生活用纸原纸生产和加工的自动化管理系统的研究及应用

陈连岳 维达纸业（中国）有限公司

在生活用纸企业中，原纸是后加工生产线的原料，原纸从造纸机下架后，首先进入临时存放区待检，检验合格后，会进入临时库存，以待后加工工序领用。

目前较多企业在统计原纸产量时，采用人工统计，统计频次是每班一次或者是一天一次，这样的统计方式效率相对较低，且由于数据不及时，给排产系统和生产管理带来滞后，所以开发出原纸产量自动统计系统是相当必要的。

1 射频识别系统方案设计

维达公司原纸的消耗过程如图1所示。从造纸机抄得的原纸，经地磅称重后，存入中间仓库，待需要使用时从中间仓库调出。对原纸消耗过程的数据统计分别有三个环节完成：（1）造纸机：这个环节可以给出原纸的起始量以及产量；（2）地磅：这个环节是给出统计的主要数据——原纸质量；（3）后加工机台上架消耗。

图1 原纸消耗流程简图

在维达公司，原纸从造纸机下架后，一直到领用消耗，原纸轴是不需要拨出来的。针对这一特点，选用了射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术，把RFID的芯片部分安装在原纸轴上进行识别和跟踪。

RFID系统主要包括RFID电子标签芯片、读写器、终端系统3个部分。其工作原理是：当RFID电子标签进入读写器的读取范围内时，读写器会发射一定频率的无线电波能量给RFID电子标签，用以驱动电子标签将物品的数据送出，此时读写器便接收并解读数据，并传输给终端系统。在终端系统上解析完毕后，终端客户就能对物品进行识别以及实时跟踪。

电子标签芯片安装在纸轴（如图2所示）的两端，且两端的芯片码是一样的，在原纸产出到消耗的整个生产流程中，它的作用就是代表纸轴的身份证号，每到一个读写器安装点时，读写器只需要识别它的号码即可。

RFID有3个读写点，分别位于造纸机、地磅和后加工设备，其中地磅使用的是手持式，比较简单，这里不再详谈。造纸机和后加工设备是运动部分且需要装卸纸轴，为了保护读写器不受碰撞，需在这两个地方均使用气缸的方式，将读写器安装在该装置上，当需要读写时，通过气缸把读取器接近纸轴上的芯片，同时在纸架上安装一个接近开关，以检测纸轴是否在位，安装如图3。

图2 纸轴上的电子标签芯片

图3 生产线上的大轴读取装置

2 RFID系统架构

目前，维达公司已经搭建好MES系统的数据采集平台，生产车间的水、电、气、设备数据、工艺数据等生产运行数据基本已经采集完毕，对我们设计这个系统模块相当有利。

原纸管理系统属于MES系统中的一个子系统，原纸管理系统的基本架构如下。虚线内的内容是MES系统原有数据采集部分，已经搭建完毕，主要把生产现场的数据采集到数据库，以备系统调用。Webservice的作用是获取及处理数据，如RFID数据、MES数据采集平台的数据，另外还有HR的人员数据等。SQL Server的作用是数据存储，把调用及计算好的数据保存到数据库，以供系统调用。

2.报表填报不规范问题。一是建议加强教育主管部门与财政部门、财政业务部门与预算编审部门之间沟通，以便在预算下达时就能保持口径一致，避免高校财务人员凭职业判断来填报。二是建议主管部门每年编制完决算报表后，组织编报者进行学习总结，指出不规范的地方及其原因，防止在下一年度会计核算中重复出错。三是建议建立决算报表员交流平台，就如何提高决算报表质量、报表数据分析应用等相关情况展开经验讨论，有利于统一和提升业务能力、操作技能。

IIS Web服务器是Web服务器的发布平台，Web发布功能主要是供用户查询数据或者报表的界面使用。

图4 系统架构[1]

3 系统各流程介绍

原纸是生活用纸工厂造纸工序的半成品，同时也是后加工工序的原材料，这个系统在MES中有相当高的地位，所以设计这个系统流程时要尽可能把各种参数都纳入管理，以下介绍一下原纸管理系统（以下简称原纸系统）几个关键环节的流程。

3.1 原纸轴卷取开始

当原纸系统收到造纸机新的纸轴开始卷取的指令时，气缸装置会把RFID读写器推上去，读取RFID芯片的芯片号，并产生一个原纸ID号。产生ID号之后，原纸系统开始根据ID号组建系列数据库，收集生产信息、工艺参数、能耗（如水、电、气等）、设备主要运行参数等数据信息。

原纸系统还能根据当前的卷取速度和原纸定量，计算出当前在生产的原纸质量（未缴库），这样可以在Web客户端显示目前有多少纸正在生产。

3.2 原纸轴卷取完毕

当原纸系统接收到当前原纸轴卷取完毕下架信号后，开始收集当前的原纸生产的能耗情况、工艺情况、设备运行情况、完成人员信息、订单情况等信息。原纸下架后，原纸系统通过质检平台通知检验系统人员过来取样检验，此时，该原纸ID号进入待检验状态[2]。

