化纖行業(yè)是關(guān)系國計民生的行業(yè)，前半段屬于聚酯流程行業(yè)，后半段成品環(huán)節(jié)屬于離散行業(yè)。隨著行業(yè)產(chǎn)能的增長，數(shù)字化建設(shè)的需求也在與日俱增，行業(yè)龍頭企業(yè)早已開始數(shù)字化建設(shè)探索之路，從浙江省的“數(shù)字化工廠”“化纖工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”等名單可以看出目前已初具成效，但行業(yè)內(nèi)的中小型公司數(shù)字化水平相差較大。

本文結(jié)合多個化纖工廠智能/數(shù)字化工廠落地經(jīng)驗，就化纖行業(yè)數(shù)字化建設(shè)/轉(zhuǎn)型的技術(shù)路徑進(jìn)行總結(jié)與說明。 化纖行業(yè)數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ) 制造業(yè)數(shù)字化建設(shè)/轉(zhuǎn)型不是一蹴而就的，有一定的順序與積累，還要有必要的基礎(chǔ)。

（1）自動化、信息化基礎(chǔ) 對于制造業(yè)來說，通過一些“硬工具”—自動化設(shè)備、“軟工具”—IT信息化系統(tǒng)，替換重復(fù)性工作提升效率與生產(chǎn)節(jié)拍、解放勞動力等是最為基礎(chǔ)的需求。自福特汽車廠1913年引入世界首條自動化流水生產(chǎn)線，其T型車2 500萬輛的銷量至今未被打破；20世紀(jì)50年代，IBM在轉(zhuǎn)型期投資數(shù)十億美元建設(shè)了高度自動化的工廠，助力IBM成功轉(zhuǎn)型。隨著自動化逐步步入高速發(fā)展時期，為越來越多的制造業(yè)帶來便利與收益。 隨著計算機(jī)由晶體管邁入集成電路時代，通過自動化實現(xiàn)批量制造，使得PC走入千家萬戶，計算機(jī)IT技術(shù)伴隨其一起發(fā)展，為制造業(yè)提供了諸多系統(tǒng)、工具。自動化與IT信息結(jié)合成為如今現(xiàn)場成套設(shè)備的標(biāo)配，軟硬件均需滿足“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的要求。

基礎(chǔ)部分的投入是最大的，其建設(shè)水平?jīng)Q定了智能制造、數(shù)字化的落地難度與成功率。對于設(shè)備、技術(shù)的需求方和供給方，需要統(tǒng)一意識：再先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，都是為了生產(chǎn)而服務(wù)。精密、穩(wěn)定的機(jī)械是電氣精確控制的基礎(chǔ)， 貼合實際的IT系統(tǒng)功能才能被需求方用戶主動接受與使用。

對于需方而言，需要明確提出成套設(shè)備要滿足的生產(chǎn)量化指標(biāo)，對各項細(xì)節(jié)進(jìn)行明確約定，如生產(chǎn)工況詳細(xì)數(shù)據(jù)、雙方工作界區(qū)范圍、設(shè)備供貨清單（需求方提出品牌要求）、設(shè)備/系統(tǒng)功能、成套設(shè)備性能指標(biāo)、性能指標(biāo)設(shè)計依據(jù)與計算過程、驗收方式、備品備件清單、交付資料等等。為便于采購、維護(hù)、備品備件通用、制定統(tǒng)一通信與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等， 需求方可對PLC、電氣元器件、關(guān)鍵設(shè)備等制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

對于供給方而言，需要先深入且清晰的了解需方的實際需求，在進(jìn)行設(shè)備、系統(tǒng)等設(shè)計時緊密結(jié)合實際需求進(jìn)行設(shè)計，機(jī)械部分盡可能使用標(biāo)準(zhǔn)件，避免非標(biāo)定制件過多造成供應(yīng)鏈的延時或不可控。任何一個項目的成功落地，都是基于雙方的緊密配合，需求未梳理清晰、需求多變?yōu)轫椖康氖÷裣路P。供需雙方都要做好項目管理，保證項目按照項目節(jié)點、里程碑計劃穩(wěn)定、有序地進(jìn)行。

此部分也需要關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，可逐步引入工業(yè)場景應(yīng)用，如：傳統(tǒng)堆垛機(jī)式立體庫占地面積大、出入庫效率難以進(jìn)一步提升，可關(guān)注四向穿梭車式立體庫，以48 000個貨位立體庫為例，堆垛機(jī)式立體庫高度需要27 m，而同樣占地面積四向穿梭車式立體庫高度可做到24 m，由于穿梭車可以在不同的庫層之間進(jìn)行調(diào)度，可以大幅提升出入庫的效率；對于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可吸收引進(jìn)，互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)億次/s的高并發(fā)與處理，在工業(yè)應(yīng)用時，在UDT 中可引入MapReduce思路進(jìn)行設(shè)計，中間層使用MQTT， IT系統(tǒng)中使用多線程，可在ms級內(nèi)實現(xiàn)工業(yè)萬次/s的并發(fā)與處理。

