所屬領域興業
案例類別智慧工廠
案例介紹
背景目的
隨著智慧製造工業轉型升級改造的深入，智慧製造開始與企業的生產經營深度融合，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，綜合膠類中藥生產工藝特點，對涉及膠類中藥生產安全、衛生、環保、膠類中藥產品性狀、品質等方面的影響因素進行全面分析與提煉。採用智慧視覺、人工智慧機器人、自動運輸車、大資料分析等現代技術裝備與傳統的膠類中藥生產工藝相結合，將當前我國膠類中藥生產停留在半手工半機械化生產提升到覆蓋膠類中藥生產全工藝的智慧柔性化生產。東阿阿膠2017年成功申報工業和資訊化部《膠類中藥全流程協調智慧製造新模式應用》專案，並與2020年透過驗收。該專案以實現傳統生產工藝與現代科技相結合、與新能源及清潔能源利用相結合、與人工智慧相結合為工藝突破，形成研發綠色智慧工廠為目標，以模組化、數字化、自動化和智慧化為手段，以雲計算技術、計算機網路技術、大資料分析技術為依託，實現膠類中藥生產資料自動採集、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慧工廠新模式。
專案實施完成後東阿阿膠生產智慧化程度大幅提升，建設完成首個膠類中藥全流程智慧工廠。在基於現有智慧製造、綠色製造水平的基礎上，2021年東阿阿膠持續發力，將工作重點放在生產線柔性化升級，充分開發人工智慧技術應用場景，打造定製化的、個性鮮明的、集沉浸式體驗於一體的網際網路工廠。
主要做法
1、技術路線
基於工業網際網路的柔性化體驗工廠專案主要透過裝備自動化（智慧化）升級、資訊保安建設、網路化建設、雲技術大資料平臺、智慧資料分析建設、協同移動處理建設等實現從數字化車間建設、網路化互利互通建設到實現智慧化製造。
東阿阿膠智慧工廠本專案智慧製造的技術路線，就是透過軟體和網路進行產品開發、進行再設計和製造，使智慧裝置與生產實時進行資訊和指令互動，實現自主控制和最佳化。從層級上劃分為裝置層級、控制層級、車間執行層級、企業管理層級。
東阿阿膠智慧工廠技術路線圖
根據東阿阿膠現有基礎條件，本專案在裝置層主要完成單體裝置進行自動化改造，使裝置自動化程度達到95%以上；在控制層進行控制網路完善，對控制系統進行最佳化，實現閉環最佳化控制；在執行層建設工業網際網路、MES系統，實現生產裝備之間、控制系統之間的互聯互通，實現生產管理全過程的扁平化管理和閉環管理，提升產品質量、生產效率；在企業管理層打通ERP、BI、Oracle系統、智慧機器人互動系統，實現整個生產、經營的互利互通，實現精益生產、智慧生產。
2、面向阿膠及期衍生品的全生產過程的模型設計
基於工業網際網路的柔性化體驗工廠總體設計模型由四層構成，第一層為分散式環境感知與精準控制層，主要有自動化裝置、檢驗檢測裝置、感測器及資料採集裝置及DCS控制系統等組成，實現生產過程自動化；第二層為網聯化智慧裝備工作站，主要有應用於各生產工位的人工智慧裝備，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運輸車等智慧裝置及工業網際網路建設，實現生產過程與智慧裝置聯網，生產過程協同統一；第三層為大資料整合與互動層，主要包括用於生產管理的MES、EMS系統及與之相配套的實時資料庫、工藝資料庫等資料平臺，人工智慧軟體平臺等軟體系統，網路安全裝置及系統等，實現生產過程資料、執行安全，構建資料探勘平臺及基於大資料分析的智慧生產管理平臺；第四層為智慧決策與任務排程系統，主要包括ERP、BI、Oracle系統，智慧最佳化最佳化系統，實現基於大資料分析的智慧製造柔性擴充套件與重構、遠端監控與故障診斷、生產工藝最佳化預測、製造裝備自學習、自適應、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產過程智慧化、物流智慧化、資訊流自動化的原則，組成示意圖如下圖所示：
工廠總體設計模型組成示意圖
基於工業網際網路的柔性化體驗工廠的智慧物流系統主要有三大生產數字化車間、原料倉庫以及成品倉庫組成，主要功能目標為實現車間之間，車間與原料倉庫和成品倉庫之間的物料智慧化流轉；資訊流自動化系統主要在生產管理系統與資訊管理系統之間以及生產管理系統下各子控制系統之間完成資訊流的自動化傳遞。
