智慧造纸工厂

徐小伟 许智贤 鄢来朋

摘 要：智慧造纸工厂是华章科技有限公司结合造纸行业的生产特点推出的造纸工业信息化管理平台。智慧造纸工厂注重新工业时代对节能、高效、智慧的核心诉求，对生产、运营、维护过程的各环节进行实时数字化监控管理，在企业信息化及自动化产生的大量数据基础上，运用大数据分析技术，及时发现生产运营瓶颈；企业还能通过纸业云平台对标行业指标，及时获取造纸行业权威信息，帮助企业了解外部环境，及时调整运营策略。通过智慧工厂的应用，能够有效地挖掘企业潜力提升效率，节约成本，实现生产过程精细化管理。

关键词：造纸工业；信息化；管理平台；智慧工厂

中图分类号：TS75

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254-508X.2018.04.012

Abstract：Smart papermaking mill platform is the industry information management platform which was developed based on Huazhang Technology′s twentyfive years experience in automation control， combining with the production characteristics of papermaking industry. Smart papermaking mill focused on the main requirements in new industry era including energy saving， efficiency and intelligent， and carried out realtime digital monitoring and management of all sections of the production， operation and maintenance process. Bases on a large amount of data produced by enterprise management and mill automation， and hadoop technology was used to find the bottleneck of production and operation in time. Enterprises could also use paper cloud platform to find the competitive index， timely access to authoritative information of paper industry to help companies understand the external environment， rapidly adjust operating strategies. Through the application of intelligent mill， it could effectively tap the potential of enterprises， improve efficiency， save costs， and achieve delicacy management of the production process.

Key words：papermaking industry； informatization； management platform； smart factory

以信息化技术为代表的高新技术的迅速发展，带动了造纸行业的产业升级，为了满足企业发展的内在需要、同时满足国家“两化融合”的要求，造纸企业不同程度地开始致力于企业信息系统的建设，如企业资源管理（ERP）、能源管理系统（EMS）、仓储物流管理系统（WMS）等。随着企业规模逐渐扩大，企业内部的事务已经不再仅仅局限于独立的、单调的事务，生产管理、能源管理、设备管理、经营管理互相融合，复杂度大大提高。此时需要一套高度协同的信息资源共享平台来整合企业各项信息化系统，解决信息孤岛的问题。

华章科技有限公司（以下简称华章科技）造纸工业信息化管理平台——智慧造纸工厂，利用现代信息技术，通过网络环境和管理应用搭建符合企业自身管理需求的管理平台，它本身是信息技术的应用，构建起一个体系，让企业的管理在这个体系中高效运作，智慧工厂信息结构图见图1。

智慧造纸工厂通过整合各类已有系统和新建系统，实现灵活的柔性组态业务管理，不因组织机构的改变而要改变整个信息化系统，只需重新设置即可做到数据的统一管理。另外，在信息化系统中信息的充分共享，进一步进行数据的挖掘和分析从而满足公司不同管理层面的需求。

造紙企业通过智慧造纸工厂实现以下目标：①通过内部与外部数据的多渠道收集存储和管理实现企业运营管理流程全程数字追踪与分析；②结合大数据技术和数据发掘技术，实现生产管理成本的精细化监控和改进；③对设备的生命周期、能耗对比等分析，建立设备生命周期管理体系，及时淘汰能耗过高、效率低下的老旧设备；④通过分析追踪生产运行数据，对生产过程的薄弱环节提出系统优化建议，通过造纸工业信息化管理平台的应用，能够有效地挖掘企业潜力提升效率，节约成本，实现生产过程精细化管理。造纸企业还能通过纸业云平台对标行业指标，及时获取造纸行业权威信息，了解外部环境，及时调整运营策略。

1 智慧造纸工厂主要特点

1.1 数据处理流程

智慧造纸工厂根据数据流程分为4层：

（1）数据获取层：实现从现有业务系统及外部数据来源中检索、接收，将来自不同系统、具有不同数据格式的数据转换成统一格式并去除错误的数据，加载到企业数据仓库中。

（2）数据存储层：实现对企业数据仓库中数据和元数据的集中存储与管理，并可根据需求建立面向部门和主题的多维数据库。

（3）数据分析层：通过多样化的前端分析展示工具，实现对造纸生产数据的分析和处理， 形成市场经营和决策工作所需要的科学、准确、及时的业务数据信息和知识。通过利用报表分析、多维分析、数据挖掘等技术构建智能管理平台，并能够可视化数据，为管理者提供及时、准确、科学的决策依据。

（4）数据应用层：业务应用及呈现，提供如日常管理、主要指标分析、设备维护等子模块，用户可进行灵活的业务配置。通过统一数据库可将不同子模块的数据进行关联分析，便于适应进一步的业务决策需求。

1.2 数据采集及存储

智慧造纸工厂的核心是数据采集和数据分析，数据采集模块主要通过一系列完善的数据采集方式，连接造纸企业内部和外部的相关数据源，并抓取数据存放到数据中心。

造纸企业内部数据包括：生产执行数据、设备运行数据、能耗数据、品控数据、库存订单数据等[1]。智慧造纸工厂支持多种工业网络： DeviceNet、ControlNet、Profibus DP等，通过对应的网络适配器1756DNB、1756CNB、SSTPB3CLXRLL等读取现场数据。库存数据、品控数据等第三方数据通过OPC方式进行采集。

