聚焦碳中和的膠絲企業(yè)數(shù)字化轉型解決方案
案例概述
隨著國家提出碳達峰碳中和“3060”目標，加快推動雙碳戰(zhàn)略實施落地，以及這三年來全球新冠疫情帶來的全球供應鏈的重新構建的背景下，國家對于制造企業(yè)開展數(shù)字技術賦能碳中和的大力推廣，讓制造企業(yè)通過數(shù)字技術賦能降碳，以工業(yè)互聯(lián)網等新技術為手段實現(xiàn)數(shù)字技術與綠色技術融合應用。工作互聯(lián)網是數(shù)字浪潮下工業(yè)體系和互聯(lián)網體系深度融合的產物，是新型基礎設施建設的重要組成部分，它著重圍繞設備能耗、產品管理、業(yè)務和運營優(yōu)化等業(yè)務場景，向傳統(tǒng)工業(yè)行業(yè)滲透融合，在幫助企業(yè)降低成本、提高效率、節(jié)能減排、等方面成效初顯，成為助力制造業(yè)通過數(shù)字技術賦能降碳的有效途徑。
來源：江門市新會區(qū)新華膠絲廠有限公司
新華膠絲廠的企業(yè)產品主要分為十大類，PPS單絲、抗靜電單絲、柳葉型單絲、耐磨尼龍單絲、耐磨聚酯單絲、抗水解聚酯單絲、低熔點聚酯單絲等，各類產品根據不同的直徑細分多種產品種類，年產量超過2500噸。在上線本項目前，公司生產模式為按單生產，生產管理主要憑經驗，主要通過用友T6對企業(yè)財務進行管理，通過進銷存對企業(yè)的物料庫存進行管理，以及通過Office電子表格及紙質單據對企業(yè)計劃、生產、工藝、質量、能耗等進行管理。
具體痛點包括：車間內工況復雜，現(xiàn)場生產數(shù)據、運行數(shù)據采集難度大，生產報告難出，生產任務不透明，無法及時反饋，無法準確評估交期，傳統(tǒng)紙質文檔和電子文檔管理混亂，種類多、核對難，要求生產管理人員有豐富的管理經驗，對人員的依賴性較大。
產品質量檢驗主要通過人工操作質量檢測設備，對產品進行質量檢驗，主要通過紙質表格或檢測報告進行質量數(shù)據收集。質量數(shù)據與生產數(shù)據未進行有效的關聯(lián)，無法形成有效的追溯。
企業(yè)倉庫通過進銷存軟件進行管理，智能管理物料庫存，無先進先出提醒，無安全庫存預警，存在貨實不符情況。無法實現(xiàn)庫區(qū)庫位精細管理。在生產計劃下發(fā)后，無法有效地實現(xiàn)物料劃分或分配占用，影響計劃準確性。
企業(yè)電能能耗無法準確有效的分攤到銷售訂單、產品、設備等，只能統(tǒng)計所有加工設備電能，憑經驗分攤。物料消耗、廢絲等成本無法有效地與人/設備/訂單等進行精細化的成本管理。
近年來，隨著國家對于能耗管理的要求越來越嚴格，實現(xiàn)總耗能和單耗的下降，是未來每個企業(yè)必須要做的功課。實時的數(shù)據采集，即時的運行監(jiān)測反饋，多維度的能耗分析報表，讓員工在機臺排產，產品生產排序，以及設備運行是否正常和能耗技改等方面提供扎實有效的數(shù)據，也為管理層在日常的生產與銷售決策中提供有效數(shù)據。
數(shù)字化是公司實現(xiàn)碳中和轉型的開端，助力工業(yè)單絲領域的企業(yè)實現(xiàn)綠色轉型，通過提升設備、車間管理能力，引進先進的數(shù)字化管理系統(tǒng)適應當前的發(fā)展形勢，以便加快自身發(fā)展。同時為了實現(xiàn)國產替代進口的目標，進一步推廣國產單絲在造紙行業(yè)的高端化應用，新華膠絲廠在2020年與中國移動江門分公司、江門云科智能裝備有限公司合作上線工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)，實現(xiàn)生產管理流程的上云化，并取得良好的效益，其后在2021年與華為云計算技術有限公司、廣州博依特智能信息科技有限公司合作進一步推進公司數(shù)字化的轉型，上線能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)。
