中國造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級路徑的探討與實踐

隨著第四次工業(yè)革命的到來，傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級 勢在必行。傳統(tǒng)造紙工業(yè)的未來將走向分化和聚合， 將加入到多個以客戶為中心的新型產(chǎn)業(yè)集群中。文化 用紙、生活用紙、包裝紙和特種紙等紙種的生產(chǎn)將拆 分到不同的產(chǎn)業(yè)集群中，與可直達客戶的產(chǎn)業(yè)鏈聚合 為新的業(yè)態(tài)，更精準、更快速地滿足客戶需求。在新 的產(chǎn)業(yè)集群中，重塑的價值鏈將不再是造紙企業(yè)之間 的競爭，而是產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)各方整合資源能力的競爭。 共享、共生和共創(chuàng)能力強的企業(yè)將是整合資源能力的 強者，將有機會引領產(chǎn)業(yè)集群為客戶提供更好的服 務，形成新的穩(wěn)定業(yè)態(tài)留存下來，高效發(fā)展。 造紙工業(yè)經(jīng)歷了從小規(guī)模制造，到電力驅(qū)動的大 規(guī)模、大批量的流水線模式生產(chǎn)，再到現(xiàn)在的全自動化模式生產(chǎn)的發(fā)展，在原材料、能源、工藝、裝備等 生產(chǎn)要素的利用技術(shù)等方面已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階 段[1] 。近期，我國發(fā)布了 《關于深化新一代信息技術(shù) 與制造業(yè)融合發(fā)展的指導意見》[2] ，文件指出要加快 推進新一代信息技術(shù)和制造業(yè)融合發(fā)展，順應新一輪 科技革命和產(chǎn)業(yè)變革趨勢，以供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主 線，以智能制造為主攻方向，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā) 展，加快制造業(yè)生產(chǎn)方式和企業(yè)形態(tài)根本性變革，提 升制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展水平。產(chǎn)業(yè)實 現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇是與新一代信息技術(shù)的融合， 進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型重構(gòu)。以5G網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)、云計算、 人工智能等為核心的新一代信息技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和高 速發(fā)展，為制造業(yè)邁向萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)驅(qū)動、軟件定 義、平臺支撐、組織重構(gòu)新時代注入了新的活力[3] 。 新一代信息技術(shù)將助力造紙工業(yè)實現(xiàn)向數(shù)字化、信息 化、智能化轉(zhuǎn)型升級，以實現(xiàn)企業(yè)的提質(zhì)增效、精準 服務，打破產(chǎn)業(yè)鏈資源優(yōu)化配置空間和時間的約束， 增加新的價值鏈，加速形成新業(yè)態(tài)。 造紙企業(yè)轉(zhuǎn)型升級是制造業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的有機組成 部分，因此，企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級過程中必將面臨戰(zhàn)略路 徑的選擇和自身組織能力的變革，以更好地順應產(chǎn)業(yè) 轉(zhuǎn)型升級大趨勢。在大變革的趨勢面前，任何不順應 行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的企業(yè)都將被無情淘汰。對于大型企 業(yè)，特別是行業(yè)龍頭企業(yè)，如何制定好轉(zhuǎn)型升級的分 階段戰(zhàn)略目標、選擇什么樣的技術(shù)路線、打造什么樣 的企業(yè)文化和如何重塑組織創(chuàng)新能力都將是企業(yè)融入 行業(yè)轉(zhuǎn)型升級面臨的挑戰(zhàn)。 本文介紹新一代智能化技術(shù)對造紙工業(yè)的價值所 在，推演造紙企業(yè)與新一代信息技術(shù)融合的路徑，探 討造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型迭代方向和造紙工業(yè)向智能化 轉(zhuǎn)型升級路徑。筆者根據(jù)多年來在造紙企業(yè)數(shù)字化、 網(wǎng)絡化、智能化方面的研究成果和在企業(yè)中的實踐案 例[4-16] ，用場景化方式與讀者探討造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn) 型升級路徑。 1 新一代信息技術(shù)對造紙工業(yè)的價值 造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級，是建立在高度自動化 基礎之上的。以數(shù)學模型為推動力的自動化技術(shù)在促 進造紙工業(yè)大發(fā)展的同時，為造紙企業(yè)積累了大量的 生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和生產(chǎn)技術(shù)知識。但是，自動化技術(shù)并 不具備數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的能力，也不具備對復雜 生產(chǎn)過程和市場需求的快速應變和優(yōu)化能力。以大數(shù) 據(jù)驅(qū)動和工業(yè)軟件定義的企業(yè)智能化技術(shù)，可充分利 用和挖掘大數(shù)據(jù)的資源去進一步優(yōu)化企業(yè)的各類資源 配置，優(yōu)化生產(chǎn)過程，適應市場需求變化。實現(xiàn)企業(yè) 智能化有賴于新一代信息技術(shù)，主要包括實現(xiàn)業(yè)務數(shù) 據(jù)化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)、實現(xiàn)解決數(shù)據(jù)超高速 率、超大容量以及超低時延的 5G 網(wǎng)絡技術(shù)以及實現(xiàn) 數(shù)據(jù)價值的大數(shù)據(jù)挖掘和工業(yè)軟件技術(shù)。 1. 1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù) 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實體經(jīng)濟數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型的關鍵 支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的載體，也 是實現(xiàn)企業(yè)智能化的核心技術(shù)載體，是鏈接工業(yè)全系 統(tǒng)、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈、支撐工業(yè)智能化發(fā)展的關 鍵基礎設施。圖1所示為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本技術(shù) 組成和體系架構(gòu)。 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基本技術(shù)組成和體系架構(gòu)由圖1所 示自左至右的網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、安全三大技術(shù)體系組成， 其中“網(wǎng)絡”是工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸交換和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 的支撐基礎，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的核心驅(qū)動，“安 全”是網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應用的重要保障?；谌? 大體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點構(gòu)建三大優(yōu)化閉環(huán)，如圖1 所示，面向機器設備運行和生產(chǎn)過程優(yōu)化的閉環(huán)①， 面向生產(chǎn)運營決策優(yōu)化的閉環(huán)②，以及面向企業(yè)協(xié) 同、用戶交互與產(chǎn)品服務優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈 的閉環(huán)③，并進一步形成智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同、 個性化定制、服務化延伸等四大應用模式。工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)平臺基本的邏輯和本質(zhì)是“數(shù)據(jù)+模型=服務”[17] 。 圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基本技術(shù)組成和體系架構(gòu)[17] ·2· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 1. 1. 1 造紙產(chǎn)業(yè)鏈中存在的價值缺失 造紙產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了供應商、造紙企業(yè)、銷售商和 消費者等多方面?