工業(yè)技術(shù)環(huán)境包羅萬象，實際應(yīng)用效果是檢驗技術(shù)是否可行的有效途徑，工業(yè)設(shè)備與軟件是需要沉淀積累的，將工業(yè)行業(yè)中的隱性知識與經(jīng)驗轉(zhuǎn)換為顯性知識與經(jīng)驗，再通過技術(shù)對現(xiàn)場進(jìn)行賦能，最直觀的評價標(biāo)準(zhǔn)是此設(shè)備/系統(tǒng)是否好用。

（2）工業(yè)網(wǎng)絡(luò) 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是工廠的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在日益復(fù)雜的自動化、IT系統(tǒng)中，其穩(wěn)定性對生產(chǎn)有直接影響。設(shè)計一個安全、穩(wěn)定、高效、容災(zāi)、可擴(kuò)展的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)顯得尤為重要，化纖行業(yè)工廠級工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計如圖1所示。 主網(wǎng)采用光纖環(huán)網(wǎng)，子網(wǎng)根據(jù)通信距離決定采用光纖環(huán)網(wǎng)還是網(wǎng)線環(huán)網(wǎng)，無線、5G網(wǎng)絡(luò)可在子網(wǎng)中進(jìn)行融合。為保證通信的穩(wěn)定性，建議現(xiàn)場單根網(wǎng)線的長度≤85m。

網(wǎng)線環(huán)網(wǎng)中，每兩臺交換機(jī)間、重要設(shè)備與交換機(jī)間放置2根網(wǎng)線，其中一根不接入交換機(jī)中，避免數(shù)據(jù)分流造成通信丟包或延時。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)有著根本上的不同，在辦公中一臺服務(wù)器處理多臺設(shè)備連接，設(shè)備之間無交叉連接，多個設(shè)備同時連接服務(wù)器時會導(dǎo)致阻塞和延時。這種通信方式不能用于工業(yè)自動控制，循環(huán)執(zhí)行進(jìn)程要及時處理更新的數(shù)據(jù)并發(fā)出新的控制指令，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須能夠反應(yīng)靈活并在短時間內(nèi)滿足工業(yè)需求，重組必須快速而高效，如果發(fā)生延時，會導(dǎo)致發(fā)生“該運行的不運行，該停止的不停止”的生產(chǎn)、安全事故。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)必須能夠適應(yīng)如高溫、濕度高、粉塵多、振動、腐蝕性、輻射、電磁干擾等惡劣嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，工業(yè)交換機(jī)的工作溫度、工作濕度、防護(hù)等級、MTBF均有參數(shù)說明，工業(yè)交換機(jī)需要選擇工業(yè)品牌，不能用民用交換機(jī)進(jìn)行替換。

（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 當(dāng)自動化系統(tǒng)到達(dá)一定的復(fù)雜度時，建立一個公司級/ 集團(tuán)級的DAQ平臺十分必要，一般是從現(xiàn)場設(shè)備中的控制器、專用數(shù)據(jù)采集卡等中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或交互，如DCS、PLC、機(jī)器人控制器、各種單機(jī)設(shè)備控制器、專用通信板卡等。設(shè)備連通進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與交互是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心。對于C端而言，通信協(xié)議較為單一、獲取授權(quán)較為方便，可以輕易獲取海量數(shù)據(jù)；但對于制造業(yè)B端來說，現(xiàn)場通信協(xié)議眾多且互不兼容、工業(yè)環(huán)境復(fù)雜，尤其是有些專用/進(jìn)口/壟斷設(shè)備并不開放數(shù)據(jù)接口，如數(shù)控機(jī)床、巴馬格卷繞機(jī)等， 大大增加了數(shù)據(jù)獲取的難度與成本。

目前比較成熟的做法為使用OPC軟件作為主要平臺， 輔以定制開發(fā)通信接口。OPC有DA、UA之分，OPC DA只支持Windows平臺，OPC UA已成為主流方式，得益于其更多的功能、跨平臺能力、安全性更高等優(yōu)點。OPC在建立數(shù)據(jù)采集變量時，首先要配置采集控制器的型號驅(qū)動、IP地址等參數(shù)，其次變量是按照channel、device、tag三層建立， 當(dāng)一臺設(shè)備中變量較多時，會影響采集速率，此時可將一臺設(shè)備分為多個device，在每個對應(yīng)的device下建立相應(yīng)的tags。筆者成功落地過通過一個OPC UA平臺上采集10萬點數(shù)據(jù)，采集周期在100ms以內(nèi)。除了OPC之外，還有其他一些也可實現(xiàn)該平臺功能，如在機(jī)床物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用較為成熟的Thingworx等。