基於工業網際網路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資訊管理系統實現的生產計劃計算與生產原料採購功能。首先根據工廠市場與銷售資訊管理系統反饋的市場和銷售資料，自動計算工廠產品的預估銷量，根據預估銷量資料，資訊管理系統的生產計劃制定系統自動排定下一階段生產計劃，同時根據生產計劃產量要求，得到需要採購準備的驢皮、熟地、黨參、枸杞、山楂等生產原材料數量，併發出採購申請督促工作人員進行採購。
工程設計模型的第二部分為生產原材料準備完畢後，資訊管理系統將排定的生產計劃發往工廠生產管理系統，指揮工廠的生產管理系統接到生產計劃後，檢查生產裝置狀態、生產原料準備是否充足，進行生產開機準備。準備完畢後生產線啟動，開始按照生產計劃進行生產。生產進度完全由生產管理系統根據生產計劃動態控制。保證按期完成生產計劃前提下，根據具體情況進行日生產計劃動態調整。
3、資訊網路系統設計
資訊網路系統是智慧工廠內部及外部資訊傳遞的結構基礎，是保證智慧工廠內訂單管理、生產計劃傳遞、生產裝置資訊管理、生產命令的下達、生產裝備執行的途徑，是保證智慧工廠多單元智慧協同作業的技術支承。
資訊網路系統是資訊和應用的通訊平臺和載體。基於工業網際網路的柔性化體驗工廠網路是在滿足企業生產過程中智慧裝備、控制系統、管理系統之間協同生產的業務需求，適應企業的資訊發展，並且能夠給企業員工提供更加便捷的辦公平臺。實現企業網路構架的過程包括：
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路構架 ；
c）在核心網路構架基礎上對下層的網路構架進行設計。
資訊網路系統總體架構
生產控制系統的構架是上位機PLC結合分散式計算機控制系統DCS，並透過工業乙太網進行通訊，DCS以微處理機為核心，透過高速資料通道把各個分散點的資訊集中起來，進行集中的監視和控制，並實現複雜的控制和最佳化。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。採用這種方法該系統可把順序控制裝置、資料採集裝置、迴路控制儀表、過程監控裝置有機的結合在一起，構成滿足實際生產要求的控制系統。考慮到裝置的穩定性和價效比，採用研華的IPC-610工控機內裝通用組態軟體作為上位機人機介面（HMI），選用基於工業乙太網構架的組網模式。
DCS與智慧裝備的資料通訊以工業乙太網為主要架構，對於移動智慧裝備採用無線行動網路進行資料互動。
為了滿足企業在各種業務中所涉及到的網路需求，並能很好的承載業務的各種應用資料和服務，網路架構規劃遵循可靠性高、安全穩定、架構清晰、滿足業務需求、易於管理等原則。
由於目前製造企業基礎應用系統已涉及到研發、生產製造、轉儲物流、財務銷售、語音影片等相對較全面的業務。但要想使這些應用能夠在企業網路平臺上的作用發揮的更完善,其對企業網路架構的要求也是相當複雜和嚴格的。
網路系統架構規劃
因此本公司擬在生產製造車間應用工業乙太網和無線網，以解決車間和生產工控裝置的只能控制和生產資料的下發執行的問題。透過工業交換機和可程式設計控制器將工業裝置級網路同IPv6資料網路結合在一起,實現了辦公、智控及人機互動裝置網路的智慧一體化。
4、面向全企業的智慧製造生產與管理資訊的資料庫
傳統的生產管理透過人工方式進行資料的採集不僅效率低且出錯率高，本專案將電子標籤、條碼技術等RFID技術採集系統裝備引入生產現場管理，使用資料採集器採集生產過程中的生產資訊，然後將電子資訊輸送到資料庫中，實現資料的儲存，這種方法使得資料採集及時、準確，是企業能夠更輕鬆的管理生產資料。
資料庫作為本專案MES系統及大資料平臺的基礎，儲存著重要資訊資源，因此需要制定嚴格的管理策略來控制資料庫的安全性。
a）保證網路安全，最佳化資料庫應用程式。
b）有效管理資料庫伺服器賬號密碼，並進行許可權控制
c）對資料庫進行有效的備份、轉移和恢復，透過資料庫複製技術實現資料庫的分發和同步。
要保障公司的資訊保安，需要實現保密性、完整性、可用性、真實性和可控性這五項網路安全指標。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爭力，構建企業網路安全部署具有直接決定作用。專案著重從裝置、軟體、人員三個層面來定義安全策略並加以實施。
a）裝置層。在企業的運作中，大量的資訊都儲存在伺服器或者是儲存裝置上，因此，企業需要對各種伺服器採取統一的安全策略，及時對相關資訊進行備份，限制登入使用者的訪問許可權等。在安全管理中，伺服器應作為管理的重心被重點管理和維護。