，F(xiàn)在造紙產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)中存在哪些 主要問題及其價值缺失？ （1） 造紙企業(yè)存在自身“信息孤島”和數(shù)據(jù)冗 余，難以發(fā)揮全廠自動化系統(tǒng)的功能作用。為了提高 生產(chǎn)效率，許多大型造紙企業(yè)搭建了各種全廠自動化 系統(tǒng)工業(yè)軟件，例如企業(yè)資源管理系統(tǒng) （Enterprise Resource Planning， ERP）、 能 源 管 理 系 統(tǒng) （Energy Management System，EMS）、制造執(zhí)行系統(tǒng) （manu? facturing Execution System，MES） 等。但是在運行中 并沒有將這些子系統(tǒng)進行集成，各子系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)需 要各自多次錄入，因而增加了信息維護工作量和出錯 機會，每個子系統(tǒng)都是一座“信息孤島”。這些子系 統(tǒng)的功能雖然不同，但使用的數(shù)據(jù)往往存在交叉重 疊。然而由于每個子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式不統(tǒng) 一，造成各子系統(tǒng)之間不可調(diào)用，存在數(shù)據(jù)的冗余。隨 著造紙生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的沉淀基數(shù)的增加，上述問題對系 統(tǒng)的維護、運行效率都存在很大的影響[18-20] 。造紙企業(yè) 通過打破“信息孤島”，將能充分發(fā)揮生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的資 源價值。 （2） 造紙企業(yè)不適應消費者對紙品多樣化和定制 化的需求。隨著消費水平的提高和消費觀念的變化， 消費者不再滿足于紙產(chǎn)品是否充足，提出了紙產(chǎn)品的 多功能化，例如濕紙巾、餐巾紙、廚房用紙、包裝紙 等；提出了紙產(chǎn)品樣式的多樣化的新要求，例如小包 紙、卷紙、抽紙、印花紙、香味紙等。但是由于造紙 企業(yè)的生產(chǎn)線是基本固定的，只能通過不斷增加每條 生產(chǎn)線的長度和復雜度去適應消費者的需求，這樣不 僅增加了生產(chǎn)的復雜度，而且提高了生產(chǎn)成本。同時 隨著產(chǎn)品定制化的快速發(fā)展，增加生產(chǎn)線長度和復雜 度的方式并不能跟上定制化產(chǎn)品更新的速度。如何利 用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、及時了解當前消費者的心理、最 大程度地提高生產(chǎn)線的靈活性、縮短產(chǎn)品更新周期、 提高效益是企業(yè)必須解決的新問題。 （3） 銷售商難以適應市場的新變化。銷售商依據(jù) 往年的銷售量制定進貨計劃，因此進貨較為固定。市 場的實際情況是由于消費方式的不同，例如網(wǎng)購、網(wǎng) 絡帶貨等方式的出現(xiàn)，不同產(chǎn)品的銷售量會有大幅波 動，使供應鏈調(diào)度的難度增大。利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 挖掘消費者與銷售量之間的更深層次關系，提前預測 銷售量和進貨計劃，可以提高供應鏈調(diào)度速度和效益。 （4） 造紙企業(yè)自身很難解決設備的運維問題。生 產(chǎn)過程中存在頻繁的非計劃停機，大部分屬于設備故 障。為了保障設備運維，工廠不得不花費巨大的人力 成本。另外，自身運維的時滯性也降低了造紙生產(chǎn)過 程的效率。因此，對于設備供應商而言，提供服務型 制造，保障客戶設備正常運維，既能為造紙廠帶來提 高生產(chǎn)過程效率而產(chǎn)生的價值，又能為設備供應商帶 來服務型制造的新價值。 1. 1. 2 應用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力造紙產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造 價值 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為打通整條產(chǎn)業(yè)鏈上下游的信息 提供了平臺，能夠幫助解決上述問題。通過工業(yè)互聯(lián) 網(wǎng)平臺把設備、生產(chǎn)線、產(chǎn)品和供應商與客戶緊密地 連接融合起來?？梢詭椭圃鞓I(yè)拉長產(chǎn)業(yè)鏈，形成跨 設備、跨系統(tǒng)、跨廠區(qū)、跨地區(qū)的互聯(lián)互通，從而提 高效率，推動整個制造過程和制造服務體系智能化， 實現(xiàn)制造業(yè)和服務業(yè)之間的跨越發(fā)展。通過構(gòu)建工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng)平臺，使制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈中各種要素資 源能夠高效共享，創(chuàng)造新的價值。迄今，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)能為造紙工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和智能化提供如下主要 功能： （1） 構(gòu)建精準、實時、高效的數(shù)據(jù)采集互聯(lián)體 系，建立統(tǒng)一的面向工業(yè)大數(shù)據(jù)存儲、集成、訪問、 分析、管理的開發(fā)環(huán)境和應用環(huán)境。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 的這種功能解決了如何采集造紙產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)的海 量數(shù)據(jù)，把來自機器設備、業(yè)務系統(tǒng)、產(chǎn)品模型、生 產(chǎn)過程及運行環(huán)境中的海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到平臺上， 實現(xiàn)物理世界隱性數(shù)據(jù)的顯性化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時 性、完整性、準確性和共享性，為解決“信息孤島” 和實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化、信息化和智能化提供工業(yè)大數(shù)據(jù) 基礎。工業(yè)大數(shù)據(jù)不僅是企業(yè)智能化的基礎，而且在 工業(yè)大數(shù)據(jù)中隱藏著許多可創(chuàng)造價值的資源。 （2） 構(gòu)建和支撐包括工業(yè)技術(shù)、工業(yè)經(jīng)驗和知識 的模型化、軟件化、復用化的通用和專用的工業(yè)模型 和工業(yè)軟件。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的這種功能可把已知的 工業(yè)技術(shù)、知識、經(jīng)驗和方法以數(shù)字化模型的形式沉 淀到平臺上，形成各種軟件化的模型 （機理模型、數(shù) 據(jù)分析模型、大數(shù)據(jù)模型等），造紙企業(yè)基于這些數(shù) 字化模型對上述采集和存儲的各種工業(yè)數(shù)據(jù)進行分 析、挖掘、展現(xiàn)，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識-決策”的迭 代，以數(shù)據(jù)的有序自動流動，解決復雜制造系統(tǒng)面臨 的各種不確定性。最終把正確的數(shù)據(jù)、以正確的方 式、在正確的時間傳遞給正確的人和生產(chǎn)過程裝備， 實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)過程和企業(yè)管理，提高企業(yè)的各種效 益，創(chuàng)造更多的價值。 （3） 實現(xiàn)造紙產(chǎn)業(yè)鏈全生命周期的協(xié)同管理和優(yōu) ·3· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 化，包括協(xié)同研發(fā)設計、生產(chǎn)管理和優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量 檢測、企業(yè)運營決策、設備預測性維護，優(yōu)化資源配 置效率，形成資源富集、多方參與、合作共贏、協(xié)同 演進的制造業(yè)生態(tài)。 1. 2 5G網(wǎng)絡技術(shù) 實現(xiàn)造紙產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)的互聯(lián)互通是通過部署 和應用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等 通信技術(shù)，使企業(yè)具備將人、機、物等有機聯(lián)通的環(huán) 境。互聯(lián)互通成熟度的提升是從設備間，到車間、到 工廠以及企業(yè)上下游直至整條產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)之間的互聯(lián) 互通，體現(xiàn)了對系統(tǒng)集成、協(xié)同制造等的支撐。企業(yè) 網(wǎng)絡基礎和通信環(huán)境建設是企業(yè)智能化的重要基礎設 施，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的三大組成系統(tǒng)之一。我國在 5G 網(wǎng)絡技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化方面都走在世界 前列，為我國制造業(yè)數(shù)字化、信息化和智能化提供了 良好的通信基礎和環(huán)境。 