（4）IT決策系統(tǒng) 有無IT決策系統(tǒng)是衡量一個工廠是否智能的重要指標(biāo)，其能實現(xiàn)“自動化作執(zhí)行，信息化作決策”。IT決策系統(tǒng)是指緊耦合MES/MOM，它賦予智能工廠“大腦”。ISA- 95中定義了MES，最新發(fā)布的ISA-SP95中定義了MOM，為便于行文，本文還是以MES闡述。MES有松耦合、緊耦合之分，此處的耦合可以理解為MES是否參與到現(xiàn)場控制。 松耦合MES主要做數(shù)據(jù)集成、展示與相關(guān)操作，業(yè)務(wù)復(fù)雜度較低，實施難度也較低。緊耦合MES要與自動化層面緊密結(jié)合，自動化與IT之間打通可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互通有無。

簡單的示例流程如下：通過銷售系統(tǒng)下訂單，ERP對該訂單依據(jù)物料信息等進(jìn)行處理分解后下發(fā)至緊耦合MES， MES結(jié)合產(chǎn)品BOM、庫存等信息進(jìn)一步將訂單處理為現(xiàn)場可執(zhí)行的生產(chǎn)計劃，再將生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)至物流系統(tǒng)、現(xiàn)場計劃執(zhí)行PLC中等；在原料上線生產(chǎn)過程中，每到一個工序、質(zhì)量檢查點等時，現(xiàn)場PLC向MES發(fā)起指令請求下一步動作、狀態(tài)等，MES根據(jù)制定的規(guī)則判斷是否允許繼續(xù)執(zhí)行、拉動現(xiàn)場物料配送等。緊耦合MES在與自動化層交互時，一般是PLC側(cè)發(fā)起請求，MES側(cè)響應(yīng)，每次請求必須有響應(yīng)， 否則形成不了閉環(huán)，會導(dǎo)致現(xiàn)場停產(chǎn)事故。緊耦合MES不是一套軟件，而是在深入理解、掌握現(xiàn)場業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)，對于集團(tuán)型制造業(yè)，該部分為核心業(yè)務(wù)與技術(shù)，最好是自己有團(tuán)隊進(jìn)行實施與運維，需要供應(yīng)商進(jìn)行配合實施的部分，制定供應(yīng)商側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)并指導(dǎo)供應(yīng)商進(jìn)行配合實施。

（5）信息互通 IT信息的融合至關(guān)重要，如：CAD/CAE等產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)、PLM、CRM、SCM、LIMS、WMS、ERP、MES、MDM、EAM等。要打通研發(fā)、采購、財務(wù)、物流、生產(chǎn)、售后等全流程系統(tǒng)，涉及的系統(tǒng)對接或很多，每個系統(tǒng)如果單獨開發(fā)接口進(jìn)行對接，會存在開發(fā)與調(diào)試工作量較大、接口不統(tǒng)一、運維難度與成本高等問題，因此可以考慮采用ESB進(jìn)行實現(xiàn)，當(dāng)后期系統(tǒng)迭代升級、更換、新增時，也能進(jìn)行較快的融合。

（6）數(shù)據(jù)展示 基礎(chǔ)建設(shè)過程中，通過LED、LCD等進(jìn)行數(shù)據(jù)展示是必不可少的，核心是有相關(guān)數(shù)據(jù)。展示界面需要根據(jù)實際需求而定，不同層級的人員對所展示的信息要求也不同，需求確定后可讓UI界面美觀設(shè)計。2D/3D、數(shù)字孿生、微信推送信息等是一種技術(shù)形式，關(guān)鍵點還是需要打通與相關(guān)數(shù)據(jù)的交互渠道。

數(shù)字化應(yīng)用實踐 數(shù)字化建設(shè)所需的基礎(chǔ)越成熟，各環(huán)節(jié)就越流暢， 可獲取、積累的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗就越多。沒有穩(wěn)定、有效與高效的數(shù)據(jù)來源，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是無源之水，數(shù)字化是空中樓閣。數(shù)據(jù)蘊含信息，信息內(nèi)含知識，知識就可以用于實際的提升、改進(jìn)、創(chuàng)新等。制造業(yè)是實體經(jīng)濟(jì)的支柱，制造業(yè)數(shù)字化也是我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)中重要的一環(huán)。數(shù)字化實際應(yīng)用時有幾個關(guān)鍵點。

