中國造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級路徑的探討與實(shí)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(gè)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(dá)客戶的產(chǎn)業(yè)鏈聚合 為新的業(yè)態(tài)，更精準(zhǔn)、更快速地滿足客戶需求。在新 的產(chǎn)業(yè)集群中，重塑的價(jià)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(qiáng)的企業(yè)將是整合資源能力的 強(qiáng)者，將有機(jī)會引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)集群為客戶提供更好的服 務(wù)，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(dòng)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(dòng)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(guān)于深化新一代信息技術(shù) 與制造業(yè)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》[2] ，文件指出要加快 推進(jìn)新一代信息技術(shù)和制造業(yè)融合發(fā)展，順應(yīng)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(luò)化、智能化發(fā)展水平。產(chǎn)業(yè)實(shí) 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(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型重構(gòu)。以5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(dòng)、軟件定 義、平臺支撐、組織重構(gòu)新時(shí)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(shí)現(xiàn)向數(shù)字化、信息 化、智能化轉(zhuǎn)型升級，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)的提質(zhì)增效、精準(zhǔn) 服務(wù)，打破產(chǎn)業(yè)鏈資源優(yōu)化配置空間和時(shí)間的約束， 增加新的價(jià)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(jī)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(yīng)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(yīng) 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(biāo)、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(jià)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(luò)化、智能化方面的研究成果和在企業(yè)中的實(shí)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(jià)值 造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級，是建立在高度自動(dòng)化 基礎(chǔ)之上的。以數(shù)學(xué)模型為推動(dòng)力的自動(dòng)化技術(shù)在促 進(jìn)造紙工業(yè)大發(fā)展的同時(shí)，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(dòng)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(fù)雜 生產(chǎn)過程和市場需求的快速應(yīng)變和優(yōu)化能力。以大數(shù) 據(jù)驅(qū)動(dòng)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(jìn)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(yīng)市場需求變化。實(shí)現(xiàn)企業(yè) 智能化有賴于新一代信息技術(shù)，主要包括實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)化的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)、實(shí)現(xiàn)解決數(shù)據(jù)超高速 率、超大容量以及超低時(shí)延的 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)價(jià)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(shí)體經(jīng)濟(jì)數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)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(shí)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(jià)值鏈、支撐工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān) 鍵基礎(chǔ)設(shè)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(luò)、數(shù)據(jù)、安全三大技術(shù)體系組成， 其中“網(wǎng)絡(luò)”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(chǔ)，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的核心驅(qū)動(dòng)，“安 全”是網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應(yīng)用的重要保障。基于三 大體系，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)構(gòu)建三大優(yōu)化閉環(huán)，如圖1 所示，面向機(jī)器設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)過程優(yōu)化的閉環(huán)①， 面向生產(chǎn)運(yùn)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(wù)優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈 的閉環(huán)③，并進(jìn)一步形成智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、 個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等四大應(yīng)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(wù)”[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(jià)值缺失 造紙產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了供應(yīng)商、造紙企業(yè)、銷售商和 消費(fèi)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(jià)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(dòng)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(dòng)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(yùn)行中 并沒有將這些子系統(tǒng)進(jìn)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(hù)工作量和出錯(cuò) 機(jī)會，每個(gè)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(gè)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(hù)、運(yùn)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(jià)值。 （2） 造紙企業(yè)不適應(yīng)消費(fèi)者對紙品多樣化和定制 化的需求。隨著消費(fèi)水平的提高和消費(fèi)觀念的變化， 消費(fèi)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(fù)雜度去適應(yīng)消費(fèi)者的需求，這樣不 僅增加了生產(chǎn)的復(fù)雜度，而且提高了生產(chǎn)成本。