1. 2. 1 當前制造業(yè)網(wǎng)絡通信技術(shù)環(huán)境的短板 當前制造業(yè) （包括造紙行業(yè)） 的網(wǎng)絡通信技術(shù)的 短板主要表現(xiàn)在 4G 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并不能做到對上億級 別的數(shù)據(jù)進行采集、存儲和實時處理，也無法做到大 量數(shù)學模型、智能算法同時實時計算，存在時滯問 題[21-22] 。造紙企業(yè)生產(chǎn)過程，隨著產(chǎn)品定制化的發(fā)展， 生產(chǎn)過程調(diào)度的復雜性成指數(shù)性上漲，造紙生產(chǎn)過程 各環(huán)節(jié)的通信和決策時間隨著生產(chǎn)智能化程度的加深 要求更短，解決方案需要更快更優(yōu)。當前 4G 互聯(lián)網(wǎng) 技術(shù)通信技術(shù)的容量 （帶寬） 和速度短板，使制造業(yè) 的數(shù)據(jù)和信息通信速度、計算和決策速度、優(yōu)化和控 制速度都不能與智能制造的要求相匹配，不能靈活配 合完成高難度的生產(chǎn)調(diào)度活動。 1. 2. 2 5G網(wǎng)絡技術(shù)的應用為造紙智能化升級提供了 網(wǎng)絡通信基礎 5G 網(wǎng)絡技術(shù)的商用化，為上述問題提供了解決 方案，可實現(xiàn)“人與人，人與物，物與物”之間實時 的萬物移動互聯(lián)。因為 5G 技術(shù)具有超高速率、超大 容量以及超低時延的優(yōu)勢，5G 技術(shù)能夠為造紙智能 升級提供以下幫助： （1） 突破物聯(lián)網(wǎng)的成本門檻 應用具有高速率、高可靠性、低時延的 5G 通信 技術(shù)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng) （Internet of Thing，IoT），造紙企業(yè) 不再需要復雜的線纜進行數(shù)據(jù)和信息的傳輸，實現(xiàn) “人與人，人與物，物與物”之間以及各環(huán)節(jié)各系統(tǒng) 之間數(shù)據(jù)和信息的直接無線傳輸、無線控制。另外， 高可靠性的 5G 物聯(lián)網(wǎng)傳輸既節(jié)省了購買和維護線纜 成本，又極大減少了由線纜引起的安全隱患。 隨著線纜的消失，利用高可靠性網(wǎng)絡的連續(xù)覆 蓋，許多設備可以裝上輪子 （或其他裝置） 在工廠里 移動，按需到達各個地點，為造紙過程靈活調(diào)整設備 位置、靈活分配任務的柔性生產(chǎn)線創(chuàng)造了條件。 （2） 實現(xiàn)實時快速準確的信息傳送 實時快速準確的信息傳送，為實現(xiàn)智能制造中的 “軟件定義制造”“定制制造”等新的生產(chǎn)方式打下了 可靠的通信基礎。例如，實時快速準確的信息傳送， 為實現(xiàn)生產(chǎn)過程各種數(shù)據(jù)采取和存儲、分析和挖掘， 為實現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識-決策”的迭代，實現(xiàn)以數(shù)據(jù) 的有序自動流動和閉環(huán)解決復雜制造系統(tǒng)面臨的各種 不確定性奠定了堅實的網(wǎng)絡通信基礎。 另外，5G網(wǎng)絡帶來IoT，使萬物互聯(lián)、萬物信息 交互，使得造紙企業(yè)的設備維運實現(xiàn)突破工廠邊界。 隨著更多設備、更多部件被連入 5G 網(wǎng)絡，設備和零 部件的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可實時送到供應商，通過供應商進行 專業(yè)的故障預測，大大減少企業(yè)故障發(fā)生次數(shù)。即使 發(fā)生了故障，設備供應商可通過 5G 網(wǎng)絡第一時間獲 取故障信息，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù) （Virtual Reality， VR） 等指導工廠實時處理，越來越多的問題可通過 在線方式解決。降低了供應商的人工成本，同時也減 少了企業(yè)設備的運維成本和縮短了設備的維修時間。 1. 3 工業(yè)大數(shù)據(jù)與人工智能建模技術(shù) 企業(yè)智能制造的基本驅(qū)動力是工業(yè)大數(shù)據(jù)，而工 業(yè)大數(shù)據(jù)的價值應用是要通過模型和工業(yè)軟件 （工業(yè) 大數(shù)據(jù)+模型） 去實現(xiàn)的，因此，工業(yè)大數(shù)據(jù)和建模 與工業(yè)軟件技術(shù)是智能制造的關鍵技術(shù)。工業(yè)大數(shù)據(jù) 主要作用是打通物理世界和信息世界，再通過建模和 工業(yè)軟件等人工智能技術(shù)在智能化設計、智能化生 產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同制造、智能化服務、個性化定制等產(chǎn) 品全生命周期過程中發(fā)揮作用。在智能化設計中，通 過大數(shù)據(jù)+模型技術(shù)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自動化設 計和數(shù)字化仿真優(yōu)化；在智能化生產(chǎn)過程中，工業(yè)大 數(shù)據(jù)+模型技術(shù)可以實現(xiàn)在生產(chǎn)制造中人機智能交 互、制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)監(jiān)測 等，提高生產(chǎn)故障預測準確率，綜合優(yōu)化生產(chǎn)效率； 在網(wǎng)絡化協(xié)同制造中，工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型技術(shù)可以實 現(xiàn)智能管理的應用，如產(chǎn)品全生命周期管理、客戶關 系管理、供應鏈管理、產(chǎn)供銷一體等，達到過程協(xié)同 與透明化；在智能化服務中，工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型技術(shù) 通過工業(yè)大數(shù)據(jù)的全流程建模，對數(shù)據(jù)源進行集成貫 通，可以支撐以個性化定制為代表的典型智能制造模 式。工業(yè)大數(shù)據(jù)的上述應用是要通過工業(yè)軟件去實 現(xiàn)的[23] 。 ·4· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 工業(yè)軟件是指為提高工業(yè)研發(fā)設計、業(yè)務管理、 生產(chǎn)調(diào)度和過程控制水平的相關軟件與系統(tǒng)。工業(yè)軟 件承載著工業(yè)大數(shù)據(jù)采集和處理的任務，又是工業(yè)大 數(shù)據(jù)的重要產(chǎn)生來源。工業(yè)軟件支撐實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù) 的系統(tǒng)集成和信息貫通，實現(xiàn)工廠從底層到上層的信 息貫通，推動工廠內(nèi)“信息孤島”聚合為“信息大 陸”。工業(yè)軟件承擔著對各類工業(yè)數(shù)據(jù)進行采集、集 成、分析和應用的重要功能，是工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系 中負責優(yōu)化、仿真、呈現(xiàn)、決策等關鍵職能的主要組 成部分。工業(yè)軟件中用到的許多模型，常常要應用大 數(shù)據(jù)人工智能建模方法去完成。 1. 3. 1 我國造紙行業(yè)大數(shù)據(jù)和工業(yè)軟件技術(shù)的基礎 十分薄弱 我國造紙行業(yè)大數(shù)據(jù)和工業(yè)軟件技術(shù)的基礎薄弱 主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)過程變量和設備參數(shù)的感知能力 低，工業(yè)大數(shù)據(jù)的采集范圍窄，不少過程變量和設備 參數(shù)還沒有合適的傳感器去測量，或者還沒有經(jīng)過合 適的數(shù)字化處理，不能成為有用的數(shù)據(jù)。②現(xiàn)有的數(shù) 據(jù)資源還沒有認真地開發(fā)利用。③從“物化知識”轉(zhuǎn) 型到“軟件知識”的工作還未真正開展。在傳統(tǒng)的工 業(yè)生產(chǎn)中，長期積累的工業(yè)技術(shù)/知識和經(jīng)驗 （knowhow） 等是通過物化 （書本、圖紙和人體介質(zhì)） 承載 和表達的，用物傳人、人傳人的方式傳遞應用，稱為 “物化知識”?！拔锘R”受到時間和空間的巨大限 制，難以適應智能制造的要求。因此實現(xiàn)智能制造的 核心轉(zhuǎn)型工作之一是要把“物化知識”轉(zhuǎn)型升級為 “軟件知識”，把“物化知識”數(shù)字化和軟件化，用軟 件作為知識的最佳載體和傳遞手段。 隨著造紙企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)越來越復雜，人們應對復 雜系統(tǒng)的駕馭能力將成為制約技術(shù)進步和生產(chǎn)發(fā)展的 瓶頸。雖然造紙過程自動化程度高，生產(chǎn)過程中設備 和過程的操作運維等還高度依賴個人，企業(yè)所關心的 訂單滿足率、及時率、產(chǎn)能浪費、原材料庫存等關鍵 指標，還是按照個人的經(jīng)驗進行排產(chǎn)和調(diào)度，而個人 的知識經(jīng)驗還處于“物化知識”階段，導致工作量 大，易出錯，需要花大量時間對人員進行培訓。如果 把物化知識轉(zhuǎn)化為軟件知識，成為工業(yè)軟件加入到工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，實現(xiàn)閉環(huán)優(yōu)化，將能自動地完成上 述任務，開拓存在造紙過程中的優(yōu)化和效益空間。 1. 3. 2 大數(shù)據(jù)和工業(yè)軟件技術(shù)助力造紙企業(yè)智能化 升級 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心功能是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)優(yōu) 化閉環(huán)去實現(xiàn)企業(yè)智能化。