新華膠絲廠通過上線工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)和能耗在線監(jiān)控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)在品質管控上的進步、管理效率的提升，使公司得到客戶的進一步認可，帶來了業(yè)務量和效益的增長。
應用場景
場景1：工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)實現(xiàn)設備聯(lián)網及能耗數(shù)據采集
本項目首期工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)建設時間為2020年3月至2021年2月，新華膠絲廠聯(lián)手中國移動通信集團廣東有限公司江門分公司、江門云科智能裝備有限公司等數(shù)字科技企業(yè)，實現(xiàn)膠絲廠設備上云、能耗數(shù)據采集、生產流程管理等服務模式的數(shù)字技術與綠色技術融合，幫助新華膠絲廠初步實現(xiàn)“碳中和”轉型升級。
面向場景：工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)首先將新華膠絲廠的生產設備聯(lián)網，設備運行數(shù)據采集及相關工段設備的能耗數(shù)據采集，解決設備運行數(shù)據孤島問題，實時掌握設備運行工藝參數(shù)、對工藝參數(shù)進行監(jiān)控預警，保證產品生產質量，實時掌握設備能耗情況及全廠各部門能耗情況、對全廠各部門的能耗進行監(jiān)控管理及統(tǒng)計分析。通過電子看板、統(tǒng)計報表、統(tǒng)計圖表等多樣的數(shù)據呈現(xiàn)方式，可實時掌握設備運行、訂單完成、產品質量、料耗、設備能耗、人員績效等情況，為企業(yè)生產管理決策提供實時有效的數(shù)據支撐。
實施成效：通過實時采集生產現(xiàn)場中各類生產過程數(shù)據，包括設備、物料、人員、工時、工裝、刀具、工藝、能耗等相關數(shù)據，以車間看板方式實時監(jiān)控整個車間的生產過程，包括車間設備運行狀況、生產進度、產線產量、能耗使用等，實施后減少2人在生產設備參數(shù)記錄方面的耗時，實時的生產設備數(shù)據反饋、做到主動到時提醒等預警，使管理人員及時全面地掌握企業(yè)的生產情況，滿足生產過程各維度需求，保障生產現(xiàn)場作業(yè)有序進行，為管理層決策提供數(shù)據支撐。
通過應用計劃排程服務，實現(xiàn)了對生產計劃、銷售計劃、物料計劃合理安排，交貨答復準確率顯著提高，計劃頻率按時更新，計劃定制更為及時準確，對市場的反應更快，提高企業(yè)效益及信息化水平，提高企業(yè)綜合實力與市場競爭力。具體包括：根據現(xiàn)場實時數(shù)據進行排程，讓生產計劃更精細化更客觀，生產作業(yè)資源利用更透明、更精確；實時計算有限產能和在制品及庫存物料數(shù)量，合理安排生產，降低物料庫存積壓；實時掌控生產計劃執(zhí)行情況，訂單浮動時能夠快速調整生產策略，滿足客戶交期。
通過應用質量管理服務實現(xiàn)了完整的質量管理流程及質檢過程數(shù)據采集，正向反向質量追溯，人員、設備、產品良品率實時統(tǒng)計與監(jiān)控。同時基于多樣的質量數(shù)據統(tǒng)計（看板、報表等），為質量管理提供決策數(shù)據支撐，及時應對控制質量問題，有效提升產品質量，降低產品不良率至2%。
通過應用倉儲管理服務實現(xiàn)了物料倉儲管理有序透明，通過PDA掃描進出庫，準確率達到100%，能實時物料庫存查詢，賬目清晰流程規(guī)范。同時基于透明供應鏈的管理思想，對供應鏈的物流網絡、資源、訂單、倉庫、運輸配送等進行整體計劃、協(xié)調、操作、控制和優(yōu)化，同時實現(xiàn)供應鏈上下游采購、供應和生產運營的環(huán)節(jié)的協(xié)同，打造具有互聯(lián)性、共享性、可視化的透明供應鏈倉儲管理體系。