造纸企业外部数据包括以下内容：造纸行业需求數据，纸业产品数据，纸业市场的远景分析数据，国家政策及新技术信息等。

数据中心采用SQL SERVER数据库，将采集的各种数据进行转换、集成，结合评估模型进行分析处理、数据挖掘，提出预警信息或优化建议，产生各类报表。

1.3 决策系统

华章科技的智慧造纸工厂决策系统HZTSmart2.0采用专家决策系统（见图2），它能够有效地运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，做出相应的决策判断。系统以信息化为基础，数据为核心，模型分析为手段。通过对比采集企业内部和外部的各种相关数据，并进行转换、集成，最后通过评估分析，实现企业运营的智能化决策判断[2]。

1.4 其他系统接口

对于企业暂缺的管理系统，信息化管理平台预留相应的管理模块接口，关键数据采用人工录入方式完善数据，待企业信息模块完备后接入管理平台。

2 智慧造纸工厂软件介绍

2.1 系统要点

智慧造纸工厂采用FactoryTalk工业平台与VisualStudio平台相结合，运用统计分析和数据挖掘等方法实现数据的存储处理与分析。针对造纸生产运营的特点，有的放矢地进行信息化整合。

（1）面对智能制造设备的现场传感数据、设备数据等，在FactoryTalk工业平台中创建底层各自动化系统之间的信息接口，构建网络式、分布式的数据集成平台，将分布式的、多工业平台数据如AB系统、西门子系统、ABB系统等工业数据进行转换、集成，最后加载到数据库中，作为分析处理、数据挖掘的基础。而针对数据挖掘，随着互联网的出现，大量复杂类型的数据不断涌现，传统的数据挖掘算法不再适用这些复杂类型数据的处理，需要一些更为复杂的数据挖掘技术， 如空间数据挖掘技术；多媒体数据挖掘技术； 文本挖掘技术；Web挖掘技术；数据流挖掘技术；时间序列数据挖掘技术；生物序列数据挖掘技术等[3]。

（2）针对数据库中的大量数据，结合专家系统模型库中的评估模型，知识库中的评估推理规则和知识，采用基于模型的定量分析、知识库的定性分析或定性定量相结合的方法，实现海量数据的快速分析处理。

（3）根据系统评估分析，利用数据可视化技术对评估结果进行可视化展示。此外，针对评估结果不满足企业指标的系统，提出相应的改进或优化方案，以提升原有系统的性能。同时，更新和完善评估系统模型库、知识库中的模型、知识和方法等。例如参照建立基于灰色理论和BP神经网络的组合模型对不同纸种的能耗和产量选用合适的指标进行以月为时间跨度的预测，给企业和政府的具体工作安排提供一定的参考[4]。

2.2 软件界面

华章科技智慧造纸工厂的首页将企业运营总况数据用图形化的方式展示给管理者，管理者可以对生产任务、运营数据直观明了，详见图3。

主要指标分析可将造纸订单（见图4）、造纸原料数据、采购数据及生产情况通过数据（见图5）可视化界面进行同比环比分析，让管理者掌握企业整体运营趋势。

设备管理模块可将生产过程中的生产资料进行定量管理（见图6），对于毛布、成型网、刮刀等的耗材做到定时提醒更换。可以录入重点设备的维护记录信息，同时增加备件信息，通过备件管理可以有效减少意外停机时间。

3 结 语

华章科技有限公司的造纸工业信息化管理平台——智慧造纸工厂，帮助造纸企业完成信息化整合的关键一步，可提高生产效率和质量的一致性。同时，为我国造纸工业现代化与国际接轨开创了新的篇章。智慧造纸工厂，对提高我国造纸工业现代化管理水平起了标杆作用，为其他行业企业提供了信息化智能管理平台的模板，有着重要的社会效益。

该项目的实施及技术的推广，符合国家“互联网+工业”的大政方针，即传统制造业企业采用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术，改造原有产品及研发生产方式，不仅有利于节约能源和社会管理成本，而且有助于纾解优化产业结构调整，带动周边经济结构转型，为构建智慧社会贡献力量。

参 考 文 献

[1] ZHU Jianying. Significance， Technology and Implementation of Intelligent Manufacturing[J]. Aeronautical Manufacturing Technology， 2013（23/24）： 30.

朱剑英. 智能制造的意义、技术与实现[J]. 航空制造技术， 2013（23/24）： 30.

[2] WU Qian. Thinking of Intelligent Manufacturing in Petrochemical Industry under the Background of big data[J]. Chemical Industry， 2016， 34（2）： 15.

吴 潜. 大数据背景下石化工业实现智能制造的思考[J]. 化学工业， 2016， 34（2）： 15.

[3] CHEN Xiaobin， LI Jigeng. Research on the Construction and Key Technologies of Intelligent Pulp and Paper Industry[J]. China Pulp & Paper， 2016， 35（3）： 55.

陈晓彬， 李继庚. 工业4. 0时代下智能造纸工业的构建及其关键技术[J]. 中国造纸， 2016， 35（3）： 55.

[4] YE Nuo， LI Jigeng， HONG MengNa. Analysis of Energy Consumption and Energy Saving Potential Based on the Monthly Data of Enterprise in Paper Industry[J]. China Pulp & Paper， 2016， 35（8）： 35.

叶 诺， 李继庚， 洪蒙纳. 基于造纸企业月度数据的行业能耗及节能潜力分析[J]. 中国造纸， 2016， 35（8）： 35. CPP

（责任编辑：马 忻）