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【大咖谈】烟草行业如何迈入智慧工厂?

发表时间:2018-12-25 次数:756 作者:易能立方


小编导读

烟草生产经历了从田间地头到仓储、制丝、卷制、包装出售的几大工艺流程,而每一个工艺流程都有不同自动化制造设备参与其中,而烟草自动化更重要的在于制程可视化、系统监管全方位及制造绿色化三个层面,从而去实现最优的烟草生产。在智能制造崛起之时,烟草行业更走在传统产业生产改造的前端,更多的智能技术被应用其中,为高速精准的生产带来新的体验与更大的利润空间。


窥一斑而知全豹。本期专题探讨“烟草智能制造”,以期从烟草行业的先进应用与智能制造的探索,从而引领多种传统制造行业的升级转型!


本期专题刊登在《智慧工厂》杂志5月刊 


专题参与大咖:

深圳华龙讯达信息技术股份有限公司总经理  龙小昂

德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华

皮尔磁中国高级技术经理  许玮

易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚



烟草作为传统制造行业里不差钱的行业,在先进生产系统的采用中必然走在前列,经过多年的自动化系统的采用,针对烟草生产不同的工艺流程,他们走过了哪些智能化制造发展进程?



深圳华龙迅达信息技术股份有限公司总经理 龙小昂:



我从事制造业行业的自动化改造与智能化升级项目二十余年,见证并亲历了改革开放以来烟草行业的每一次重大技术革命,因此对这个行业有着深刻的理解和深厚的感情。


任何行业的发展都离不开国家政策的引导和消费者的支持。以我个人的理解,在烟草行业,无论是品牌建设还是品质管理,一直都在考虑“工业强基”前提下的“提质增效”。烟草行业的从业者以不懈的努力遵循着国家产业政策的引导,不断满足日益多元化、高品质的市场需求。他们十分重视技术的积累,多年来不断引进先进的生产设备。从烟叶的筛选、制丝、卷接、包装,最终到产品输出以及与生产配套的物流系统,贯穿全生产过程的自动化控制和智能制造过程使得烟草生产制造水平在制造行业一直处于领先地位。


从卷烟生产的工艺流程来看,烟草种植的智能化发展,体现在借助GPS卫星定位系统与信息化管理系统可以对烟草种植全过程进行全面监控,指导烟农科学地种植、培育、收割、筛选、分级,对烟叶的种植和收购等级划分有着重要的指导性意义。


烟草制丝工艺的智能化发展体现在从人工筛选发展到全自动的打叶复烤,用PLC自动化系统实现打叶复烤后的烟叶配送,集中控制机器人投料、真空回潮、超回加料、润叶加料、切丝、烘丝、加香全过程。随着企业管理需求的提高,MES生产制造执行系统被引入制丝生产管理,初步实现智能生产管理。


烟草卷接工艺的智能化发展,体现在由单机自动化控制系统、人工物料输送,发展到车间级基于工业互联网的卷接包与自动化物流系统相结合的全过程智能控制生产线的逐步完善。


随着智能制造的飞速发展,烟草企业也将面临着严峻挑战。为提升烟草企业的核心竞争力、提高生产效率、确保产品工艺质量,采用高度融合先进的信息技术与工业化技术,对传统生产制造过程进行升级改造和整合的智能制造是未来烟草企业的发展方向,也是提高烟草企业整体实力和竞争力的有力保障。



易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



烟草生产的工艺流程基本上分为三个模块:制丝、卷接和包装。其中制丝工艺又包括备料、回潮、贮叶、切丝、烘丝、叶丝梗丝混合、加香、加料、贮丝等工序;卷接工艺包括喂丝、烟支卷制、滤嘴接装等工序;包装工艺包括采用多种包装材料和包装机械,将经烘焙后水分合格的烟支,包装成符合产品质量标准、便于贮运和销售的成品。易往信息在对烟草客户进行咨询沟通中发现,当前烟草制造也呈现出智能化改造的发展趋势,在过去,烟草的制造主要依赖于各个烟草厂的独门工艺,区别在于原料的质量和工人的熟练程度,而今各大烟草厂都大量的使用智能化设备来检测和控制生产环境以及设备运行状况,并通过系统和大数据来管理供应商和渠道,可以说智能化制造在这个行业大有可为!



