（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530001）

【摘 要】文章以卷煙生產(chǎn)為例，探討工業(yè)4.0時(shí)代智能制造新模式。文章提出通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立核心業(yè)務(wù)的端到端模型，積極打造產(chǎn)品面向客戶(hù)定制的智能生產(chǎn)模式，從供應(yīng)、生產(chǎn)、能源、物流、服務(wù)等全方位地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。構(gòu)建的基于大數(shù)據(jù)分析的智能生產(chǎn)模式，是對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)如何從制造向“智造”轉(zhuǎn)型升級(jí)的思考，可以延伸至工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域，引導(dǎo)的是一種思維上的創(chuàng)新與探討。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)4.0；智能制造；大數(shù)據(jù)；制造模式

【中圖分類(lèi)號(hào)】F424 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）07-0028-03

0 引言

當(dāng)前，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革風(fēng)起云涌，增材制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)4.0等新的生產(chǎn)理念不斷涌現(xiàn)。以互聯(lián)網(wǎng)為核心的新一代信息技術(shù)融合創(chuàng)新，已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)信息技術(shù)與實(shí)體產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的新引擎。在這樣的時(shí)代潮流下，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)應(yīng)該抓住“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇，積極運(yùn)用工業(yè)4.0思維探索和創(chuàng)新制造模式。

1 構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析的智能制造模式

工業(yè)4.0時(shí)代的生產(chǎn)模式是滿(mǎn)足新一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)、物流等全生命周期的智能化要求，以智能裝備為依托，將信息互聯(lián)提升到物聯(lián)網(wǎng)層面，減少人力干涉，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與機(jī)器、產(chǎn)品與人的對(duì)話，打造出能自主調(diào)配“人、機(jī)、料、能、信”等資源并輸出成品的智能制造模式。

智能生產(chǎn)模式不僅是基礎(chǔ)自動(dòng)化和傳感器帶來(lái)的大量數(shù)據(jù)，更重要的是，建立起大數(shù)據(jù)分析的智能生產(chǎn)模塊，就數(shù)據(jù)維度而言，應(yīng)該進(jìn)入大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)，由量化分析上升到分析模型的高度。通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，將這些數(shù)據(jù)與給定的目標(biāo)建立聯(lián)系，建立起基于大數(shù)據(jù)的分析模型，而這個(gè)分析模型通過(guò)實(shí)證和不斷完善，最終使目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。而大數(shù)據(jù)建模與分析的出發(fā)和歸宿都是業(yè)務(wù)，核心業(yè)務(wù)的端到端就是大數(shù)據(jù)建模與分析的根本前提條件。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到供應(yīng)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、回溯整個(gè)過(guò)程的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速收集、整合，建立核心業(yè)務(wù)的端到端模型（如圖1所示）。

2 打造核心業(yè)務(wù)模塊

2.1 面向客戶(hù)的專(zhuān)屬定制服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

工業(yè)4.0通過(guò)將制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、工程、生產(chǎn)及服務(wù)等信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，開(kāi)啟一個(gè)人與物、物與物相連的大世界。這其中，大規(guī)模低成本的定制化生產(chǎn)將成為可能。本文以卷煙生產(chǎn)為例，將傳統(tǒng)生產(chǎn)線與信息化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上多種牌號(hào)卷煙的切換生產(chǎn)，創(chuàng)造出流水線上不同產(chǎn)品配方、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)原料、煙支型號(hào)、包裝等之間的靈活轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足產(chǎn)品動(dòng)態(tài)式的、柔性調(diào)整的要求，打造一條開(kāi)放的、創(chuàng)新的、動(dòng)態(tài)的面向客戶(hù)專(zhuān)屬定制的智慧生產(chǎn)線。

產(chǎn)品面向客戶(hù)需求，不同牌號(hào)卷煙的全部信息儲(chǔ)存在大數(shù)據(jù)中，項(xiàng)目建立從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)資料、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品信息之間信息交互和自治，相關(guān)資源在虛擬網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行規(guī)劃。將產(chǎn)品按照不同的加工特性進(jìn)行分組并確定工藝過(guò)程，選擇相應(yīng)的加工設(shè)備和工藝參數(shù)及物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)等，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此能夠自動(dòng)調(diào)整并實(shí)現(xiàn)要求范圍內(nèi)多種物料的成批高效生產(chǎn)（即具有柔性），并能及時(shí)地改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足客戶(hù)定制需求。

