一种应用在玻璃纤维行业的智能制造方案设计

1、一种应用在玻璃纤维行业的智能制造方案 设计玻璃纤维行业应用智能制造既是应对新一轮信息技术革命挑战的内在要 求，也是重塑产业新优势、实现转型升级、抢占产业发展制高点的必然选择， 通过对生产装备、工艺标准及先进控制等采用数字化的工具和系统性的整合 集成，对打造信息技术背景下的新型竞争优势（新型创新能力）具有重要意 义。1.引言制造业是国民经济的支柱，是立国之本、兴国之器、强国之基。而智能 制造技术已成为世界制造业发展的客观趋势，世界上主要工业发达国家正在 大力推广和应用，德国最早于2014 年提出了“工业4.0”，美国提出了“工 业互联网”，我国于2015 年5 月提出中国制造2025战略，提出智

2、能制 造是主攻方向，也是制造业创新驱动、转型升级的制高点和突破口。2.玻璃纤维行业应用智能制造的迫切性分析2.1.玻璃纤维发展应用的迫切性玻璃纤维是一种无机非金属新材料，是国家重点扶持的 10 大领域之一。 玻璃纤维具有强度高、化学稳定性好、电绝缘性好、耐高温等特，在新能源 产业（风力叶片、太阳能支架）、高端装备制造业（飞机、雷达罩、汽车、 高速列车、游艇）、环保产业（石油管道、海水淡化系统环保处置设施和装 备）、基础设施产业（橋梁、码头、高速公路设施输水管道、墙体、屋面 瓦）、健康产业（医疗设施、医用材料、体育器械、体育设施）、电子电气 产业（输配电设备、集成电路板）、消费品及休闲产业（游艇

3、、家电、家具、 门窗、卫浴设施、手机壳）有着非常广泛的应用。同时玻璃纤维可替代钢材、 木材和石材，使之更轻、更强、更久。作为一种基础材料，玻璃纤维质量的提高，必将使下游产业得到质的提升甚至的飞跃。目前玻璃纤维的应 用越来越广泛，市场需求不断扩大，未来行业应用将进一步提升，玻璃纤维 的用量、质量、个性化要求将越来越高。因此，在整个行业资源配置的效率 下降、创新能力不足等情况下，玻璃纤维行业必须顺应新一轮科技革命和产 业变革机遇，加快智能制造、物联网、大数据等信息技术与制造业融合， 加大机器换人及制造执行系统 （MES）等应用力度，不断提升生产流程的标准化程度，全面布局数据采集 系统，构建一体化管

4、控体系，以进一步降低生产成本，提高生产效率和生产 质量，加快产业转型升级。2.2.玻璃纤维转型升级的迫切性首先玻璃纤维整体生产方式还相对较为粗放、产品同质化严重、行业盈 利能力不均，制约中国复合材料发展，复合材料的应用能力与国际先进水平 有较大差距。其次，玻璃纤维生产特点是大池窑连续化生产、产品种类繁多、 工艺复杂，而近年市场及客户的结构性需求变化越来越快，企业生产计划与 客户和市场之间缺乏灵活、高效的信息沟通的机制，柔性制造能力有待提升。 再次，随着玻璃纤维生产全球化程度的提高，如中国巨石、山东泰安、重庆 国际等国内生产企业在全球建设多条玻璃纤维生产线，全球化的发展既需要 大量的制造、装备、

5、研发等技术人员给予快速、及时的响应和技术支持，又 需要对核心装备、控制、研发机密的保密和掌控，为此传统意义上的现场服 务和支持将不可能满足需求。因此，综合玻璃纤维行业的转型升级的迫切需 求，提升行业整体竞争能力，加快生产与市场的融合，探索全球化的管控模 式，而智能制造的建设将是行业转型升级的重要手段和方法。2.3 玻璃纤维生产特点的迫切性玻璃纤维的拉丝成型过程是将天然的矿物粉料通过在大型池窑中的燃烧 形成玻璃液体，从而使玻璃熔体中的玻璃液通过漏嘴挤出到冷却介质中（空 气中），与此同时被拉伸成纤维，然后卷取在拉丝机的绕丝筒上，因此在整 个拉丝成型过程中受到一次变量、派生变量和终极变量的影响，一次

6、变量主 要受天然原料化学组成及分子结构、作业环境流变性能和其他物理性能等， 过程中多变量的叠加作用，导致全流程生产过程中提升工艺标准精度非常复杂。为此玻璃纤维急需应用大数据的分析，建立多变量作用下的工艺标准、 原料配方及化工配方等模型分析系统，并不断积累数据进行模型的优化，提 升玻璃纤维行业在生产过程中的智能控制和精准控制能力。3.玻璃纤维行业对智能制造的需求分析3.1 实现生产管理与生产控制一体化管控建立集生产计划、过程协同、设备控制、资源优化、质量控制、决策支 持智能一体化管控平台，实现实现玻纤生产排产调度智能化、生产过程智能 化、质量管理智能化、能耗管理智能化、资源管理智能化、决策分析智