數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)的構(gòu)成主要 包含感知控制、數(shù)字模型、決策優(yōu)化三個基本層次， 以及自下而上的信息流和自上而下的決策流，如圖2 所示[17] 。 數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)的數(shù)據(jù)功能包含數(shù)據(jù)集成與管理、 數(shù)據(jù)模型和工業(yè)模型構(gòu)建、信息交互三類功能。其 中，數(shù)據(jù)模型和工業(yè)模型構(gòu)建是綜合利用大數(shù)據(jù)、人 工智能等數(shù)據(jù)方法和各類工業(yè)經(jīng)驗知識，對過程行為 特征和因果關系進行抽象化描述，形成各類工業(yè)軟 件。數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)中的決策優(yōu)化層聚焦數(shù)據(jù)挖掘分析 與價值轉(zhuǎn)化，形成工業(yè)數(shù)字化應用核心功能，主要包 括分析、描述、診斷、預測、指導及應用開發(fā)。自下 而上的信息流和自上而下的決策流形成了工業(yè)數(shù)字化 應用的優(yōu)化閉環(huán)，以數(shù)據(jù)分析決策為核心，實現(xiàn)面向 不同工業(yè)場景的智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同、個性化定 制和服務化延伸等智能應用解決方案。 構(gòu)建了如圖2所示的造紙企業(yè)數(shù)據(jù)和工業(yè)軟件為 核心的數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán)，將為造紙企業(yè)智能化升級，提 供如下功能： （1） 實現(xiàn)機器設備運行和生產(chǎn)過程的閉環(huán)優(yōu)化控 制，挖掘數(shù)據(jù)價值，達到生產(chǎn)過程的精準化、高效 化，大幅度降低對人力的需求，提高生產(chǎn)過程中安全 性和穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率。 （2） 實現(xiàn)面向生產(chǎn)運營決策優(yōu)化閉環(huán)和面向企業(yè) 協(xié)同、用戶交互與產(chǎn)品服務優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值 鏈的決策閉環(huán)優(yōu)化，通過精準預測市場需求、個性化 定制和服務化延伸等智能化技術(shù)，由標準化生產(chǎn)向柔 圖2 數(shù)據(jù)優(yōu)化閉環(huán) ·5· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 性化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。 （3） 實現(xiàn)生產(chǎn)過程全面監(jiān)控，嚴格把控產(chǎn)品質(zhì) 量。智能檢測設備可以覆蓋產(chǎn)品檢測的全過程，大幅 度降低生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的次品率，對于已出現(xiàn)的產(chǎn)品 問題相關數(shù)據(jù)信息進行收集并分析，利用已有的數(shù)據(jù) 庫信息對殘次品進行統(tǒng)一批量化處理，有效保證產(chǎn)品 的質(zhì)量。 綜上所述可知，造紙企業(yè)智能化升級就是應用工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡通信、大數(shù)據(jù)、工業(yè)軟件和人工 智能等新一代信息技術(shù)與造紙工業(yè)技術(shù)深度融合，實 現(xiàn)生產(chǎn)高效協(xié)同、資源優(yōu)化配置，解決整個制造產(chǎn)業(yè) 鏈中人、設備等各個環(huán)節(jié)之間存在的各種協(xié)作優(yōu)化問 題，實現(xiàn)效率最大化。 2 造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型路徑的思考 2. 1 造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型應遵循的原則 我國大多數(shù)造紙企業(yè)仍處于基礎自動化階段，傳 統(tǒng)自動化系統(tǒng)解決方案仍占主流。針對造紙企業(yè)智能 制造提供整體解決方案的業(yè)務尚處于發(fā)展初期。隨著 我國智能制造的推進，整體解決方案的市場規(guī)模將加 速增長，經(jīng)過市場驗證的解決方案成熟度將進一步提 升。因此，我國造紙行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級，要遵循 “做好規(guī)劃，抓住重點；跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新；分類 指導，先易后難；效益導向，穩(wěn)妥實施”的原則。 （1） 做好規(guī)劃，抓住重點。行業(yè)要組織力量，做 好規(guī)劃，著力研發(fā)面向造紙行業(yè)智能制造的關鍵共性 技術(shù)。例如，適用于造紙行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，造 紙行業(yè)的各種工業(yè)軟件和 APP，造紙行業(yè)的智能裝 置等。 （2） 跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新。在技術(shù)研發(fā)和應用推 廣過程中，應該走跨界集成、協(xié)同創(chuàng)新之路，要主動 與相關行業(yè)合作，閉門自守將會落后。行業(yè)要支持既 懂互聯(lián)網(wǎng)又懂造紙工業(yè)生產(chǎn)的高端技術(shù)研發(fā)和服務公 司的發(fā)展。 （3） 分類指導，先易后難。根據(jù)我國造紙工業(yè)技 術(shù)水平差異，在轉(zhuǎn)型過程中要先易后難，逐步實現(xiàn)。 首先，要釆取有效措施提高企業(yè)自動化水平和裝備水 平，走完工業(yè)3. 0的路程。其次，在基礎較好的造紙 企業(yè)，要主動融入工業(yè)智能化技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，主動 推廣應用新技術(shù)。企業(yè)要積極參與“企業(yè)上云”，提 高企業(yè)數(shù)字化、信息化、精細化和優(yōu)化管理水平手 段，在此基礎上逐步提高智能化水平。 （4） 效益導向，穩(wěn)妥實施。實現(xiàn)企業(yè)智能化是一 個漸進過程。而且是在原有自動化水平的基礎上完善 和發(fā)展的，要一步一個腳印，以效益為導向，穩(wěn)妥 實施。 以智能制造為代表的第四次工業(yè)革命，是一次技 術(shù)突破和企業(yè)重構(gòu)。同時，它也是一種技術(shù)思維方式 的轉(zhuǎn)變：要用大系統(tǒng)的思維方法去思考問題；要用跨 界集成、協(xié)同創(chuàng)新的互聯(lián)網(wǎng)思路去尋找解決問題的方 法；要用閉環(huán)優(yōu)化與智能化的技術(shù)手段去提高效益， 實現(xiàn)預期目標。 2. 2 造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型分兩步走 造紙企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型分為兩步走，先走初級階 段，再走高級階段。初級階段是指實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化網(wǎng) 絡化，提高數(shù)據(jù)化運營能力；高級階段是指真正實現(xiàn) 智能化工廠。 在初級階段，造紙企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡化，不斷 提升企業(yè)數(shù)據(jù)化運營能力為核心，根據(jù)企業(yè)自身發(fā)展 模式和發(fā)展戰(zhàn)略，以解決企業(yè)當前的業(yè)務痛點為切入 點，逐步實現(xiàn)覆蓋生產(chǎn)全過程和連接產(chǎn)業(yè)鏈上下游的 數(shù)字化網(wǎng)絡化，在此基礎上形成適應自身需求和特點 的數(shù)據(jù)化運營優(yōu)勢，達到提高企業(yè)運營效率的目標。 在高級階段，造紙企業(yè)以不斷提升生產(chǎn)過程閉環(huán) 優(yōu)化和智能化為目標。通過企業(yè)在實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡化 過程中沉淀下來的工業(yè)大數(shù)據(jù)和企業(yè)自身的工業(yè)技術(shù) 知識，采用基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的建模方法， 搭建企業(yè)工業(yè)軟件和智能化微平臺，進而構(gòu)建企業(yè)工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)如圖 1和圖 2所示的面向設備運 行和生產(chǎn)過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產(chǎn)運營決策的閉環(huán) 優(yōu)化，以及面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產(chǎn)品服務優(yōu)化 的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，進一步形成智能 化生產(chǎn)、網(wǎng)絡化協(xié)同、個性化定制、服務化延伸等四 大應用模式，以達到優(yōu)化企業(yè)資源配置，提高產(chǎn)品質(zhì) 量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的目標。