2.2 智慧供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

智慧供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，即能夠針對(duì)多樣化的客戶(hù)定制需求和產(chǎn)品需求，及時(shí)滿(mǎn)足生產(chǎn)的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品需求自動(dòng)響應(yīng)、自動(dòng)預(yù)測(cè)分析、自動(dòng)優(yōu)化、自動(dòng)控制風(fēng)險(xiǎn)的高度智慧化網(wǎng)絡(luò)?？v向上，它覆蓋從操作、運(yùn)營(yíng)到戰(zhàn)略的各個(gè)層次；橫向上，它與客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、物流網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)緊密地聯(lián)系在一起；確保對(duì)從需求開(kāi)始的產(chǎn)品全生命周期的支持。

建立企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP），面向產(chǎn)品生命周期進(jìn)行物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成一體化管理，在客戶(hù)需求數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、服務(wù)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行挖掘和分析，建立供應(yīng)鏈模型，對(duì)資源供應(yīng)需求做出精確的預(yù)測(cè)。ERP系統(tǒng)集供應(yīng)鏈管理、銷(xiāo)售與市場(chǎng)、分銷(xiāo)、客戶(hù)服務(wù)、財(cái)務(wù)管理、制造管理、庫(kù)存管理、工廠與設(shè)備維護(hù)、人力資源、報(bào)表、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、工作流服務(wù)和企業(yè)信息系統(tǒng)等為一體。此外，還包括采購(gòu)管理、金融投資管理、質(zhì)量管理、運(yùn)輸管理、項(xiàng)目管理、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)和過(guò)程控制等補(bǔ)充功能。

2.3 智慧生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)

智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的核心基礎(chǔ)是CPS（信息物理系統(tǒng)），通過(guò)把人、物料、機(jī)器、產(chǎn)品通過(guò)橫縱多維度連接和融合，形成全新的高度智慧化的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，也使得人—機(jī)和人—環(huán)境之間的互動(dòng)達(dá)到全新的水平。

2.3.1 智能計(jì)劃排產(chǎn)

制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），包含制造數(shù)據(jù)全面管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、能力平衡分析、任務(wù)派工管理、庫(kù)存管理、內(nèi)嵌式高級(jí)智能排產(chǎn)引擎（Plug-in APS）、全面質(zhì)量管理體系、生產(chǎn)系統(tǒng)可視化管理等，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)品/規(guī)格混合生產(chǎn)的排產(chǎn)和生產(chǎn)管理。支持多種自動(dòng)排產(chǎn)算法，具有按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫(kù)存、訂單優(yōu)先等多種排產(chǎn)方式，可準(zhǔn)確到每一道工序、每一臺(tái)設(shè)備、每一分鐘，可最大限度地滿(mǎn)足各類(lèi)復(fù)雜的排產(chǎn)要求，并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保生產(chǎn)計(jì)劃準(zhǔn)確科學(xué)，從生產(chǎn)源頭上做到智能化。

2.3.2 智能生產(chǎn)協(xié)同

ERP系統(tǒng)和MES系統(tǒng)可以為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購(gòu)管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

2.3.3 智能的設(shè)備互聯(lián)互通

采用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集引擎、整合數(shù)據(jù)采集渠道（RFID、條碼設(shè)備、PLC、Sensor、IPC、PC等）覆蓋整個(gè)工廠制造現(xiàn)場(chǎng)，保證海量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面的采集。通過(guò)采集生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)信息，準(zhǔn)確地采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種生產(chǎn)、質(zhì)量、消耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制與調(diào)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備智能化的互聯(lián)互通。這是智能工廠的核心，也是CPS概念的最佳體現(xiàn)。將不同接口（如RS232、RJ45等）、不同控制系統(tǒng)（如“西門(mén)子”“歐姆龍”等）、不同通信協(xié)議的數(shù)控設(shè)備連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)分布式集中管理，包括程序集中管理、程序網(wǎng)絡(luò)傳輸、程序虛擬制造檢查等，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布式的生產(chǎn)管理模式。通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備智能化的互聯(lián)互通，能夠自動(dòng)聯(lián)絡(luò)各種生產(chǎn)資源，自主組織生產(chǎn)、自主切換生產(chǎn)模式和更換生產(chǎn)資料，從而調(diào)整為最優(yōu)的生產(chǎn)作業(yè)。網(wǎng)絡(luò)中所有單元產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)都被采集起來(lái)，構(gòu)成工業(yè)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)元，并通過(guò)挖掘分析，為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和產(chǎn)品的優(yōu)化提供支持。