德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华:



随着烟草工业自动化程度不断提高,卷烟生产引入了智能化制造系统,集制丝、卷烟生产、仓储物流、企业管控一体化的全过程自动化系统。通过采用先进的计算机技术、自动化技术、集成工厂设备,对卷烟生产全过程实施控制、调度、监控。可以说迅速发展的自动化技术正在推动了我国烟草工业向智能化技术改造迈进。




烟草制造的行业特点是什么?它对于安全自动化设备的采用要求主要集中在哪些方面?



深圳华龙讯达信息股份有限公司总经理  龙小昂:



烟草行业是国民经济中重要而特殊的行业。烟草作为一种嗜好类消费品,有着与其它商品明显不同的特性。烟草制造行业正在不断地改进卷烟配方、减小烟支规格、降低焦油含量、添加保健类元素等等。


烟草制造的行业特点体现在:烟草生产过程中注重配方工艺的稳定、质量控制的稳定,生产流程中物料配送的稳定。生产过程中的稳定性决定了每一支烟的产品同质化程度,自动化流水线需要配合生产各个环节保持稳定、可控与连续,因此对质量检测数据、工艺参数控制必须实时动态的反应,这就对生产过程的智能化提出了更高的要求。


烟草制造过程中自动化设备的应用贯穿了烟草制造的全过程,如制丝设备、卷接设备、包装设备、物流控制设备、连接输送装置及生产过程中的质量检测装置和检测仪器等。烟草制造对自动化设备的采用要求主要体现在:自动化控制系统方面要求具有高速处理、高通用、高灵活性、高扩展性、高兼容性;数据通讯上要求采用标准的总线结构,利于系统扩展和数据采集;传动系统方面,要求采用交流变频技术、交流伺服技术来控制电机运转,降低维护成本;检测装置上要求实现质量在线检测,如小包成像检测、条包成像检测、缺盒检测等。



易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



烟草制造的行业特点是制造的自动化水平高、区域差异性显著、流程连续性强。烟草制造不存在复杂的手工操作,全部采用自动化设备能极大的提高生产效率;不同区域的烟草原料属性不同,对生产环境的要求不一,所以采用的也是不同的工艺细节,这造成了不同区域香烟的口味差异,这要求我们的自动化设备能根据不同的生产环境需求做出灵活的调整,满足柔性化的生产需求;烟草生产是流水线生产,生产连续性强,中间任何环节出现问题整条流水线都要停工,对产量的影响极大,故而对自动化设备的耐用性也提出了较高的要求。



德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华:



随着人们生活水平的提高,卷烟消费者对卷烟产品的需求呈现多样化的趋势。这就要求卷烟生产企业必须采用多品种小批量的生产方式。卷烟生产企业迫切需要采用智能化生产,使企业的生产组织形式灵活多变,适应多样化的市场需求,从而提高卷烟生产企业的竞争力。


中国烟草行业历来重视生产过程的自动化控制。目前烟草企业整个生产过程自动化程度很高,自动化技术应用十分广泛,在长期的信息化应用过程中,实现了生产制造自动化和生产管理信息化的两化融合。所以工控机、伺服系统、人机界面、PLC、MES、工业机器人、机器视觉、RFID等许多自动化产品在烟草工业中有着广泛的应用。


对于安全自动化设备的采用要求:一是分布式单机自动控制系统和车间控制中心相结合。目前各卷烟制造企业对单机设备自动化的要求主要为能够实现自动化生产、提高生产效率、缩短品种切换时间、降低设备噪音、减少人为干预。二是在车间级推广制造执行系统(MES)。MES正在成为企业实现生产活动与经营活动的有效集成、进行优化运行、优化控制与优化管理的桥梁和纽带,通过连续信息流可以实现企业信息全集成。使用MES后,可以直接提升制造执行力、生产以及物流环节透明、透明、更透明,能够及时、准时、实时地把握生产现场的信息收集、传递、处理和反馈,作到随需应变。




特别是在烟草制造系统不断推进的过程中,设备之间或是更新或是承接,作为自动化系统提供商,我们如何去提升或是做到完全新旧控制系统或是不同品牌之间的兼容性以及系统的稳定性?