技術(shù)核心 是如何應用“工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型 （工業(yè)軟件） +應用” 技術(shù)去實現(xiàn)上述的三個“閉環(huán)優(yōu)化”。 2. 2. 1 初級階段：逐步實現(xiàn)和完善企業(yè)數(shù)據(jù)化運營 數(shù)據(jù)化運營是通過對企業(yè)大數(shù)據(jù)的采集處理、分 析挖掘，為企業(yè) （數(shù)據(jù)使用者） 提供科學、準確和專 業(yè)的數(shù)據(jù)解決和應用方案，利用企業(yè)大數(shù)據(jù)通過企業(yè) 內(nèi)、企業(yè)間的協(xié)同和各種資源的共享與集成優(yōu)化，重 塑企業(yè)在造紙工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中的價值鏈，以提高企業(yè)的 效益。在造紙企業(yè)實現(xiàn)了數(shù)字化網(wǎng)絡化后，將有效地 解決數(shù)據(jù)的采集和“連接”問題，通過網(wǎng)絡將相關的 人、流程和事物的行為用數(shù)字化數(shù)據(jù)形式相互連接起 來，收集到海量數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化運營打下堅 實的基礎。 ·6· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 造紙企業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺具有如下幾個基本功能： （1） 具有數(shù)據(jù)采集與管理功能，主要包括數(shù)據(jù)在 線采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲以及運算功能。包括傳 感器、檢測裝置、現(xiàn)場總線通信、異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成、 邊緣計算、互聯(lián)網(wǎng)、云 （存儲+計算）、工業(yè)安全等 基礎設施的構(gòu)建和集成應用。 （2） 具有業(yè)務數(shù)據(jù)數(shù)字化功能，將造紙生產(chǎn)過程 的所有信息，包括人、機、料、環(huán)、測的數(shù)據(jù)數(shù)字 化。例如，對于物料數(shù)據(jù)，除了在線測量錄入外，還 需建立物化性質(zhì)預測模型以及物料估算模型，實現(xiàn)物 料的數(shù)據(jù)化。利用爬蟲技術(shù)，建立數(shù)據(jù)抓取模型，實 現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境關鍵參數(shù) （例如溫度、濕度等） 的實時采 集；對無法檢測的質(zhì)檢數(shù)據(jù)建立軟測量裝置，實現(xiàn)所 有質(zhì)檢數(shù)據(jù)的實時采集與數(shù)字化。 （3） 具有數(shù)據(jù)的在線化功能。對采集的數(shù)據(jù)按 照統(tǒng)一的標簽進行標記，建立數(shù)據(jù)采集以及管理的 統(tǒng)一規(guī)則，然后利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘數(shù)據(jù)之間 的關聯(lián)關系，建立關聯(lián)規(guī)則，根據(jù)關聯(lián)規(guī)則進行分 類存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合與協(xié)同，便于在線按需快 速調(diào)用。 （4） 具有數(shù)據(jù)的業(yè)務化功能。根據(jù)企業(yè)的需求， 把累積大數(shù)據(jù)業(yè)務化。把包括安全生產(chǎn)、穩(wěn)定質(zhì)量、 提高效率和縮短交貨周期等場景的各類數(shù)據(jù)，利用數(shù) 據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘沉淀在數(shù)據(jù)中包含的更深層次的信 息，從而開展新業(yè)務。 2. 2. 2 高級階段：逐步實現(xiàn)企業(yè)智能化 如上所述 （圖 1~圖 2），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺是實現(xiàn) 企業(yè)智能化的核心技術(shù)載體，企業(yè)在實現(xiàn)數(shù)據(jù)化運營 過程中，通過不斷積累大數(shù)據(jù)、建立和完善工業(yè)軟件 和三個優(yōu)化閉環(huán)功能，開發(fā)造紙行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平 臺和具有企業(yè)自身特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺， 逐步迭 代完善，實現(xiàn)企業(yè)智能化。 圖 3 所示是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關鍵技術(shù)體系[17] 。技 術(shù)體系由數(shù)據(jù)采集技術(shù)、PaaS 通用功能技術(shù)、軟件 開發(fā)工具技術(shù)、微服務技術(shù)、建模與應用技術(shù)和信息 安全技術(shù)等6項技術(shù)集成。 其中，工業(yè)微服務是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的核心，核 心的要素組件是基于微服務架構(gòu)的數(shù)字化模型 （工業(yè) 軟件）。數(shù)字化模型將大量工業(yè)技術(shù)原理知識、基礎 工藝、實踐經(jīng)驗等規(guī)則化、軟件化、模塊化，并封裝 為可重復使用的組件。同時，面向特定工業(yè)應用場 景，對海量工業(yè)數(shù)據(jù)進行深度分析和挖掘，能夠快速 建立可復用、可固化的智能應用模型。另外，在工業(yè) 技術(shù)、知識、經(jīng)驗和方法以模型的形式沉淀為數(shù)字化 模型后，海量數(shù)據(jù)加載到數(shù)字化模型中，進行反復迭 代、學習、分析、計算等大數(shù)據(jù)挖掘，可以回答生產(chǎn) 過程 4 個基本問題：首先是描述 （Descriptive） 發(fā)生 了什么？其次是診斷 （Diagnostic） 為什么會發(fā)生？ 再次是預測 （Predictive） 下一步會發(fā)生什么？最后是 決策 （Decision） 該怎么辦？由此，驅(qū)動過程閉環(huán)優(yōu) 圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關鍵技術(shù)體系 ·7· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 化和智能化。 例如，開發(fā)造紙工業(yè)生產(chǎn)工藝流程模擬系統(tǒng)，通 過數(shù)字化還原整個生產(chǎn)過程，實現(xiàn)產(chǎn)品或生產(chǎn)線的在 線設計，縮短產(chǎn)品的更新周期。又如，構(gòu)建造紙生產(chǎn) 過程工藝優(yōu)化模型，利用數(shù)字鏡像模型模擬運行優(yōu)化 結(jié)果，將優(yōu)化后的參數(shù)傳傳輸給實際生產(chǎn)系統(tǒng)，然后 利用過程控制技術(shù)，調(diào)整生產(chǎn)過程，實現(xiàn)過程閉環(huán)優(yōu) 化控制。再如，開發(fā)智能調(diào)度優(yōu)化模型，實現(xiàn)柔性化 新型人機交互，工業(yè)大數(shù)據(jù)，以成本和能耗最低為目 標，建立生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度模型，利用模型結(jié)果在線修改 排產(chǎn)計劃，并利用集散控制系統(tǒng) （Distributed Control System，DCS）、可編程邏輯控制器 （Programmable Logic Controller，PLC） 等控制技術(shù)，實現(xiàn)用優(yōu)化后 結(jié)果閉環(huán)優(yōu)化運行調(diào)度。另外，可實現(xiàn)供應鏈優(yōu)化： 基于造紙企業(yè)數(shù)據(jù)運營能力，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)上下游優(yōu)化協(xié) 同生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)決策數(shù)字化協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)制 造企業(yè)設備云端服務，最終實現(xiàn)企業(yè)運營及生產(chǎn)能力 上云協(xié)同。實現(xiàn)智能物流體系的構(gòu)建，保證資源的精 確共享，保證了訂單的準時交貨，降低生產(chǎn)成本。還 有，可重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈，重新整合造紙工業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，形 成新的產(chǎn)業(yè)集群。在不同的產(chǎn)業(yè)集群中，各個產(chǎn)業(yè)鏈 元素的價值鏈更加透明，相同產(chǎn)業(yè)鏈元素更加集中， 使產(chǎn)業(yè)鏈分工變得高度有效，相互精準地對接，形成 一個智能化的經(jīng)濟體。 3 在維達紙業(yè)的實踐案例 近幾年來，廣州博依特智能信息科技有限公司 （以下簡稱博依特公司） 與華南理工大學合作，在維 達紙業(yè)進行了企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的探索與實踐。維達紙 業(yè)基本實現(xiàn)了工廠數(shù)據(jù)化運營部分智能化運營，成為 我國造紙智能化轉(zhuǎn)型走在前沿的大型造紙企業(yè)。