时间、降低物料与能源的消耗。

2.4 质量管理APP

质量管理A P P包括质量标准、质量控制、质量问题、改进质量管理等功能。通过质量标准和质检控制标准模板的维护，在生产、销售、采购的各类环节发起质检流程，录入质量数据，推送给相关责任人审核，生成质检单并形成质量统计分析。质量管理驱动造纸企业改善品质管理业务流程，提高企业综合竞争力。

2.5 能耗管理APP

能耗管理A P P包括用电可视化、负荷管理、工序设备能效分析、单耗分析等功能，实现了企业对于电能的精细化、持久化、信息化管理，提升了企业能耗管理水平。能耗管理APP主要提供以下三个方面核心功能：能耗实时监控，通过可视化界面展示实时电功率、当月耗电、当月耗电分布、当月设备能耗排行、电能告警等情况；能耗报表，通过可视化界面展示各个设备的能耗、指标功率、电流、功率因数变化曲线以及每日电能用量图，同期用电对比，直观掌握用电趋势；能耗考核，通过对能源使用、消耗、转换，按班组、区域、产线、工段等方式进行统计分析与对比，根据能源计划和绩效指标KPI进行考核比对。

2.6 大数据分析APP

大数据分析A PP基于su p O S工业操作系统，主要包括数据采集、数据处理、数据分析、数据可视化等功能。大数据分析APP提供Py Torch、Caffe、Tensorflow、Keras等主流深度学习框架，支持复杂分析流程的构建，提供造纸工艺数据、生产计划和报工数据、图片、文本等大量数据，实现工业生产、管理和决策的过程分析和预测，从而帮助企业实现生产管理决策，帮助企业管理能力提高。

3、平台应用成效

造纸企业通过工业互联网平台的赋能，推进了企业数字化转型，实现了企业高质量创新发展，取得了一定的成效。在凯恩纸业的实施过程中，通过“平台+工业A P P应用”的模式实现了集团的数据统一和互联互通。该案例打通了各业务系统的数据，将凯恩原先的L I M S、安防系统、E R P系统等集成到了工业互联网平台底座上，并开发了工业应用A P P，实现了企业数字化、透明化、可视化经营。在工业互联网平台的赋能下，该案例业务传递时间减少50%，人员精简8%，异常停机、断纸次数降低30%，成品率提升0.6%。在宏盛纸业，通过工业互联网平台打通生产过程和工艺流程的数据壁垒，让该企业实现了数字化和智能化的生产管理，劳动效率提高20%，成本降低1%，能耗降低20%，产品不良率降低15%[6]。这些通过工业互联网平台赋能的成功案例，不仅提高了企业的经营效率和产品质量，还降低了成本和能耗，提高了企业的市场竞争力。

4、结束语

在双碳和绿色制造的大背景下，造纸行业迫切需要加快转型升级，实现企业数字化、低碳化发展[7]。基于工业互联网平台构建的工业A P P应用为造纸企业提供数据采集、生产过程控制和智能化管理、工艺分析优化、设备在线监控、质量缺陷分析优化、能耗管理、大数据分析与预测等一系列服务，从而提高了造纸行业的生产效率和质量品质率、降低了企业生产和运营成本、提高了企业管理决策效率等。工业互联网平台与造纸企业智能制造深度融合，是造纸企业创新发展的重要途径。

未来，工业互联网平台将从以下几个方面继续赋能造纸行业：一是数据融合，基于sup OS工业操作系统，集成全产业链数据，构建透明的数据资产管理体系；二是“平台+工业APP应用”构建，实现各个业务应用互通互联、数据共享和重复利用，实现业务流程的协同优化，数据价值的深度挖掘，发挥企业数字化的巨大价值；三是大规模复制推广，以“平台+工业A P P”满足企业个性化的定制需求，为企业提供快速、高效的数字化转型路径；四是数字化转型管理赋能，为企业提供数字化转型赋能服务，帮助企业实现数字化转型，提高造纸行业企业组织架构重塑，提高员工素质、促进管理创新、提高劳动效率，从而帮助企业实现数字化转型。

参考文献:

[1]工信部印发《工业互联网创新发展行动计划(2021-2023年)》[J].起重运输机械,2021,(01):14+12.

[2]《国家及各地区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》[J].中国信息界,2022,353(05):110.

[3]孟亚洁.融合发展是必由之路解读《关于深化新一代信息技术与制造业融合发展的指导意见》[J].中国电信业,2020,236(08):10-12.

[4]王红星.基于智能制造的工业大数据技术分析[J].中国科技信息,2022,(08):134-135.

[5]王建民,宋庆奎,彭莹莹,等.工业互联网支持下的数字孪生车间[J].数字技术与应用,2022,40(09):87-89.

[6]王飞,张峻瑞,翁浩海,等.基于盛宏纸业智能工厂数字化建设实践[J].数字经济, 2023(03):05.

[7]方怡凝,张小丽,于平,等.浅述工业互联网平台赋能钢铁行业实现智能化发展[J].新型工业化,2023,13(04):69-76.

基金资助:国家重点研发计划项目(2020YFB1711200);

文章来源:王飞.基于工业互联网平台赋能造纸行业实现数字化转型的研究与应用[J].中华纸业,2023,44(Z3):64-68.