深圳华龙讯达信息技术股份有限公司总经理  龙小昂:



目前中国烟草设备的自动化水平与国外先进企业相比有较大差距,仍需大规模进口国外最先进的生产设备,如意大利GD机组、德国虹霓PROTOS机组、福克包装机械等。但是这些进口设备配套的软件,要么对方不愿出售,要么极其昂贵。目前国内正在使用的设备,使用的年限从上世纪80年末到今天,生产设备的多元化造成了设备自动化控制系统的多样化。


自动化控制系统的稳定性取决于稳定可靠的硬件平台与具强通用性、开放性、先进性、兼容性的软件平台。因此,我们在为烟草企业提供生产设备控制系统升级改造的过程中,始终与科技自动化发展的潮流保持高度的一致。我们把这些进口的尖端设备,选用当今科技自动化领域技术领先、产品结构完整的德国BECKHOFF公司基于PC控制技术的IPC自动化控制平台;安装自主研发的基于3D可视化技术、云平台技术的智能制造系统,不仅可以实现实时的远程智能设备控制与智能生产管理,还能进行远程智能诊断,提供远程智能技术服务。


通俗点讲,我们将这些外国货装上“中国脑”,根据设备“生理机能”构建它们的神经网络,打通任督二脉。这些进口设备经过华龙讯达的改造,生产效率、生产品质可以达到甚至超越原系统,而且配置的智能人机交互界面既美观又实用。国家烟草专卖局经济运行司在调研华龙讯达公司的3D可视化智能制造系统后评价:管用、实用、好用。


作为全面掌握工业化、信息化与可视化融合技术的智能制造系统集成商,我们始终致力于高新技术的应用和前沿技术的研发。公司拥有自动化、信息化领域专家组成的核心技术团队,取得的专利、软件著作等自主知识产权100多项;积极与国际领先的智能制造企业,如倍福、施耐德、IBM、魏德米勒、华为等,进行深度合作,开展了对全球先进自动化系统的前瞻性研究。我们有能力将最新的技术、最好的产品以及最优质的服务提供给烟草企业,为企业的技术升级和设备优化给予支持和帮助。


在过去,工业领域的通讯协议和通讯硬件百花齐放,各家有各家的现场总线,基本都是封闭式的通讯系统,互相之间兼容性较差。随着智能制造、工业4.0概念的推广,工业以太网通讯方式被越来越多人所接受。各自动化系统提供商都推出符合工业以太网应用要求的产品。虽然目前市场上存在多种不同的工业以太网协议,例如PROFInet、Ethernet/IP、SafetyNET p、EtherCAT等,但是大家的物理媒介——通讯电缆结构基本一致,这样就能实现一网到底的结构,而且以太网通讯较宽信道的特点能够使得多家协议能够同时在同一个以太网网络内进行传输。



易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



烟草制造是一个对生产环境非常敏感的行业,对生产环境温度、湿度的把控要求非常严苛,新旧系统和不同品牌之间的兼容性和稳定性确实是许多生产厂商关注的问题,易往信息的建议是如果这些设备能做到接口的开放,那就针对不同设备和系统之间的不同特点进行定制化的开发,应用MES等智能化解决方案读取生产数据并传输给生产管理者,让其对生产状况有一个准确的判断,这样一来也能对突发事件有一定的预警能力。




烟草作为大众消费品的生产行业,在制造方面更大的要求是高速生产,更需要精准的质量把握,在高速与高品质之间,也许智能系统的建立是当前最佳的出路,我们有哪些的技术与解决方案可以分享?