場景2：能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)實現(xiàn)精細化的成本管理
本項目第二期能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)建設時間為2021年10月至2022年3月，新華膠絲廠聯(lián)手華為云計算技術有限公司、廣州博依特智能信息科技有限公司等數(shù)字科技企業(yè)，實現(xiàn)生產線的能源運行過程可視化、透明化，對設備能源過程數(shù)據隨時掌握可追溯，實現(xiàn)在生產過程中能耗出現(xiàn)異常時進行實時告警，將電能能耗準確有效地分攤到銷售訂單、產品、設備等，實現(xiàn)物料消耗、廢絲等成本有效地與人/設備/訂單等進行精細化的成本管理以及重點設備做深入的分析和利用，充分調動一線生產管理人的積極性，轉變管理思維模式，大幅提升新華膠絲廠的效益，實現(xiàn)綠色發(fā)展的轉型。
面向場景：打造了一套新華膠絲廠能耗在線監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺，具備與ERP等上層信息系統(tǒng)，以及一期項目的工廠數(shù)字化制造運營系統(tǒng)、現(xiàn)場儀器儀表、設備的集成能力，并將這些實時數(shù)據存入本地MySQL數(shù)據庫，為未來企業(yè)發(fā)展新系統(tǒng)的集成，打下穩(wěn)定、擴展性的基礎。
解決思路如下：
與膠絲廠現(xiàn)場設備儀表進行集成。實現(xiàn)電能數(shù)據采集：將車間現(xiàn)場有holley HL625的表計和上海卓嵐信息科技有限公司的串口服務器，表計具備RS485接口，采用通訊一分二模塊將表計數(shù)據采集數(shù)據傳輸至平臺。
當前是串口服務器采集表計數(shù)據，將表計數(shù)據傳輸至現(xiàn)場配電柜內工控機，工控機與服務器網絡連接；直接將表計與通訊一分二模塊連接，通過現(xiàn)場網線與安裝在服務器機房的本地服務器連接，將數(shù)據采集至本地服務器；實現(xiàn)本地服務器與云平臺連接。
實施成效：
第一，打造了新華膠絲廠能源數(shù)字工廠。通過能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對新華膠絲廠生產過程中能源消耗進行監(jiān)測和生產批次管理數(shù)據對接，實時顯示新華膠絲廠4條生產線能耗、單耗等數(shù)據，組態(tài)化大屏形式展示關注的能源指標，實現(xiàn)獨立靈活自適配，符合各種生產實際場景需求。任意關鍵數(shù)據指標適配；豐富圖表、設備組件；配置靈活，即時生效，靈活調整；實時業(yè)務指標、視頻監(jiān)控融合。
第二，實現(xiàn)能源精細化管理。能源管理模塊是實現(xiàn)能源精細化管理的重要途徑，能夠實時反映新華膠絲廠能效水平，是深入挖掘節(jié)能潛力的重要抓手。通過對能源消耗過程信息化、可視化管理，優(yōu)化生產工藝用能過程，科學、合理地制定企業(yè)能耗考核標準和考核體系，有效提升新華膠絲廠能源管理水平。能源管理包括能源看板、報表統(tǒng)計、能源流向、能效分析、峰谷分析。
1）能源流向
新華膠絲廠生產能源流向動態(tài)監(jiān)測（全廠→生產車間→生產線→重點耗能設備等）；通過能源流向圖，可以查看能源消耗的去向，也可以查看不同區(qū)域能源利用比例情況。該能流圖能夠實時顯示生產過程中不同能源的消耗數(shù)據。
2）能源分析
能效分析
能效分析主要是從能耗區(qū)域（如全廠、車間、生產線、重點耗能設備等）；能源種類（綜合能耗、綜合單耗、電能耗、電單耗）；班組（全班、早班、晚班）；時間（小時/日/月）等多種維度對能源消耗情況進行實時分析。