同時(shí) 隨著產(chǎn)品定制化的快速發(fā)展，增加生產(chǎn)線長度和復(fù)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(shí)了解當(dāng)前消費(fèi)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(yīng)市場的新變化。銷售商依據(jù) 往年的銷售量制定進(jìn)貨計(jì)劃，因此進(jìn)貨較為固定。市 場的實(shí)際情況是由于消費(fèi)方式的不同，例如網(wǎng)購、網(wǎng) 絡(luò)帶貨等方式的出現(xiàn)，不同產(chǎn)品的銷售量會有大幅波 動(dòng)，使供應(yīng)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(fèi)者與銷售量之間的更深層次關(guān)系，提前預(yù)測 銷售量和進(jìn)貨計(jì)劃，可以提高供應(yīng)鏈調(diào)度速度和效益。 （4） 造紙企業(yè)自身很難解決設(shè)備的運(yùn)維問題。生 產(chǎn)過程中存在頻繁的非計(jì)劃停機(jī)，大部分屬于設(shè)備故 障。為了保障設(shè)備運(yùn)維，工廠不得不花費(fèi)巨大的人力 成本。另外，自身運(yùn)維的時(shí)滯性也降低了造紙生產(chǎn)過 程的效率。因此，對于設(shè)備供應(yīng)商而言，提供服務(wù)型 制造，保障客戶設(shè)備正常運(yùn)維，既能為造紙廠帶來提 高生產(chǎn)過程效率而產(chǎn)生的價(jià)值，又能為設(shè)備供應(yīng)商帶 來服務(wù)型制造的新價(jià)值。 1. 1. 2 應(yīng)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(jià)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(shè)備、生產(chǎn)線、產(chǎn)品和供應(yīng)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(shè)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(dòng)整個(gè)制造過程和制造服務(wù)體系智能化， 實(shí)現(xiàn)制造業(yè)和服務(wù)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(jià)值鏈中各種要素資 源能夠高效共享，創(chuàng)造新的價(jià)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(zhǔn)、實(shí)時(shí)、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(yīng)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(jī)器設(shè)備、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、產(chǎn)品模型、生 產(chǎn)過程及運(yùn)行環(huán)境中的海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到平臺上， 實(shí)現(xiàn)物理世界隱性數(shù)據(jù)的顯性化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí) 性、完整性、準(zhǔn)確性和共享性，為解決“信息孤島” 和實(shí)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(chǔ)。工業(yè)大數(shù)據(jù)不僅是企業(yè)智能化的基礎(chǔ)，而且在 工業(yè)大數(shù)據(jù)中隱藏著許多可創(chuàng)造價(jià)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(yàn)和知識 的模型化、軟件化、復(fù)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(yàn)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(jī)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(jìn)行分 析、挖掘、展現(xiàn)，實(shí)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(dòng)流動(dòng)，解決復(fù)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(shí)間傳遞給正確的人和生產(chǎn)過程裝備， 實(shí)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(jià)值。 （3） 實(shí)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(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理和優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量 檢測、企業(yè)運(yùn)營決策、設(shè)備預(yù)測性維護(hù)，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(jìn)的制造業(yè)生態(tài)。 1. 2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 實(shí)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(yīng)用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等 通信技術(shù)，使企業(yè)具備將人、機(jī)、物等有機(jī)聯(lián)通的環(huán) 境?；ヂ?lián)互通成熟度的提升是從設(shè)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(luò)基礎(chǔ)和通信環(huán)境建設(shè)是企業(yè)智能化的重要基礎(chǔ)設(shè) 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(luò)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(chǔ)和環(huán)境。 1. 2. 1 當(dāng)前制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)環(huán)境的短板 當(dāng)前制造業(yè) （包括造紙行業(yè)） 的網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行采集、存儲和實(shí)時(shí)處理，也無法做到大 量數(shù)學(xué)模型、智能算法同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算，存在時(shí)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(fù)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(shí)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(dāng)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(jì)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(dòng)。 1. 2. 2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用為造紙智能化升級提供了 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ) 5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的商用化，為上述問題提供了解決 方案，可實(shí)現(xiàn)“人與人，人與物，物與物”之間實(shí)時(shí) 的萬物移動(dòng)互聯(lián)。因?yàn)?5G 技術(shù)具有超高速率、超大 容量以及超低時(shí)延的優(yōu)勢，5G 技術(shù)能夠?yàn)樵旒堉悄? 升級提供以下幫助： （1） 突破物聯(lián)網(wǎng)的成本門檻 應(yīng)用具有高速率、高可靠性、低時(shí)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(fù)雜的線纜進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的傳輸，實(shí)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(hù)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(luò)的連續(xù)覆 蓋，許多設(shè)備可以裝上輪子 （或其他裝置） 在工廠里 移動(dòng)，按需到達(dá)各個(gè)地點(diǎn)，為造紙過程靈活調(diào)整設(shè)備 位置、靈活分配任務(wù)的柔性生產(chǎn)線創(chuàng)造了條件。 （2） 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的信息傳送 實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的信息傳送，為實(shí)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(chǔ)。例如，實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確的信息傳送， 為實(shí)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(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)-信息-知識-決策”的迭代，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù) 的有序自動(dòng)流動(dòng)和閉環(huán)解決復(fù)雜制造系統(tǒng)面臨的各種 不確定性奠定了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)。 另外，5G網(wǎng)絡(luò)帶來IoT，使萬物互聯(lián)、萬物信息 交互，使得造紙企業(yè)的設(shè)備維運(yùn)實(shí)現(xiàn)突破工廠邊界。 隨著更多設(shè)備、更多部件被連入 5G 網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備和零 部件的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)送到供應(yīng)商，通過供應(yīng)商進(jìn)行 專業(yè)的故障預(yù)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(shè)備供應(yīng)商可通過 5G 網(wǎng)絡(luò)第一時(shí)間獲 取故障信息，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) （Virtual Reality， VR） 等指導(dǎo)工廠實(shí)時(shí)處理，越來越多的問題可通過 在線方式解決。降低了供應(yīng)商的人工成本，同時(shí)也減 少了企業(yè)設(shè)備的運(yùn)維成本和縮短了設(shè)備的維修時(shí)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(dòng)力是工業(yè)大數(shù)據(jù)，而工 業(yè)大數(shù)據(jù)的價(jià)值應(yīng)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(shí)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(guān)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(shè)計(jì)、智能化生 產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造、智能化服務(wù)、個(gè)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(shè)計(jì)中，通 過大數(shù)據(jù)+模型技術(shù)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè) 計(jì)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(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)制造中人機(jī)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(yù)測準(zhǔn)確率，綜合優(yōu)化生產(chǎn)效率； 在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造中，工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型技術(shù)可以實(shí) 現(xiàn)智能管理的應(yīng)用，如產(chǎn)品全生命周期管理、客戶關(guān) 系管理、供應(yīng)鏈管理、產(chǎn)供銷一體等，達(dá)到過程協(xié)同 與透明化；在智能化服務(wù)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(jìn)行集成貫 通，可以支撐以個(gè)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(yīng)用是要通過工業(yè)軟件去實(shí) 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(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)管理、 生產(chǎn)調(diào)度和過程控制水平的相關(guān)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(wù)，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(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù) 的系統(tǒng)集成和信息貫通，實(shí)現(xiàn)工廠從底層到上層的信 息貫通，推動(dòng)工廠內(nèi)“信息孤島”聚合為“信息大 陸”。工業(yè)軟件承擔(dān)著對各類工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、集 成、分析和應(yīng)用的重要功能，是工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)體系 中負(fù)責(zé)優(yōu)化、仿真、呈現(xiàn)、決策等關(guān)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(yīng)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(chǔ) 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(chǔ)薄弱 主要表現(xiàn)在：①生產(chǎn)過程變量和設(shè)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(shè)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(rèn)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(yàn) （knowhow） 等是通過物化 （書本、圖紙和人體介質(zhì)） 承載 和表達(dá)的，用物傳人、人傳人的方式傳遞應(yīng)用，稱為 “物化知識”?！拔锘R”受到時(shí)間和空間的巨大限 制，難以適應(yīng)智能制造的要求。因此實(shí)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(fù)雜，人們應(yīng)對復(fù) 雜系統(tǒng)的駕馭能力將成為制約技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)發(fā)展的 瓶頸。雖然造紙過程自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)過程中設(shè)備 和過程的操作運(yùn)維等還高度依賴個(gè)人，企業(yè)所關(guān)心的 訂單滿足率、及時(shí)率、產(chǎn)能浪費(fèi)、原材料庫存等關(guān)鍵 指標(biāo)，還是按照個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行排產(chǎn)和調(diào)度，而個(gè)人 的知識經(jīng)驗(yàn)還處于“物化知識”階段，導(dǎo)致工作量 大，易出錯(cuò)，需要花大量時(shí)間對人員進(jìn)行培訓(xùn)。