（1）數(shù)據(jù)之中找真相 工業(yè)現(xiàn)場獲取積累的結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)量是很龐大的， 需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、梳理，從中找出有用的數(shù)據(jù)。如正常生產(chǎn)時，設(shè)備、產(chǎn)品等的數(shù)據(jù)均為正常數(shù)據(jù)，當(dāng)某臺設(shè)備運行參數(shù)突然出現(xiàn)異常時，需要聯(lián)系上下游生產(chǎn)工況、產(chǎn)品情況等進(jìn)行分析，找出設(shè)備運行參數(shù)異常的真相，對設(shè)備運維、生產(chǎn)等進(jìn)行有效的指導(dǎo)與經(jīng)驗積累；通過質(zhì)量異常數(shù)據(jù)對原料、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、現(xiàn)場管理等進(jìn)行分析，找出異常的根源，進(jìn)行目標(biāo)明確的改進(jìn)。數(shù)據(jù)可以反應(yīng)出企業(yè)生產(chǎn)、運營、供應(yīng)鏈、產(chǎn)品等方方面面的細(xì)節(jié)，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，要連通異常數(shù)據(jù)的上下游進(jìn)行詳盡分析。

（2）AI 自2018年開始，多國已制定AI戰(zhàn)略發(fā)展舉措。AI在解決工業(yè)復(fù)雜場景問題時能取得較為優(yōu)秀的效果，比如化纖行業(yè)中需要對絲錠的外觀缺陷進(jìn)行分類、根據(jù)每種缺陷的嚴(yán)重程度進(jìn)行定級，產(chǎn)品批號變化時缺陷的形態(tài)也會有所變化， 用AI來解決此問題可取得比人工更好更穩(wěn)定的效果。AI的能力已經(jīng)得到了廣泛的驗證，要重視AI在工業(yè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用與價值，但在選擇上要多加注意，避免掉入“偽AI”的坑。

（3）安全 除了HSE硬性安全要求之外，在數(shù)字化建設(shè)中必須重視網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、信息安全等方面的建設(shè)，避免發(fā)生信息類安全事件影響現(xiàn)場生產(chǎn)、企業(yè)運營等。現(xiàn)場的設(shè)備、信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的集成度較深，對于外網(wǎng)的權(quán)限、安全要嚴(yán)格管控，守護(hù)好“數(shù)據(jù)”等軟資產(chǎn)的安全。

（4）數(shù)字化應(yīng)用 “人機(jī)料法環(huán)”是制造過程的主環(huán)節(jié)，“人財物產(chǎn)銷” 是供應(yīng)鏈一體化的主環(huán)節(jié)，兩個主環(huán)節(jié)融合貫通基本就實現(xiàn)了數(shù)字化，從中挖掘有用的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)經(jīng)營各環(huán)節(jié)進(jìn)行建模或指導(dǎo)，能夠發(fā)現(xiàn)相應(yīng)環(huán)節(jié)的瓶頸，有針對性的進(jìn)行有效的提升。數(shù)字化的范圍很廣，幾乎涵蓋了企業(yè)的方方面面， 但要想數(shù)字化成功落地，其需要很多基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。

數(shù)字化通過技術(shù)對企業(yè)賦能，既會帶來企業(yè)流程、組織架構(gòu)、崗位職責(zé)等的變化，又會對產(chǎn)品的研發(fā)、結(jié)構(gòu)、制造、銷售等帶來很大的改變。數(shù)字化建設(shè)到不同階段， 為企業(yè)帶來的促進(jìn)作用不同，但企業(yè)要面對的轉(zhuǎn)變、挑戰(zhàn)也會不同。 結(jié)束語 我國是制造大國，制造業(yè)各行業(yè)工業(yè)化進(jìn)程水平有不小的差異，在數(shù)字化建設(shè)中，汽車行業(yè)由于起步早，其建設(shè)水平相對領(lǐng)先，可作為先進(jìn)行業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)與借鑒。

數(shù)字化的出發(fā)點與最終目的都是為了企業(yè)自身的發(fā)展而服務(wù)，建設(shè)過程中要打好基礎(chǔ)，多回頭總結(jié)經(jīng)驗，不要偏離方向。整體而言，數(shù)字化剛起步，但其能力已不容小覷，數(shù)字化建設(shè)道路是“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，正如中國人民依靠自己的毅力與聰明才智克服艱難險阻終會取得中華民族的偉大復(fù)興，我們也會克服數(shù)字化建設(shè)中的各種困難，實現(xiàn)制造業(yè)的智能化、數(shù)字化。數(shù)字化的范圍很廣，本文僅對化纖行業(yè)的數(shù)字化建設(shè)技術(shù)路徑落地進(jìn)行論述，任何一個點展開都會較廣較深，希望能為制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型起到拋磚引玉的作用。



審核編輯：劉清