7、能化 的一体化管控。3.2 实现工厂总体设计、工程设计、工艺流程及布局数字化建模，改善 和提高生产过程通过数字建模技术实现工厂总体设计、产品设计、工艺、 生产线、设备进行建模，实现对产品设计、工艺和生产线规划、计划与调 度仿真校验和生产执行，从而改善和提高制造企业的制造过程，为企业提 供一个创新性、柔性化的制造环境。3.3 实现虚拟制造与物理制造相结合在数字化工厂模型建立的基础上，可建立模拟仿真平台，实现产品设计、 工艺规划到生产制造仿真、虚拟制造，发现产品在工艺规划、生产过程中存 在问题和偏差，在线或离线并对其进行优化提高，保障物理制造精细化、精 准化、智能化。3.4 实现生产/经营一体化管

8、控通过生产 / 经营一体化，实现生产、经营管理业务的协同统一，将生产 经营业务作为一个有机整体的两个方面，实现物资采购管理、销售管理、财 务管理、预算管理、生产管理、指标管理等业务之间相互支撑、同步、融合、 控制。3.5 实现人工智能的创新新模式通过对工业大数据的采集和数字模型的建设，对产品设计、工艺优化、 配方开发等创新过程全面引入人工智能的应用，缩短产品开发周期、降低研发费用投入，提升产品全生命周期的管理能力。加速以云计算、大数据、物 联网等信息技术与制造业融合创新，利用企业大数据进行实时或虚拟场景的 模拟和分析，有效激活创新潜能、变革创新模式，高效、快速地响应市场， 提升企业市场竞争力。

9、3.6 实现全球工厂的专家诊断与管控通过建立统一的业务管控系统与生产执行系统，应用云、大数据、物联 网等先进信息技术，实现IT 与OT 的全面融合，构建全球统一的数据监测和 运行中心，实现对全球工厂制造的远程监控，统一协调和指挥工厂的运行和 调度，保障各地工厂的安全、有序、高效的运行。同时，实现工厂间运营状 况数据的对比分析，分享和优化各工厂间运营绩效，进一步协调和配置资源。4.玻璃纤维行业智能制造建设方案采用自上而下总体规划、自下而上分步实施、迭代构建的建设模式。整 个平台分MES框架部署、两化深度融合应用、智能制造三个阶段建设，从计 划源头、过程协同、设备底层、资源优化、质量控制、决策支持

10、、持续优化 等七个方面着手实现“七维”智能制造，这七个方面涵盖了工业生产、经营 的七个重要环节，实现全面的精细化、精准化、自动化、信息化、智能化管 理与控制，通过底层设备的互联互通、基于大数据分析的决策支持、可视化 展现等技术手段，实现生产准备过程中的透明化协同管理、生产设备智能化 的互联互通、智能化的生产资源管理、智能化的決策支持、仿真与优化，从 而全方位达到智能化的管理与控制。4.1 智能制造技术架构4.1.1系统层级：实现设备及控制层级实现传感器、测控仪表、机器人装 备、控制系统智能化改造，具有国际先进水平智能装备。4.1.2 车间层级：建立采集与监控系统、制造执行系统（ MES ）等系

11、统，实现玻璃纤维生产过程可控制、可优化、可视化、可追溯。4.1.3 企业层级：建立企业资源计划系统（ ERP ）、供应链管理系统 （SCM）和客户关系管理系统（CRM）等系统，提升公司运作效率。4.1.4 协同层级：实现产品设计、工艺、制造、管理、监测、物流等环 节的系统集成优化，实现产供销存一体化管控，提升客户服务水平。4.2 智能制造实施路线4.2.1.一阶段通过MES 框架部署，建设数字化工厂对现有生产线进行智能化改造升级，并构建集团 MES 系统为全球工厂 的数据管理集成平台，实现集团范围内业务系统与生产设备的实时对接和全 流程的数字化监控、分析;纵向打通管控层、业务层及生产层的业务和

12、数据4.2.2.体系二阶段通过建设工业化与信息化的深度融合，形成智能制造初步通过对已有系统和装备进行深度改造和ERP 等业务系统深度整合，进一 步提升和完善对已有设备的数字化管控能力，实现设备远程故障诊断、工艺 操作反向控制、能源消耗集中管控等应用从而对产品全生命周期的管理。4.2.3.三阶段进行大数据深入应用，结合虚拟/现实技术优化生产经营建立全球大数据中心，包括市场营销、产品研发、生产制造、产品服务、 协同创新等贯穿整个产品价值链信息，通过大数据分析演算及模拟仿真，实 现在线诊断、在线优化、预测预警、人工智能，指导生产经营及创新研发 ; 建立产业链生态圈，对内实现对集团所有子公司的管控和指导，对外实现上 下游重点合作伙伴的数据对接和业务协同，最终形成智能制造新模式。5.结论“中国制造2025”要求坚持走中国特色新型工业化道路，以加快新一 代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，促进工 业互联网、云计算、大数据在企业研发设计、生产制造、经营管理、销售服 务等全流程和全产业链的综合集成应用，亦是我国制造业发展从制造大国迈 向制造强国的必然要求。玻璃纤维行业围绕打造“数字化工厂”，纵向打通 决策、业务和生产的信息流和数据流，横向建设工厂间、工段间、设备间以 及与客户、供应商的协同生产