深圳华龙讯达信息技术股份有限公司总经理  龙小昂:



烟草制造行业对高速与高品质有着极其严苛的要求,如一台高速卷烟机1分钟可以实现16000支烟的生产,要求其产品单支重量、圆周对设备的检测精细度、控制灵敏度达到了制造业智能控制水平的阶段性顶峰,我们必须借助最先进的技术实现对生产过程、生产对象更精准的掌控。


我们为烟草行业开发的“基于互联网+的智能设备控制系统”,也是烟草行业智能装备尖端应用的典型案例。高速机组和超高速机组安装该系统后,可通过采集分析设备底层数据,将能源监控、物料监控、停机监控、工艺流程、结构原理等所有生产数据、设备数据、品质数据以3D虚拟仿真的动画效果在机台控制面板及远程的数据中心实时分类显示,实现远程监控,指导精准操作,并提供故障诊断和岗位培训。这一智能化装备目前受到了众多卷烟企业的好评和关注。



许玮  皮尔磁中国高级技术经理:



作为德国工业4.0支持者,Pilz不只是提出倡导口号。Pilz已经在为工业4.0和智能制造领域提供实实在在的解决方案:这些解决方案满足分布式系统的要求。


Pilz公司在2009年就推出了PSS4000全新一代自动化系统,其具有控制分散化、模块化结构、多任务处理方式、工业以太网结构等特点,能够满足用户对于智能制造的要求。PSS4000具有很多显著优势,PSS4000自动化系统采用机电一体化方案。工厂的模块化设计可以映射到软件中。PSS4000让您能够充分发挥分散式控制结构的各种优势,同时避免了因程序分散在不同的控制系统中导致复杂度增加的情况。PSS 4000的核心思想是融合标准自动化和安全。过程及控制数据,故障安全数据及诊断信息均通过以太网交换并同步。因而,仅就控制功能而言,它不受相应程序段的执行位置影响。不是采用集中式控制系统,而是在集中式项目中为用户提供按照运行时序分配的用户程序。所有使用网络的装置均通过该集中式项目进行配置、编程和诊断。


未来的自动化要求解决方案必须能够分散控制智能,保证多个控制系统的必要网络结构对于用户而言仍然易于使用。为应对激烈的竞争,工业所需的设备和机械应能够节约资源且高效地生产各种产品。这些产品的生命周期会更短。




易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



首先高质和高速并不冲突,明确了这一点后我们再来说方法论的问题,智能系统在其中最主要做到的是监控的作用,MES系统实时读取生产过程中湿度、温度等环境参数,保证原料加工的质量,从而保证产品的高质,同时对设备的运行状况进行全程的追溯,对可能出现的差错和故障进行提前的预警,尽量减少因故障而出现的停产现象,最大程度的保障生产的效率,从而保证生产的高速。



德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华:



智能系统的建立对自动化系统的要求也更高。倍福倡导的基于PC的控制架构是采用当前的IT技术,相比于传统控制技术显著提供信号处理速度和精度,简化设备控制系统的结构,如此既能满足设备的高速运行还能够提高产品品质。倍福的PC控制技术和产品被广泛应用于Focke、G.D、Hauni以及上海烟机、许昌烟机、常德烟机等知名烟草设备制造商生产的烟草设备上。




烟草智能制造的前提必须是信息化的建设,客户的目的在于从数据上去掌握全设备与制程,请谈谈您对于烟草信息化建设进程的了解,在信息化建设方面我们能否提供全面支撑信息化系统的数据解决方案?



