生活用纸行业整场物流数智化解决方案

周正 程宏 曾繁智 中轻长泰（长沙）智能科技股份有限公司

1 智慧控制平台概述

智慧控制平台（以下简称ICP）是以生产计划为输入，基于实时的工艺反馈、设备状态、车间物流等信息，通过数采、软控（分布式控制、集中控制）、设备巡检等平台模块的驱动，为智能化生产提供生产执行与修正、资源利用、产量质量分析、平稳工况的优化调度、异常工况的动态调度、数据多维度挖掘、辅助工艺诊断和生产决策等一体化的解决方案。

ICP具有4个特性：

（1）智能，在整场数智化升级大的背景下，ICP是一个智能化的产品；

（2）信息，围绕ICP分析问题、处理问题的，是基于设备采集回来的数据；

（3）交互，即设备始终为人提供服务，在跟设备交互过程中，人的一些动作也需要被采集；

（4）万物互联，即打通所有设备之间的连接，完成设备信息采集，让所有设备不再成为信息孤岛。

其基本原理如下图所示：

图1 智慧控制基本原理

ICP通过改变车间内工序串行的离散加工的模式，实现车间内生产工序网状交叉、工艺多节点冗余执行；突破多产线简单并行的集中生产模式，实现整厂产线资源的协同生产、动态平衡、产能柔性配置等。

2 关键技术介绍

2.1 数据采集

通过ICP自有的边缘控制器集中通信平台，实现整场单机、集群设备的数字链路，完成了集中通信平台与各单元设备的双向（读写）通信，同时也能支持各单元设备的软控通信，真正意义上打破了各生产设备信息集成的“孤岛”壁障。

目前ICP支持以下数据采集：

● 10万个以上的变量，0.1秒采集周期；

● 车间输送物流设备，工位纸卷信息等；

● 加工机台，原辅料配方等；

● 其他自动化三方设备（需对接双方接口支持）。

2.2 软控及分布式

ICP通过集中通信平台，建立全厂通信的数据链路，实现全厂设备数智化“上帝视角”后，软控平台通过分析全厂海量的设备状态信息，实现从车间设备条件控制、策略调度的车间设备驱动，到基于车间生产工艺，生产设备的即时状态，协同全厂设备配合完成车间生产作业、指令等的生产工艺驱动。

针对车间生产软控的复杂应用场景（如图2所示），软控平台支持分布式控制架构。将多重应用场景相对剥离，相互独立、互不影响，确保了大型的车间生产软控系统实现分阶段、分区域实施，且业务相对独立的特性，也支持未来各种业务场景扩展。让软控方案的部署与实施，对整体项目的风险降到最低。

ICP把所有的数据链路打通以后，还可以完成设备巡检，根据整个项目的工艺我们可以监控到每台设备的状态和数据，在第一时间把问题点推送给巡检人员进行处理，通过每一台设备配备的唯一编码，在大型场景可以实现巡检问题的快速定位及响应。

2.3 整场智慧控制

基于生活用纸订单的生产工艺，贯穿从原辅材料采购入库到产成品销售出库的整厂业务链。而生产工序包含销售订单、生产计划、仓储物流、原辅材料备料、加工机台效率、车间物流、配载垛型、发货路线等等。在实际案例中，客户会经常关注整个销售订单的执行情况，即加工过程中间每一个工艺或者工序的执行情况，以及按目前生产进度什么时间可以完成交货，或者是说工厂现在加工处于哪一个环节，是否存在延期风险等。

ICP在每个工序设置了2个关键参数：时间（T）和概率（P），每个工序生产耗时以及它到下一个工序时间可以通过历史的工序加工情况，推算出完成的概率。因此，ICP在任何一个节点都可以知道任一工序交货的时间以及在这个时间交货的概率。有了这种交付概率才能够确保做到交付的可信度。假如交付概率降低了，那ICP会发出生产加急指令，或者需要跟客户协商延期交货事宜等等。

通过ICP打造一个整场的解决方案，可实现车间级的原辅料调度，包括跨车间的原纸调度等等，同时可以把多个立库当成一个整体的资源，进行统一的协调和管理，最终实现整个资源的网状结构以及协同分配。

2.4 配载及装车问题优化

生活用纸装车车型主要包含集装箱和箱式货车两种，集装箱尺寸标准比较统一，但是货车装箱尺寸多样，针对装车系统适配的车型，装车码垛算法根据车厢空间、物料规格及数量等已知参数，综合考虑空间利用率、出库效率、能耗等因素计算最优的装车码垛方案。在处理一车多个客户订单（多个卸货点）问题时，因为不同的客户卸货顺序，最优的装车码垛方案可能会将多客户的物料混合码放，造成卸货不便。在计算完装车垛型后，即可获得物料的装车顺序、装车数量及装车率等数据，为自动化立体仓库出库及机械手拆垛提供指导数据，实现系统间联动。

通过ICP，可以实现对历史装车单的分析，输出装箱方案，并根据实际装车效果，自动迭代优化装车方案（如图3所示）。

图3 配载装车优化

2.5 数智化套件

（1）视频智能防控套件

通过安装在工厂生产施工作业现场的各个监控装置，构建智能监控分析预警和防范体系，有效弥补传统方法和技术在管理中的缺陷。视频监控智能防控系统利用AI技术实现对人员、机械、材料、环境的全方位实时监控，真正做到事前预判及示警，事中联动触发及协同，以及事后问题溯源，实现安全生产透视化管控和精细化管理。

图4 视频智能防控

（2）产品质量在线检测套件

质量在线自动检测系统结合底层PLC控制系统，利用机器视觉与深度学习技术，可广泛应用于箱件包装质量、拉伸膜包膜质量，商标贴标质量，环保标识粘贴质量自动识别等防错检测，与控制系统联动排出或报警，让操作人员可以不用花费精力等来操作即可准确无误，显著提升产品合格率。

图5 产品质量在线检测

3 系统设计实现

智控平台ICP以销售计划、生产工艺、设备状态等信息为输入，通过数采、软控、高级算法、数据挖掘等模块，为数智化生产提供产能分析、质量追踪、AI决策，解决平稳和异常工况下调度优化等问题，实现集中生产的资源协同与柔性生产。

图6 智慧控制工厂

数智化、工业大脑的数字基础，辅助与自主决策的数据挖掘条件，实现车间物流平稳和异常工况下，柔性与动态调度。其实现步骤如图7所示：

图7 智慧控制进化实现

第一步：基于当前状态条件实现自动化控制，确保安全实现设备协同；

第二步：基于当前时刻的全局分析能力，选择合适的策略配方驱动设备集群进行作业；

第三步：能根据已发生的事实情况（结果反馈）转换为学习参数，迭代学习、激励，并不断衍化整个控制模型，无限接近理论最优。

其中智慧控制支持水平嵌套、垂直嵌套，基于局部最优的状态集合，通过启发、强化、遗传等优化算法，无限接近理论最优控制。

4 总结

鉴于国内生活用纸大中型企业存在成本端承压的现状，因此通过内部系统自动化、智能化进程加快数智化转型升级并从中获益尤为必要。本文旨在介绍一种生活用纸领域“场景—车间—工厂—产业生态”的数智化改造路线，通过集成创新与数智化运营，助力行业转型。同时，企业在转型过程中抓住机遇培养高素质人才，也是加快成果转化的重要保障。