新華膠絲廠能效分析具有強大的歷史能耗數(shù)據追溯和分析功能，多維度分析企業(yè)不同生產區(qū)域/設備的能耗、能效水平及產量，可隨時查看某個區(qū)域/設備、時間、班組的能耗、能效、產量波動情況，通過動態(tài)的圖形顯示，快速了解是否有異常情況，從而對生產、管理、工藝及時進行指導和調整，使新華膠絲廠生產過程的單位能耗和能源效率保持在科學、合理水平。
峰谷分析
新華膠絲廠生產用電峰谷平數(shù)據在線監(jiān)測，反映企業(yè)錯峰用電實際狀況、錯峰用電占比情況。對企業(yè)歷史用電量及電費（錄入）進行統(tǒng)計分析，有助于合理調度高耗能設備啟停區(qū)間，減少峰電比例，節(jié)約生產能源成本。展示各廠峰谷用電的實物量及占比，通過峰谷平用電比例指導車間及工序合理排產，提高用電的效率和經濟性。
容需分析
根據新華膠絲廠實際變壓器申報情況進行分組配置，通過統(tǒng)計計算變壓器分組負載率閾值區(qū)間范圍，得出最大容量，進行經濟效益計算，數(shù)據分析得出新華膠絲廠按需申報可以節(jié)省的基本電價電費。
能效對標
能效對標：不同車間/生產線/工序/設備的能源類型的單耗（電單耗/煤單耗/綜合單耗）能效對標，形成車間/生產線/工序/設備的能效差異分析。
設備對標：設備之間根據負載率、開機率、有效開機率、停機次數(shù)等指標進行設備對標分析，尋找差異性，挖掘設備的節(jié)能潛力。
3）告警追溯
告警指定推送
生產過程中的異常告警可以通過告警追溯模塊將告警信息發(fā)送給負責該區(qū)域的指定人員，實現(xiàn)告警信息的指定推送，幫助生產一線的管理人員，及時發(fā)現(xiàn)問題、處理異常，減少設備的異常故障和停機。
告警追溯
告警追溯模塊實現(xiàn)設備運行異常、能耗異常等生產異常實時告警與追溯。所有報警變量及其上、下限新華膠絲廠可以自定義，當發(fā)生異常時，對應的工段或者設備以閃爍、改變顏色或發(fā)短信等告警形式提醒相關人員。告警晴雨表以廠區(qū)拓撲圖（工廠模型）的形式直觀展示，告警類型包括通訊告警、指標告警、參數(shù)告警。
生產運行參數(shù)報警：溫度、干部加熱溫度、加壓泵電流、烘缸壓力、液位報警等。
4）報表管理
報表是新華膠絲廠生產數(shù)據匯總的主要形式。報表管理模塊分為定制化報表和自定義報表兩大類別，實現(xiàn)自動抄表；能耗報表自動生成；并支持用戶進行自定義報表。報表管理模塊能夠有效解決企業(yè)生產報表種類、數(shù)據量繁多，統(tǒng)計耗時長，工作量大等問題，同時能夠提高報表數(shù)據的準確性和實時性。（報表支持EXCEL導出）。
能效報表
實現(xiàn)能耗統(tǒng)計自動生成相關報表，自動分類匯總數(shù)據，提高數(shù)據的準確性和實時性，降低統(tǒng)計員統(tǒng)計工作量，并支持Excel表導出?？山y(tǒng)計生產區(qū)域的電、蒸汽的能源消耗及對應的單耗數(shù)據。
5）數(shù)據利用分析
數(shù)據分析工具是將復雜的數(shù)學分析方法以應用工具的方式呈現(xiàn)，結合系統(tǒng)沉淀的大量生產數(shù)據，通過數(shù)據分析工具研究人員可以快速地得出研究對象的結果。
依據數(shù)據采集進系統(tǒng)數(shù)據庫的數(shù)據，新華膠絲廠通過數(shù)據分析找到生產過程中影響質量、產量的因素，通過調整相關工藝參數(shù)、調度方法進行降本增效，提高質量穩(wěn)定性及產量，數(shù)據分析工具主要包括趨勢分析、相關分析、頻域分析、聚類分析。