3.3 称重

原纸下架后，进入称重环节，在这个环节，需要人工进行操作，所以开发了人机界面，操作员只需操作两步：

图5 称重环节人工读取信息操作示意图

（1）利用自己的工号登录，选择当前的订单号，系统会自动读取纸的工艺信息（如订单号、生产时间、机台、操作人员等），一般情况下，如果订单和上一次一样，这一步可以选择默认，所以如果和上一轴纸的订单一致，这一步不需要操作。

（2）操作员拿着手持式RFID读写器，靠近安装在卷纸轴上的RFID芯片，停留3s左右，系统会自动完成称重读取，并完成余下的当前原纸所需要的信息读取、收集工作。

数据读取操作完成后，原纸进入待检验放行状态[3]。

3.4 原纸缴库

原纸需经过QC检验系统检验通过才可以进入缴库流程。QC系统是一套具有自动读取原纸检测仪（如柔软度仪）的检测数据，并且能自动分析、制定报表和发送报表等功能的系统。原纸系统在执行缴库动作前，需要和QC系统进行确认，确认该原纸质量达标可以放行后，原纸系统即向WMS系统缴库。其实原纸的缴库是一个数据缴库过程，原纸实物仍存放在车间的暂存库[4]。

原纸缴库流程其实是MES和WMS的对接过程，属于服务器后台完成的流程，这个缴库过程相对简单，这里不再介绍。

3.5 原纸领用和消耗

在实际后加工生产过程中，领用大轴原纸需要现场操作人员和统计员做领用和消耗的记录和统计，工作量较大。所以在开发原纸管理系统的流程中，原纸领用和消耗在后台作为同一个动作进行统计。

硬件方面，当安装在后加工设备原纸架上的接近开关感应到有原纸轴上架后，或当系统收到有新的原纸轴上了机架后，原纸管理系统便会做出RFID读取动作，判断如果是新的原纸ID号上架，系统立即向WMS启动领用流程，这样简化了人为干预的领用流程[5]。

3.6 原纸轴维修流程

大轴原纸的质量包含原纸的净质量和原纸轴的质量，每条原纸轴的质量有差别，而且维修后的质量也会变化，所以当新轴投入使用或者维修后，需要重新做一次质量标定。大轴质量标定操作简单，操作前把待标定的纸轴放在地磅上，系统上选定标定功能，用手持式读写器读取安装在原纸轴上的RFID芯片，在操作界面上点击修改，即可以完成原纸轴的质量数据修改（图6）。

图6 大轴质量新标定界面

3.7 不合格品处理流程

原纸从造纸机下架后，需要进入待检才可以放行给后加工领用，当原纸QC系统（前面提到）检测到某轴的原纸达不到要求后，此轴原纸直接进入不合格品处理的流程模块。

4 功能模块

原纸管理系统投入使用后，在产量管理、能源管理和产品追溯管理方面都给工厂管理带来了提升，以下再介绍一下系统能实现的功能。

4.1 原纸产量和消耗报表

此系统投入之前，原纸产量和消耗统计工作有3方面的缺点：一是数据不实时和不及时，二是数据有偏差，三是统计员工作量较大。

图7 原纸消耗报表

新系统能够达到随时和实时统计产量，且能提供多种功能的查询模式，如按时间查询、按种类查询、按机台查询等查询方式，为不同需求提供不同的数据方式。

4.2 能源管理报表

维达公司在运行的能源管理中心，已经将现场所有的水、电、气使用量全部纳入管理中，并能完成能源使用报表。

单位产品能耗的计算需要两个数据：一是能耗，二是产量，能管中心可以提供生产过程中所使用的能源利用值，而原纸管理系统可以按要求统计出原纸的产量，所以单位产品能耗就可以顺利完成计算。

4.3 追溯功能

原纸管理系统投入运行后，完善了产品的追溯链，从浆板开始，经过碎浆、磨浆、储浆、上浆到原纸产出，再到后加工上架、成品整条生产链，都可以以原纸的ID号进行前后链接，把涉及到的人、设备状态、能源状态、工艺状态、品质状态等各种管理所需的数据全部以时间和ID号方式保存到数据库，为日后的管理及质量追溯提供数据[1]。

5 总结

维达公司原纸管理系统投入使用后，对数字化管理有很大的帮助：

（1）提高工作效率，原纸产量统计报表制定、消耗报表制定，每天减少统计员2h的工作时间。原纸领料全自动完成，每天减少机台操作人员领料时间约3h。由于数据可以做到瞬时提供，负责人员排产时可以实时了解当前的产量，做出准确的排产计划。

（2）能源管理，目前大部分生活用纸企业计算能源单耗基本都是用总能耗除以总产量，这样的计算方式方便，但是众所周知，原纸的单位能耗受原纸定量、蒸汽温度、环境温度、毛毯性能等因素影响，要综合以上的参数按时间计算出能耗，靠人去计算相当困难。公司的能管中心和原纸管理系统投入运行后，可以解决指定周期内的能耗和产量的计算问题，这样形成了一个包含上述因素的单位能耗的数据库，随着时间推移就可以积累大量的历史数据。通过这一数据库，可以迅速判断当前能耗是否合理，对节能减排有相当大的帮助。

（3）质量追溯数据化，由于打通了从造纸到后加工的数据通道，所以对两个质量追溯体系的优化起到了关键作用，目前维达公司的质量追溯体系已经可以做到从材料到成品的数据化管理，大幅提高了品质管理工作的效率。