下面 以在維達紙業(yè)的實踐為案例，介紹數(shù)據(jù)化運營以及智 能化運營在造紙企業(yè)的應用以及給企業(yè)帶來的具體 價值。 3. 1 博依特公司工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營平臺 （POICLOUD 3.5） 簡介 博依特公司研發(fā)的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營平臺 （POI-CLOUD 3.5） 是為解決企業(yè)運營過程中的復雜 異構(gòu)系統(tǒng) （非線性、大滯后、多變量） 的問題，其數(shù) 據(jù)化運營能力涵蓋了造紙企業(yè)的點-線-面，如圖 4 所示。 工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營平臺的核心技術(shù)是數(shù)據(jù)化運 營平臺微服務系統(tǒng)。圖5所示是博依特公司新一代智 能制造數(shù)據(jù)化運營平臺微服務系統(tǒng)架構(gòu)及其特點。 博依特公司自主研發(fā)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微服務架構(gòu) 下的基礎材料行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營解決方案”被國家 工信部評為 2019 年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目，已在 全國造紙、陶瓷、水泥等行業(yè)推廣應用。 3. 2 數(shù)據(jù)化運營平臺在維達紙業(yè)的應用 在博依特公司POI-CLOUD3. 5的基礎上，博依特 公司與維達紙業(yè)共同開發(fā)了適用于維達紙業(yè)的數(shù)據(jù)化 運營平臺。維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺集成了在線數(shù)據(jù) 采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、軟測量模型以及數(shù)據(jù)實 時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)化運營系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過 程的數(shù)據(jù)化運營和部分過程的智能化。 在維達紙業(yè)運行的博依特公司工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運 營平臺 （POI-CLOUD 3. 5） 的主要功能如圖6所示。 圖7所示為維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺現(xiàn)場技術(shù)路 圖4 數(shù)據(jù)化運營能力涵蓋了造紙企業(yè)的點-線-面 ·8· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 圖5 博依特公司新一代智能制造數(shù)據(jù)化運營平臺微服務系統(tǒng)架構(gòu)及其特點 圖6 數(shù)據(jù)化運營平臺（POI-CLOUD 3.5）的主要功能 圖7 維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺現(xiàn)場技術(shù)路線 ·9· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 線。維達紙業(yè)企業(yè)端的數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集服務器和邊 緣計算設備等組成的復雜異構(gòu)存量集成系統(tǒng) （POID1.0） 采集和處理后，通過數(shù)據(jù)通道 （POI-DC3.0） 送至生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營平臺，經(jīng)平臺內(nèi)各類模型軟件的 分析和優(yōu)化計算后的信息送工業(yè)交互 （POI-II2. 0） 和管理信息系統(tǒng)應用和顯示。 為了集中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集，在生產(chǎn)過程中， 對能夠?qū)崿F(xiàn)在線測量的生產(chǎn)過程的關鍵參數(shù)增加了傳 感器以及智能電表等數(shù)據(jù)采集裝置。為了沉淀生產(chǎn)過 程數(shù)據(jù)，利用阿里云平臺對采集的數(shù)據(jù)進行實時處理 和存儲。然后利用這些沉淀的過程參數(shù)，對于不能實 現(xiàn)在線測量的生產(chǎn)過程關鍵參數(shù)建立軟測量模型。在 平臺中開發(fā)了能源管理系統(tǒng)和設備管理系統(tǒng)，建立了 能源在線管理、設備狀態(tài)監(jiān)視、物聯(lián)管理、設備效率 監(jiān)測、產(chǎn)品質(zhì)量管理、生產(chǎn)信息管理等子模塊。利用 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及可視化技術(shù)，在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)上實現(xiàn) 了生產(chǎn)過程的能耗、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的實時可視監(jiān)測。 并且，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進行分 析，找到生產(chǎn)過程的節(jié)能潛力，為生產(chǎn)過程的節(jié)能和 運行優(yōu)化提供參考。 3. 3 維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺的應用效果 數(shù)據(jù)化運營及智能化運營平臺在維達紙業(yè)的多年 應用，給企業(yè)帶來如下明顯的效果和價值。 （1） 能耗智能預測 維達紙業(yè)利用數(shù)據(jù)化運營平臺采集的用電數(shù)據(jù)， 通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析了其生產(chǎn)過程的用電特征， 同時基于智能混合算法建立了造紙過程能耗預測模 型。預測模型的預測趨勢和實際基本一致，預測模型 的精準度在97%以上。圖8為能耗預測模型在維達紙 業(yè)從 2018年 10月 7日到 2018年 10月 8日的預測結(jié)果 與實際應用的能耗曲線。 能耗智能預測，使企業(yè)能科學合理地采購和應用 能源。該平臺應用后，每條生產(chǎn)線每年節(jié)能約40萬元。 （2） 智能用電設備調(diào)度 維達紙業(yè)利用數(shù)據(jù)化運營平臺讀取的實時數(shù)據(jù)， 應用平臺內(nèi)基于智能優(yōu)化算法建立的多目標用電調(diào)度 模型，根據(jù)模型計算的調(diào)度信息實時控制生產(chǎn)過程設 備的運行。該模型解決了生產(chǎn)工段間歇性用電設備在 滿足生產(chǎn)需求的前提下，智能 （自主） 地實現(xiàn)錯峰用 電，解決了降低成本的問題。該模型已用于維達紙業(yè) （浙江） 有限公司的 2 條生產(chǎn)線上，每條生產(chǎn)線一年 可節(jié)約大約10萬元的用電成本。圖9為設備用電智能 調(diào)度結(jié)果示意圖。 （3） 紙幅干燥過程運行優(yōu)化節(jié)能 紙幅干燥過程是造紙過程蒸汽能耗最大的過程， 優(yōu)化節(jié)能的潛力大。在維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺中配 圖8 能耗智能預測 圖9 設備用電智能調(diào)度 ·10· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 有基于機理+數(shù)據(jù)驅(qū)動方法建立的干燥部運行優(yōu)化模 型，其中有基于智能方法建立的軟測量模型，用于解 決紙幅干燥過程中關鍵過程參數(shù)無法直接測量的問 題，包括烘缸表面溫度、橫幅溫度、橫幅濕度、氣罩 排風溫度和濕度等。利用機理+數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法建立 的干燥部運行優(yōu)化模型，可智能地解決紙幅存在的過 干燥和干燥不足的問題，解決紙幅干燥過程在線實時 運行優(yōu)化問題，從而既保證了紙幅的質(zhì)量指標又降低 了干燥部蒸汽和電的耗用量，節(jié)約了成本。實踐應用 證明，平臺的干燥部智能優(yōu)化能力可為維達紙業(yè)節(jié)約 9%的噸紙汽耗。圖10為維達紙業(yè)的紙幅干燥過程運 行優(yōu)化節(jié)能結(jié)果示意圖。 （4） 紙張物理性能指標的實時預測 紙張物理性能指標關系到紙張的合格率。但許多 的紙張物理性能指標無法在線測量，或者要采用破壞 性的取樣離線測量，既影響紙張的成品率，又難以實 時快速的測量。在維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺中配有基 于大數(shù)據(jù)和智能算法建立的紙張物理性能指標 （包括 松厚度、抗張強度和柔軟度等） 的軟測量模型。該軟 測量模型能夠在線直接測量出紙張的物理性指標，解 決了許多物理指標檢測需破壞性采樣且離線檢測、測 試周期長、結(jié)果反饋滯后、檢測樣品人為因素影響、 不具有代表性等問題，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量的實時監(jiān) 測，為產(chǎn)品質(zhì)量的在線運行優(yōu)化提供實時快速的數(shù)據(jù) 依據(jù)。平臺中建立的紙張物理指標軟測量模型的精準 度均在 95% 以上，達到了當前軟測量方法達到的精 準度要求。圖 11 為紙張抗張強度的軟測量實時預測 結(jié)果示意圖。 （5） 智能優(yōu)化排產(chǎn) 在維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺中配有基于多目標混 合優(yōu)化算法建立的排產(chǎn)優(yōu)化模型。該優(yōu)化模型能夠幫 助維達紙業(yè)在緊急銷售訂單進來時，平臺系統(tǒng)可提供 緊急插單管理功能，根據(jù)緊急銷售訂單重排生產(chǎn)計劃 和排產(chǎn)結(jié)果，平臺可給出最合適生產(chǎn)的紙機的選擇和 插單時間的選擇。一旦插單選擇明確，平臺系統(tǒng)會根 據(jù)排產(chǎn)優(yōu)化模型算出的插單結(jié)果，給出最新的排程建 議。圖12為智能排產(chǎn)結(jié)果示意圖。與人工排產(chǎn)相比， 排產(chǎn)優(yōu)化模型時間縮短6.8%，成本降低4.2%。 圖10 紙幅干燥過程運行優(yōu)化節(jié)能結(jié)果 圖11 紙張抗張強度實時預測結(jié)果 ·11· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 維達紙業(yè)數(shù)據(jù)化運營平臺已在公司的廣東、浙 江、湖北等 8 個生產(chǎn)基地的 80 余條生產(chǎn)線上應用上 線，通過數(shù)據(jù)分析挖掘出 88 項潛力點，累計增效 2400余萬元。投入產(chǎn)出回報約 1~1.5年。 4 結(jié) 論 4. 1 造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級是造紙產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重 要組成部分，是造紙產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的必經(jīng)之路。隨 著造紙業(yè)生產(chǎn)過程和市場變化復雜性的提高和不確定 性的增加，傳統(tǒng)的以數(shù)學模型驅(qū)動的自動化技術(shù)已難 以滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。伴隨著以 5G 網(wǎng)絡、工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)人工智能為代表的新一代信息技術(shù)的 快速發(fā)展，造紙企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級成為可能。 4. 2 造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型大體可以分為兩個實施階段， 第一個階段（初級階段）是實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化運營，核心 是要實現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡化及工業(yè)數(shù)據(jù)的價值化；第二 個階段（高級階段）是實現(xiàn)企業(yè)智能化生產(chǎn)，核心是要 實現(xiàn)企業(yè)的“三個閉環(huán)優(yōu)化”，即面向設備運行和生產(chǎn) 過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產(chǎn)運營決策的閉環(huán)優(yōu)化，以及 面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產(chǎn)品服務優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、 全價值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，實現(xiàn)裝備智能化、生產(chǎn)過程智能 化、供應鏈智能化以及生產(chǎn)鏈的智能重組以及自主決 策。每個企業(yè)智能化的未來目標雖然不盡相同，但是每 個企業(yè)都應根據(jù)自己的未來發(fā)展規(guī)劃，盡早進行布局， 可以從企業(yè)最關心的基礎痛點問題入手，比如先用數(shù)據(jù) 化手段解決操作人員的效率提升、產(chǎn)品配方優(yōu)化和節(jié)能 等問題，企業(yè)管理步入正規(guī)化后，引入數(shù)據(jù)化運營系 統(tǒng)，在此基礎上逐步實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。 4. 3 維達紙業(yè)的應用實踐證明，被國家工信部評為 2019 年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范項目的廣州博依特智能 信息科技有限公司研發(fā)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微服務架構(gòu)下 的基礎材料行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運營解決方案”具有明顯 的應用推廣價值，為造紙工業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)字化網(wǎng)絡化，打 通企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)單元之間以及上下游各個企業(yè)間的信 息壁壘，實現(xiàn)工廠內(nèi)部的協(xié)作提供了技術(shù)支持，為大 量造紙工業(yè)的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的采集、實時處理以及存 儲提供了技術(shù)支持。研發(fā)了許多適用于造紙行業(yè)大數(shù) 據(jù)應用模型、優(yōu)化模型和工業(yè)軟件，構(gòu)建了造紙企業(yè) 數(shù)據(jù)化運營平臺，為企業(yè)處理和分析工業(yè)大數(shù)據(jù)提供 了技術(shù)支持，取得了較好的效果。 4. 4 企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型升級是第四次工業(yè)革命的重 要內(nèi)容，既是一次技術(shù)突破和企業(yè)重構(gòu)，又是一種技 術(shù)思維方式的轉(zhuǎn)變，要用大系統(tǒng)的思維方法去思考問 題，要用跨界集成、協(xié)同創(chuàng)新的數(shù)據(jù)互聯(lián)思路去尋找 解決問題的方法，要用閉環(huán)優(yōu)化的技術(shù)手段去提高企 業(yè)效益，實現(xiàn)預期目標。因此，造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型 升級的實現(xiàn)必然是一個較漫長的過程，每個企業(yè)都需 根據(jù)自身業(yè)務需要， 遵循“做好規(guī)劃，抓住重點； 跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新；分類指導，先易后難；效益導 向，穩(wěn)妥實施”的原則，早日做出相應的努力，才能 早日實現(xiàn)企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。 參 考 文 獻 ［1］ China Paper Association，China Technical Association of Paper Industry. 圖12 智能排產(chǎn)結(jié)果示意圖 ·12· 造紙工業(yè)智能化 《中國造紙》2020 年第 39 卷 第 8 期 White paper on sustainable development of China's paper industry［R］. 2019. http：//www. chinappi. org/reps/20190226104141217819. html. 中國造紙協(xié)會，中國造紙學會. 中國造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展白皮書［R］. 2019. http：//www. chinappi. org/reps/20190226104141217819. html. ［2］ Xinhua News Agency. Xi Jinping chaired the 14th meeting of the Central Committee for Comprehensive Deepening Reforming［N］. Xi? nhua Net，2020. http：//www. xinhuanet. com/politics/leaders/2020- 06/30/c_1126179095. htm？tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg. 新華社 . 習近平主持召開中央全面深化改革委員會第十四次會 議［N］. 新華網(wǎng)，2020. http：//www. xinhuanet. com/politics/leaders/ 2020-06/30/c_1126179095. htm？tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg. ［3］ AN Xiaopeng. Refactoring-The Logic of Digital Transformation［M］. Beijing：Pubulishing House of Electronics Industry，2019. 安筱鵬 . 重構(gòu)-數(shù)字化轉(zhuǎn)型的邏輯［M］. 北京：電子工業(yè)出版社， 2019. ［4］ LI Jigeng，LIU Huanbin，LI Jing，et al. Contemporary Integrated Processing System of Modern Paper Industry［J］. China Pulp & Pa? per，2003，22（4）：35. 李繼庚，劉煥彬，李 靖，等 . 造紙工業(yè)現(xiàn)代集成過程系統(tǒng)應用 研究［J］，中國造紙，2003，22（4）：35. ［5］ LIU Huanbin，LI Jigeng. Reflect on Industry 4. 