深圳华龙讯达信息技术股份有限公司总经理  龙小昂:



烟草行业发展到今天,随着行业改革的不断推进,对企业的信息化建设有了新的更高的要求,特别是国家“中国制造2025”发展规划的提出,“智能工厂”建设已经成为烟草企业自身发展的迫切需要和必然要求,是烟草工业发展的必由之路。


智能工厂是信息化与工业化高度融合的产物,涵括从设备底层的智能化控制到管理层的智能信息化管理。从生产的角度来说,智能制造就是借助互联网信息化管理体系和物联网识别技术、传感技术、数据挖掘应用技术,实现从智能物料、智能生产、智能管理、智能服务全生命周期的智能管理,是实现智能服务(营运)反馈指导智能生产的一个闭环系统。智能工厂将全面集成MES制造执行系统、DAS数据采集系统、ERP系统、CRM系统、OA系统等,打造一个全方位的智能制造生态系统。


我们公司在自动化、信息化、可视化融合技术方面已经走在了行业前端。自2006年以来,公司以生产智能化创新、工艺精细化创新、设备精益化创新为目标,为烟草行业量身开发智能设备控制系统、生产制造执行系统(MES)、设备生命周期管理系统(PLM)、企业移动应用管理平台等系列智能系统,构建起完整的设备智能、管理智能、服务智能等“智能工厂”自下而上的三个层级架构,运用“虚拟仿真”技术,以3D可视化方式立体呈现设备、物料、生产、产品工艺、人员操作、质量的管控流程,实现烟草生产高效率、产品高品质。


我公司开发并应用于曲靖卷烟厂的“HLXD 3D可视化智能管理系统”是烟草行业智能制造的典型项目。3D可视化智能管理系统以精益管理的思想作为驱动和引领,采用面向对象的Wonderware工业组件开发平台、3D控制引擎和Drools规则引擎等技术,对ERP、MES、CPS等现场生产应用系统进行集成。通过调用自动化控制源码直接从设备内部采集实时生产数据;对厂区、车间、生产线、生产设备、设备零部件进行3D可视化建模;结合工艺现场的实时监管需求,研究开发3D可视化漫游实时监控平台。项目成功构建了曲靖卷烟厂“五位一体”的信息化发展模式,提升了设备利用效率与生产效率,为企业年节约成本约7000余万元。



易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



烟草智能制造的信息化建设是一个全生产生命周期的管理,从订单就已经开始了对大数据的应用,我们首先利用SCM系统对历史数据进行分析得出此次生产全流程所需原料的数量和最佳的供应商,在通过APS精益排产进行生产步骤的安排和管理,随时保持和WMS仓储管理系统的链接,随时跟踪原料运输情况和使用情况,生产过程中用MES来监控生产数据和指标,追溯设备运行情况,降低故障率,提高效率,通过WMS对完成品进行科学的储存和管理,最后这些数据都要反馈到实验室中,对成品烟进行化验以确认其成分和原料的各项参数和比例符合要求,并对今后的研发和产品革新提供历史数据。



德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华:



伴随着工业4.0和IoT概念而来的是广泛的需求,特别是对于生产信息、机器诊断,预测性维护、模式识别、机器优化或长期数据存档。因此,无缝和周期同步数据采集成为设备的重要组成部分。为此,倍福开发了从信号输入到云存储的硬件产品和TwinCAT Analytics 软件工具,以满足工业 4.0 应用不断增长的需求。数据可以根据需要以标准化过程数据的格式压缩存储在本地控制器中、存储在公司网络中的服务器上基于云的解决方案中,或者存储在一个公共云中。倍福可以为烟草机械的工业4.0以及物联网方面的需求提供技术解决方案。




随着人们对于健康的关注,或许未来烟草行业会逐步消失,也许会走向另一种替代产品的生产,烟草智能制造在未来很长一段时间将持续进展,请问贵公司对于该行业的新的智能系统的开发有哪些规划或设想?