2.3.4 智能化的生產(chǎn)資源管理

智慧供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了ERP資源管理系統(tǒng)和MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)互聯(lián)，通過(guò)傳感技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的可視化，通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制，根據(jù)不同牌號(hào)的卷煙，投放生產(chǎn)所需的物料，各種物料通過(guò)建立專(zhuān)屬二維碼，均有各自的“身份信息”，系統(tǒng)基于RFID技術(shù)識(shí)別出物料的“身份信息”，通過(guò)“身份信息”知道什么時(shí)候、哪條生產(chǎn)線或工藝過(guò)程需要它們，系統(tǒng)還會(huì)記錄所使用的資源數(shù)量并對(duì)庫(kù)存及時(shí)更新，當(dāng)庫(kù)存達(dá)到閾值下限，會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提示采購(gòu)。

2.3.5 智能化的決策支持

建立生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，深度采集制造進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)操作、設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，并將信息上傳大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為企業(yè)各級(jí)管理提供數(shù)據(jù)服務(wù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間生產(chǎn)全過(guò)程的透明化管理，比如計(jì)劃執(zhí)行情況、生產(chǎn)執(zhí)行情況、庫(kù)存情況、質(zhì)量情況、設(shè)備情況等，形成具有智能決策支持的各種報(bào)表、圖形，為生產(chǎn)管理進(jìn)一步科學(xué)管理提供理論基礎(chǔ)。

2.4 智慧能源網(wǎng)絡(luò)

智能能源管控系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)產(chǎn)能、用能進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過(guò)整合能源生產(chǎn)、輸配和消耗數(shù)據(jù)，建立能源生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)、管理和調(diào)度信息，實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)到底”。構(gòu)建智能化能源運(yùn)行監(jiān)測(cè)、管理技術(shù)平臺(tái)，使能源輸出端和使用終端基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行雙向通信和智能調(diào)控；完善能源計(jì)量核算體系，對(duì)企業(yè)用能情況進(jìn)行全面計(jì)量；建立需求側(cè)能源管理體系（DSM），與MES進(jìn)行開(kāi)放通信，接收下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)和工藝參數(shù)功能，建立雙向數(shù)據(jù)傳輸途徑，接收生產(chǎn)執(zhí)行及綜合管理系統(tǒng)下發(fā)的總體生產(chǎn)計(jì)劃、車(chē)間作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)工單，對(duì)能源動(dòng)力供需進(jìn)行平衡，對(duì)能源動(dòng)力及環(huán)境設(shè)備投入進(jìn)行調(diào)度，對(duì)各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及其控制做出安排，合理調(diào)度企業(yè)用能；對(duì)能源動(dòng)力環(huán)境各子系統(tǒng)及總體運(yùn)行情況進(jìn)行信息匯總，提供交接班管理、運(yùn)行記錄管理、報(bào)警及故障記錄等信息。

經(jīng)過(guò)加工、整理、運(yùn)算、分析、儲(chǔ)存、傳遞過(guò)程，使大量雜亂、無(wú)序的數(shù)據(jù)變成對(duì)生產(chǎn)有用的信息，結(jié)合能源動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行狀況，為廠級(jí)信息管理系統(tǒng)的能源動(dòng)力生產(chǎn)調(diào)度與管理提供分析支持，提高能源利用效率，降低能源消耗，推動(dòng)節(jié)能減排，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)一管理、企業(yè)生產(chǎn)成本核算、能源考核提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.5 智慧物流網(wǎng)絡(luò)

智慧物流網(wǎng)絡(luò)集倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、配送、生產(chǎn)輸送、信息服務(wù)等多功能于一體，提供從生產(chǎn)端到客戶(hù)端的集成。