0 and How to Build the Smart Paper-enterprise［J］. Paper Science and Technology， 2016，35（3）：1. 劉煥彬，李繼庚. 工業(yè)4. 0及構(gòu)建智能造紙企業(yè)的思考［J］. 造紙 科學與技術(shù)，2016，35（3）：1. ［6］ LIU Huanbin. Thoughts about the Development and Innovation-driv? en of China Paper Industry［J］. Paper Science and Technology， 2018，37（1）：1. 劉煥彬 . 新時代下我國造紙工業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新驅(qū)動的幾點思考 ［J］. 造紙科學與技術(shù)，2018，37（1）：1. ［7］ ZHOU Yanming，LIU Huanbin，LI Jigeng. Optimization Methods and Case Study of Energy-using in Papermaking Process［J］. Trans? actions of China Pulp and Paper，2014，29（2）：43. 周艷明，劉煥彬，李繼庚 . 造紙過程用能優(yōu)化方法及應用案例 ［J］. 中國造紙學報，2014，29（2）：43. ［8］ ZHOU Yanming，LIU Huanbin，LI Jigeng. The Dryer Section Model? ing Based on Integrated Analysis of Material，Energy and Exergy Flows［J］. Transactions of China Pulp and Paper，2014，29（1）：33. 周艷明，劉煥彬，李繼庚. 集成物流能流和?流分析的紙機干燥 部建模［J］. 中國造紙學報，2014，29（1）：33. ［9］ LIU Huanbin，LI Jigeng. The Key Technologies and Implementation Cases of Building Intelligent Paper mills［J］. China Pulp and Paper Industry，2016，37（21）：36. 劉煥彬，李繼庚 . 構(gòu)建智能漿紙企業(yè)的關鍵技術(shù)與實施案例 ［J］. 中華紙業(yè)，2016，37（21）：36. ［10］ LIU Huanbin. Questions and answers about the technology develop? ment of“Internet + Industrial Energy-saving”［C］// China Technical Association of Paper Industry. Proceedings of China Pulp and Paper Automation Technology and Intelligent Manufacturing Symposium in 2019. 2019. 劉煥彬 . 關于“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)節(jié)能”技術(shù)研發(fā)與應用的問與答 ［C］// 中國造紙學會. 2019中國制漿造紙自動化技術(shù)與智能制造 研討會論文集. 2019. ［11］ LI Jigeng，LIU Huanbin，HONG Mengna. Research and Practice of Intelligent Energy System Model for Papermaking Enterprises ［C］// China Technical Association of Paper Industry. Proceedings of the 17th Annual Conference of China papermaking society. 2016. 李繼庚，劉煥彬，洪蒙納 . 造紙企業(yè)智慧能源系統(tǒng)模型初探與 實踐［C］// 中國造紙學會. 中國造紙學會第十七屆學術(shù)年會論文 集. 2016. ［12］ WANG Bo，LI Youming，LI Jigeng. Delicacy Management Based on Informatization for Tissue Paper Enterprises——A Case Study for the Manufacturing Execution System of VINDA［J］. China Pulp & Paper，2019，38（1）：78. 王 波，李友明，李繼庚 . 企業(yè)信息化助力生活用紙生產(chǎn)過程 精細化管理［J］. 中國造紙，2019，38（1）：78. ［13］ CHEN Xiaobin，LI Jigeng，LIU Huanbin，et al. Energy system diagnosis of paper-drying process： Part 2. A model-based estimation of energy-saving potentials［J］. Drying Technology， 2015，34（10）：1219. ［14］ ZHANG Dinghua. Research on Energy saving and optiminzation model of Papermaking Process based on Muti-Agent［D］. Guang? zhou：South China University of Technology，2012. 張鼎華 . 基于多 Agent 技術(shù)的造紙過程節(jié)能優(yōu)化建模的研究 ［D］. 廣州：華南理工大學，2012. ［15］ ZHANG Yanzhong. Study on Energy Consumption Abnormality Di? agnosis in Energy System of Papermaking Process Based on Datadriven Technique［D］. Guangzhou：South China University of Tech? nology，2017. 張燕忠. 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的造紙過程能量系統(tǒng)能耗異常診斷研究 ［D］. 廣州：華南理工大學，2017. ［16］ ZENG Zhiqiang. Study on Key Techniques of APS System for Agile Manufacturing in Tissue Papermaking Enterprises［D］. Guang? zhou：South China University of Technology，2018. 曾志強. 面向生活用紙企業(yè)敏捷制造的APS系統(tǒng)關鍵技術(shù)研究 ［D］. 廣州：華南理工大學，2018. ［17］ Allience of Industrial Internet. Industrial Internet Architecture （2019）［R］. Industrial Internet，2020. http：//www. miit. gov. cn/ n973401/n5993937/n5993968/c7886657/content. html. 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（2020）［R］. 工業(yè)互 聯(lián) 網(wǎng) ， 2020. http：//www. miit. gov. cn/n973401/n5993937/ n5993968/c7886657/content. html. ［18］ LIU Jingwei. Thoughts about the Development of intelligent operation for paper mills［J］. China Pulp and Paper Industry，2019，40（13）：176. 劉靖偉 . 發(fā)展造紙廠智能化運營的幾點思考［J］. 中華紙業(yè)， 2019，40（13）：176. ［19］ FOUMANI Hossein Besharati，LOHTANDER Mika，VARIS Mika. Intelligent process planning for smart manufacturing systems：a stateof-the-art review［J］. Procedia Manufacturing，2019，38：156. ［20］ PHUYAL Sudip，BISTA Diwakar，BISTA Rabindra. Challenges， Opportunities and Future Directions of Smart Manufacturing：A State of Art Review［J］. Sustainable Futures，2020，2：100023. ［21］ XIANG Hongyu，XIAO Yangwen，ZHANG Xian，et al. Edge com? puting and network slicing technology in 5G［J］. Telecommunica? tions Science，2017，33（6）：54. 項弘禹，肖揚文，張 賢，等 . 5G 邊緣計算和網(wǎng)絡切片技術(shù) ［J］. 電信科學，2017，33（6）：54. ［22］ TU Yucheng，YANG Zheng，F(xiàn)U Songnian，et al. Latency-efficient code-division multiplexing（CDM）based carrier aggregation for 5G NR mobile fronthaul［J］. Optics Communications，2020，472：126051. ［23］ ZHAO Min，NING Zhenbo. Software Defined Manufacturing［M］. Beijing：China Machine Press，2020. 趙 敏，寧振波. 鑄魂-軟件定義制造［M］. 北京：機械工業(yè)出版 社，2020.