深圳华龙讯达信息股份有限公司总经理  龙小昂:



华龙讯达作为一家讲诚信、重责任的企业,十分重视消费品对人类健康的影响。过去我们积极建言烟草配方的改进,比如添加沉香精油等有益人体健康的元素,降低长期吸烟的风险等。也许未来正如题所说,烟草行业或许会逐步消失,或许会走向另一种替代产品的生产,例如无害香烟、电子烟等。华龙讯达的智能制造集成能力同样能帮助生产企业实现有益健康的新产品的智能制造。不但如此,华龙讯达无论从事哪一个行业的智能化改造,都会积极参与其工作流程的优化再造,以实现低能耗、绿色化生产为行使社会责任的主要目标,并积极投身于环保与公益事业。


烟草行业智能制造还有很长的路要走,华龙讯达也会有更多的资金与技术力量投入制造行业的智能化实践。目前,公司即将成立华龙讯达(上海)智能工厂研究院,着手进行新一代基于互联网+智能设备控制系统、基于互联网+智能管理系统、基于互联网+智能服务系统、基于互联网+智能工厂云平台、基于互联网+数据采集系统的升级开发。公司同时会加大3D可视化技术、移动智能技术在智能系统中的应用,用户可以在千里之外用PC、用平板、用手机等不同终端完成生产现场的实时远程管理。我们相信:华龙讯达将在“互联网+”的技术架构下实现“指尖上的工厂”,我们将恪守勤奋、严谨与忠诚原则,陪伴客户一道,共同开创中国“智能制造”新纪元!



易往信息技术有限公司市场部总监  刘刚:



全面完善感知系统,进一步丰富可以读取的信息数据,满足智能化工厂的信息要求;进一步加强互联互通,实现物流系统、信息管理系统、生产管理系统、供应链系统等系统之间的信息共享和数据互联,使得整个生产企业形成一个完整的整体;进一步加强对数据的分析和运用,建立历史数据库,并对企业发展未来和行业发展前景以及消费者的偏好进行分析,指导产品的研发和生产;加强企业规模化运作,消除部门之间的信息孤岛,将不同资源贴上信息标签,实时识别和管控,才能实现整体运营的规模优势;企业需要全面了解、深入研究智能化工厂技术,搭建与之相适应的系统平台的整体框架和结构,将传感设备、嵌入式分析系统、智能控制系统和通信设施通过云端平台整合在一起,形成一个智能化网络,使人、机、服务三方面之间能够互联,共享信息,从而代替过去传统的固定式流水线作业模式,使智能化生产成为可能。



德国倍福自动化有限公司烟草行业经理  苏慧华:



中国烟草设备经过数十年的技术引进,已经成为创新研发的“富矿”。把已经引进的技术消化“透“、把国内看到的技术装备研究”透“,融会贯通、为我所用,进行自主创新,研发出满足用户真实需求的特色国产产品,成为中国烟机智能制造之路的必然选择。倍福基于PC和EtherCAT的控制系统将为烟草设备的智能系统提供技术上的保障。



编者结语:

烟草作为一种嗜好性的消费品在当前追求健康的生活氛围中,被视为洪水猛兽,当然目前也被国内包括北京在内的十八个城市写进地方《条例》,进行强制性控烟。然而烟草消费一直保持的高利润与高增长率,又让它逐利的本性得到市场的青睐,也从而在生产高效高质方面率先进入先进制造系统采用行列。当我们看到一个烟草行业里已经融合了那么多先进的智能制造的控制技术、信息化软件技术以及仿真技术等先进制造范畴的研发创新,让先进的工业自动化生产技术全力服务于“吸烟有害健康“的烟草业,使得工控人多少有点”捂着心痛说爱你“的感觉。但是作为全球消费高企不下的行业之一,烟草市场竞争下的烟草先进制造必然是制造界需要研修的重要课题,因为它不仅仅是烟草的应用,也可以是与烟草同类行业的应用,也可以是未来烟草替代品的生产应用。也许,能让烟草数量和质量一直持续”飞“的工业自动化系统制造商与集成商,也是让”有害健康“的烟草”飞“向终结的一种力量。


我支持控烟,但是只能希望烟支更精细,烟味更香,烟气更小,焦油量尼古丁含量更低……先进的烟草智能化制造系统正在努力做到这一切,它们还需要为此赧颜吗?