b）軟體層。公司網路的安全措施主要是透過部署防火牆、IDS、防毒軟體，以及配合交換機或路由器的ACL來實現對病毒和駭客攻擊的防禦，此外公司還有一整套從使用者接入控制，病毒報文識別到主動抑制的一系列安全控制措施
c）人員層。企業內部人員作為相對不可控因素對企業的資訊保安保障具有重要的作用，應對其行為進行嚴格的約束。加強員工進行資訊保安常識培訓，防止員工透過訪問惡意網站、下載未知的資料或者開啟含有病毒程式碼的電子郵件附件等方式，在不經意間將病毒和木馬帶入企業網路並進行傳播，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，透過建立檔案稽核機制和儲存管理系統，防止內部員工進行商業洩密。制定網路資源使用規範，阻止員工惡意佔用網路資源，妨礙網路正常執行。對內部傳輸文件在文件建立時即對其進行透明加密，並與使用者、許可權相結合。文件加密後，有許可權的使用者正常雙擊開啟使用，非授權使用者顯示為亂碼，無法使用，從而實現資料防洩密之目的。在整個加解密過程中，無需使用者參與，使用非常方便。文件加密軟體通常主要用於文件、圖紙類資料加密保護，而不能用於原始碼等程序比較複雜的資料型別保護。
特色亮點
智慧製造系統解決方案是推廣普及智慧製造的關鍵手段，是促進智慧製造水平提升的核心，世界強國緊盯中國智慧製造轉型需求，憑藉技術與人才優勢搶佔市場。目前，國內針對智慧製造行業應用需求提供系統的解決方案的業務尚處於初期發展階段，能夠在行業內形成可推廣可複製的成熟解決方案不多。
本專案集聚智慧工廠系統解決方案供應商、典型行業龍頭企業優質資源，探索建立高效的執行機制，有效推進典型行業形成和實施智慧製造系統解決方案。以MES專案為例，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，並結合MES系統的自身特點和公司實際情況給出切實可行的專案實施方案；下一步，聯合公司生產使用部門人員、分管領導、本專案聯合體成員對實施方案進行共同探討，對方案中存在的問題進行修改、調整；將調整後的方案再次進行深入溝通討論，經使用部門、公司分管領導同意後確定最終實施方案；最後，專案牽頭單位、第三方單位共同制定專案實施計劃，明確MES專案重點任務、擬解決的問題、經費預算等重大問題，經審批後按計劃組織實施。該智慧製造系統解決方案典型模式為膠類中藥行業提供可複製可推廣的案例，推動行業智慧製造轉型目標及早實現。
應用成效
目前國內阿膠中藥技術裝備水平較低，裝置商研發能力不足，成為裝備向高階市場邁進存在障礙。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，另一方面在單體裝置智慧化改造方面全部購買國產裝置，包括引進工業機器人、自動生產系統等。因此，專案實施對國產智慧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產品龍頭企業，其在研發智慧裝置的高投入在行業內起到了良好的示範作用，提高阿膠行業企業在智慧製造關鍵技術裝置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整合應用；另一方面，公司大範圍採用智慧化生產裝置倒推裝置供應商加強核心技術裝備的創新研發，最佳化技術裝置供給水平，從而提升國產智慧核心裝置的技術水平和自主創新能力。
阿膠中藥的生產是典型的流程型製造業，其智慧製造的重點在於實現產品品質從末端控制向全流程控制轉變，該專案建設的數字化車間和智慧工廠，從生產計劃到最終生產過程的資訊化，並對生產過程進行嚴格管控，及時發現生產過程存在的各種問題，及時對生產過程中的生產資料進行實時採集，並能根據採集到的生產資料進行分析核算，達到生產記錄無紙化、物料配送無差錯、生產資料採集自動化、生產過程中非正常情況報警、生產過程追溯視覺化、生產過程監控自動化等目標，對流程型製造業而言，提供了典型的智慧製造新模式，推動流程型製造業智慧製造水平提升。
本專案透過在阿膠中藥行業龍頭企業實施應用生產全流程的智慧製造，實現智慧裝置和生產實施的資訊和指令互動，整個生產、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慧工廠。該專案實施為阿膠行業智慧製造系統解決方案樹立了可推廣、可複製的示範模式，強化了我國智慧製造系統解決方案的供應能力。