2.5.1 智能生產(chǎn)物流

生產(chǎn)物流的設(shè)計(jì)涵蓋整個(gè)生產(chǎn)制造全過(guò)程。卷煙生產(chǎn)物流從片煙配方入庫(kù)、輔料平衡入庫(kù)開(kāi)始，途經(jīng)制葉、制絲、送絲、濾棒成型發(fā)送、輔料輸送、卷接包、條盒輸送、裝封箱、成品輸送、成品碼垛，一直到成品入庫(kù)的全過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)物流過(guò)程中產(chǎn)生的全部或部分信息進(jìn)行采集、分類(lèi)、傳遞、匯總、識(shí)別、跟蹤、查詢(xún)等，實(shí)現(xiàn)了對(duì)貨物生產(chǎn)流動(dòng)過(guò)程的全程監(jiān)控。

2.5.2 智能倉(cāng)儲(chǔ)物流

搭建“互聯(lián)網(wǎng)+倉(cāng)儲(chǔ)管理”平臺(tái)，簡(jiǎn)化庫(kù)房倉(cāng)儲(chǔ)管理中各個(gè)業(yè)務(wù)流程環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集、識(shí)別與信息交互過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)的控制自動(dòng)化、管理信息化和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化，穩(wěn)步推進(jìn)“智能化倉(cāng)儲(chǔ)”進(jìn)程，加快科技物流建設(shè)，逐步建立工廠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流信息的自動(dòng)采集，為上層資源配置優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.5.3 智能運(yùn)輸物流

運(yùn)輸物流包含原料、輔料及成品等運(yùn)輸物流。智能運(yùn)輸物流，將貨物的信息、運(yùn)輸車(chē)輛的信息、站點(diǎn)的信息、運(yùn)輸線路的信息、倉(cāng)儲(chǔ)信息等各種元素通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，并借助其他信息技術(shù)的支持，使得物流過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可視化、可控化、自治化、自主優(yōu)化等智能化特征。運(yùn)輸人員可通過(guò)手機(jī)掃描運(yùn)輸物料或成品的二維碼，獲取其信息，包含取貨地址及送貨地址、取貨時(shí)間要求及到貨時(shí)間要求、運(yùn)輸路線、站點(diǎn)聯(lián)系方式甚至天氣信息等相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的采集和大數(shù)據(jù)分析，能夠幫助運(yùn)輸人員優(yōu)化物流線路，降低物流成本。

智慧物流網(wǎng)絡(luò)還建立了相關(guān)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)和危機(jī)決策系統(tǒng)，在出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，盡可能維持物流網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，并把成本和損失降到最低。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)物流系統(tǒng)持續(xù)化降低物流成本，實(shí)現(xiàn)端到端的物流支持；通過(guò)對(duì)物流風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)和提前預(yù)警，降低物流損失；通過(guò)綜合信息技術(shù)的利用，實(shí)現(xiàn)物流管理可視化，讓物流過(guò)程精準(zhǔn)透明。

3 結(jié)論

本文所構(gòu)建的基于大數(shù)據(jù)分析的智能生產(chǎn)模式，是在工業(yè)4.0時(shí)代浪潮下，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)如何從制造向“智造”轉(zhuǎn)型升級(jí)的思考。雖以卷煙生產(chǎn)為例，但提出的思維模式和理念卻可以延伸至工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域，引導(dǎo)的是一種思維上的創(chuàng)新與探討。對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，工業(yè)4.0必然是一場(chǎng)艱難的跋涉，工業(yè)4.0的實(shí)現(xiàn)絕非簡(jiǎn)單地引入更多智能設(shè)備，而是將著眼于更高層次的人機(jī)交互領(lǐng)域。通過(guò)CPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備與產(chǎn)品的互聯(lián)，積極打造產(chǎn)品面向客戶(hù)定制的智能生產(chǎn)模式，從供應(yīng)、生產(chǎn)、能源、物流、服務(wù)等全方位，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。而與之相伴隨的，必然是管理理念與模式的革新。在這當(dāng)中，“人”的因素尤為突出，技術(shù)工程師和管理人員的思維模式在這場(chǎng)變革中急需升級(jí)再造。但這同時(shí)也伴隨著企業(yè)轉(zhuǎn)型與發(fā)展的機(jī)遇。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]徐廣林，林貢欽.工業(yè)4.0背景下傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新思維[J].上海經(jīng)濟(jì)研究，2015（10）.

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[責(zé)任編輯：鄧進(jìn)利]

【作者簡(jiǎn)介】陸文佳，女，廣西柳州人，碩士，廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司柳州卷煙廠技術(shù)改造辦公室項(xiàng)目總控，工程師，研究方向：工程項(xiàng)目管理。