數(shù)據利用分析是指從儀表、DCS、PLC、生產業(yè)務流程收集起來的過程數(shù)據通過建立相關數(shù)據維度、周期關系、函數(shù)關系等進行數(shù)據價值挖掘。新華膠絲廠可以通過平臺提供的通俗、直觀數(shù)據分析工具找出數(shù)據間的規(guī)律，進而支撐工藝人員進行工藝數(shù)據的調優(yōu)、縮短換產時間、工藝標準化等操作；生產相關人員也可通過工具進行數(shù)據追溯分析，找出設備節(jié)能改造的措施。
關聯(lián)分析：對所有采集的實時數(shù)據進行關聯(lián)分析，系統(tǒng)支持多組數(shù)據進行同一坐標軸進行實時關聯(lián)分析，有助于企業(yè)優(yōu)化生產操作。 工藝部門使用該工具分析工藝參數(shù)與產品質量、效率的關系時，能快速找出相關問題點，在優(yōu)化工藝參數(shù)時提供相關支撐依據?？梢愿鶕ば?、設備，選取特定時間區(qū)域內的相關參數(shù)進行關聯(lián)分析比對，自定義選擇分析方案。同一坐標軸添加不同參數(shù)、指標進行關聯(lián)分析?？梢酝ㄟ^將幾個相關的參數(shù)在同一段時間進行關聯(lián)分析，查找關鍵影響因子，有助于相關人員提前發(fā)現(xiàn)生產異?；蚋倪M生產工藝。
多維分析：從不同時間段、生產品種、生產線等多維度實時分析生產指標，可輔助生產決策、績效管理。
相關性分析：根據參數(shù)時序的對比，找到兩個或多個參數(shù)的相關性，通過互相關圖及散點圖等多種方式展示。
趨勢分析：可以根據區(qū)域、工序、設備，選取特定時間區(qū)域內的相關參數(shù)進行趨勢分析比對，自定義選擇分析方案。同一坐標軸添加不同參數(shù)、指標進行關聯(lián)分析?？梢酝ㄟ^將幾個相關的參數(shù)在同一段時間進行關聯(lián)分析，查找關鍵影響因子，有助于相關人員追溯生產異常或改進生產工藝。
頻域分析：頻域分析法是研究控制系統(tǒng)的一種經典方法，是在頻域范圍內應用圖解分析法評價系統(tǒng)性能的一種工程方法，可以應用于質量、生產工藝參數(shù)等重要指標數(shù)據的穩(wěn)定性分析；與相關分析結合能快速找出具體的影響因數(shù)因子。
案例總結
提升單位能源利用效率，降低企業(yè)運營成本。項目以新華膠絲廠數(shù)字化轉型為核心，開展數(shù)字技術賦能降碳，持續(xù)推進新技術、新理念的開發(fā)應用，提升企業(yè)管理效能，通過數(shù)字技術與綠色技術融合應用相關場景，實現(xiàn)提質降本增效。數(shù)字化轉型解決方案讓膠絲廠專注于數(shù)據采集的員工數(shù)量減少，解放員工，聚焦于品質管控一線，實現(xiàn)公司靈活調度生產安排，有效地利用數(shù)字技術，實現(xiàn)對能耗的精細化管理，能源利用效率提升5%以上，達到降低能耗的目的。解決方案的推廣能讓行業(yè)整體產品品質獲得很大提升，日常運營人員效率得到優(yōu)化，疊加能耗成本的下降，為膠絲廠帶來不低于10%的經營效益提升。
數(shù)字要素價值深度挖掘，為行業(yè)雙化協(xié)同轉型提供示范借鑒。數(shù)字技術賦能降碳的工業(yè)服務模式，本質上基于工業(yè)數(shù)據進行能源價值挖掘的服務模式，擁有極高的復制推廣價值，曾入選工業(yè)和信息化部2020年企業(yè)上云典型案例?；陧椖砍晒门c實踐，膠絲廠聯(lián)合數(shù)字科技企業(yè)，打造面向膠絲行業(yè)企業(yè)尤其是中小企業(yè)的數(shù)字技術賦能企業(yè)碳中和樣板，通過典型案例的方式實現(xiàn)在不同企業(yè)、不同區(qū)域、不同行業(yè)內的快速復制和落地，解決制造型中小企業(yè)在實際生產中的需求與難點，加速碳中和、數(shù)字技術、綠色技術、工業(yè)互聯(lián)網、工業(yè)APP等理念在行業(yè)內的傳播和推廣，推動行業(yè)數(shù)字技術與綠色技術融合應用升級。
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