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(shí)現(xiàn)閉環(huán)優(yōu)化，將能自動(dòng)地完成上 述任務(wù)，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(dòng)的數(shù)據(jù)優(yōu) 化閉環(huán)去實(shí)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(gè)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(yàn)知識，對過程行為 特征和因果關(guān)系進(jìn)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(jià)值轉(zhuǎn)化，形成工業(yè)數(shù)字化應(yīng)用核心功能，主要包 括分析、描述、診斷、預(yù)測、指導(dǎo)及應(yīng)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(yīng)用的優(yōu)化閉環(huán)，以數(shù)據(jù)分析決策為核心，實(shí)現(xiàn)面向 不同工業(yè)場景的智能化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定 制和服務(wù)化延伸等智能應(yīng)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(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)過程的閉環(huán)優(yōu)化控 制，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，達(dá)到生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)面向生產(chǎn)運(yùn)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(wù)優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值 鏈的決策閉環(huán)優(yōu)化，通過精準(zhǔn)預(yù)測市場需求、個(gè)性化 定制和服務(wù)化延伸等智能化技術(shù)，由標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全面監(jiān)控，嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì) 量。智能檢測設(shè)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(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集并分析，利用已有的數(shù)據(jù) 庫信息對殘次品進(jìn)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(yīng)用工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡(luò)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(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)高效協(xié)同、資源優(yōu)化配置，解決整個(gè)制造產(chǎn)業(yè) 鏈中人、設(shè)備等各個(gè)環(huán)節(jié)之間存在的各種協(xié)作優(yōu)化問 題，實(shí)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(yīng)遵循的原則 我國大多數(shù)造紙企業(yè)仍處于基礎(chǔ)自動(dòng)化階段，傳 統(tǒng)自動(dòng)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(wù)尚處于發(fā)展初期。隨著 我國智能制造的推進(jìn)，整體解決方案的市場規(guī)模將加 速增長，經(jīng)過市場驗(yàn)證的解決方案成熟度將進(jìn)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(diǎn)；跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新；分類 指導(dǎo)，先易后難；效益導(dǎo)向，穩(wěn)妥實(shí)施”的原則。 （1） 做好規(guī)劃，抓住重點(diǎn)。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(guān)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(yīng)用推 廣過程中，應(yīng)該走跨界集成、協(xié)同創(chuàng)新之路，要主動(dòng) 與相關(guān)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(wù)公 司的發(fā)展。 （3） 分類指導(dǎo)，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(shí)現(xiàn)。 首先，要釆取有效措施提高企業(yè)自動(dòng)化水平和裝備水 平，走完工業(yè)3. 0的路程。其次，在基礎(chǔ)較好的造紙 企業(yè)，要主動(dòng)融入工業(yè)智能化技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，主動(dòng) 推廣應(yīng)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(xì)化和優(yōu)化管理水平手 段，在此基礎(chǔ)上逐步提高智能化水平。 （4） 效益導(dǎo)向，穩(wěn)妥實(shí)施。實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化是一 個(gè)漸進(jìn)過程。而且是在原有自動(dòng)化水平的基礎(chǔ)上完善 和發(fā)展的，要一步一個(gè)腳印，以效益為導(dǎo)向，穩(wěn)妥 實(shí)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(shí)，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(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。 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(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化網(wǎng) 絡(luò)化，提高數(shù)據(jù)化運(yùn)營能力；高級階段是指真正實(shí)現(xiàn) 智能化工廠。 在初級階段，造紙企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，不斷 提升企業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(dāng)前的業(yè)務(wù)痛點(diǎn)為切入 點(diǎn)，逐步實(shí)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(luò)化，在此基礎(chǔ)上形成適應(yīng)自身需求和特點(diǎn) 的數(shù)據(jù)化運(yùn)營優(yōu)勢，達(dá)到提高企業(yè)運(yùn)營效率的目標(biāo)。 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(biāo)。通過企業(yè)在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)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(jìn)而構(gòu)建企業(yè)工 業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，實(shí)現(xiàn)如圖 1和圖 2所示的面向設(shè)備運(yùn) 行和生產(chǎn)過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產(chǎn)運(yùn)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(wù)優(yōu)化 的全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，進(jìn)一步形成智能 化生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等四 大應(yīng)用模式，以達(dá)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(biāo)。技術(shù)核心 是如何應(yīng)用“工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型 （工業(yè)軟件） +應(yīng)用” 技術(shù)去實(shí)現(xiàn)上述的三個(gè)“閉環(huán)優(yōu)化”。 2. 2. 1 初級階段：逐步實(shí)現(xiàn)和完善企業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營 數(shù)據(jù)化運(yùn)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(xué)、準(zhǔn)確和專 業(yè)的數(shù)據(jù)解決和應(yīng)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(jià)值鏈，以提高企業(yè)的 效益。在造紙企業(yè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)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(luò)將相關(guān)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(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營打下堅(jiān) 實(shí)的基礎(chǔ)。 ·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(yùn)營平臺具有如下幾個(gè)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(yùn)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(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、云 （存儲+計(jì)算）、工業(yè)安全等 基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建和集成應(yīng)用。 （2） 具有業(yè)務(wù)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(jī)、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(yù)測模型以及物料估算模型，實(shí)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(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境關(guān)鍵參數(shù) （例如溫度、濕度等） 的實(shí)時(shí)采 集；對無法檢測的質(zhì)檢數(shù)據(jù)建立軟測量裝置，實(shí)現(xiàn)所 有質(zhì)檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)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(guān)聯(lián)關(guān)系，建立關(guān)聯(lián)規(guī)則，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分 類存儲，實(shí)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(wù)化功能。根據(jù)企業(yè)的需求， 把累積大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(wù)。 2. 2. 2 高級階段：逐步實(shí)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(shí)現(xiàn) 企業(yè)智能化的核心技術(shù)載體，企業(yè)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(gè)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(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化。 圖 3 所示是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)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(wù)技術(shù)、建模與應(yīng)用技術(shù)和信息 安全技術(shù)等6項(xiàng)技術(shù)集成。 其中，工業(yè)微服務(wù)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(wù)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(chǔ) 工藝、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等規(guī)則化、軟件化、模塊化，并封裝 為可重復(fù)使用的組件。同時(shí)，面向特定工業(yè)應(yīng)用場 景，對海量工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘，能夠快速 建立可復(fù)用、可固化的智能應(yīng)用模型。另外，在工業(yè) 技術(shù)、知識、經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行反復(fù)迭 代、學(xué)習(xí)、分析、計(jì)算等大數(shù)據(jù)挖掘，可以回答生產(chǎn) 過程 4 個(gè)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(yù)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(dòng)過程閉環(huán)優(yōu) 圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺關(guān)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(gè)生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或生產(chǎn)線的在 線設(shè)計(jì)，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(yùn)行優(yōu)化 結(jié)果，將優(yōu)化后的參數(shù)傳傳輸給實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)柔性化 新型人機(jī)交互，工業(yè)大數(shù)據(jù)，以成本和能耗最低為目 標(biāo)，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(jì)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(shí)現(xiàn)用優(yōu)化后 結(jié)果閉環(huán)優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度。另外，可實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈優(yōu)化： 基于造紙企業(yè)數(shù)據(jù)運(yùn)營能力，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)上下游優(yōu)化協(xié) 同生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)決策數(shù)字化協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制 造企業(yè)設(shè)備云端服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營及生產(chǎn)能力 上云協(xié)同。實(shí)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(zhǔn)時(shí)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(gè)產(chǎn)業(yè)鏈 元素的價(jià)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(zhǔn)地對接，形成 一個(gè)智能化的經(jīng)濟(jì)體。 3 在維達(dá)紙業(yè)的實(shí)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(xué)合作，在維 達(dá)紙業(yè)進(jìn)行了企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的探索與實(shí)踐。維達(dá)紙 業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了工廠數(shù)據(jù)化運(yùn)營部分智能化運(yùn)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(dá)紙業(yè)的實(shí)踐為案例，介紹數(shù)據(jù)化運(yùn)營以及智 能化運(yùn)營在造紙企業(yè)的應(yīng)用以及給企業(yè)帶來的具體 價(jià)值。 3. 1 博依特公司工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(yùn)營平臺 （POI-CLOUD 3.5） 是為解決企業(yè)運(yùn)營過程中的復(fù)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(yùn)營能力涵蓋了造紙企業(yè)的點(diǎn)-線-面，如圖 4 所示。 工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺的核心技術(shù)是數(shù)據(jù)化運(yùn) 營平臺微服務(wù)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(yùn)營平臺微服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)及其特點(diǎn)。 博依特公司自主研發(fā)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)微服務(wù)架構(gòu) 下的基礎(chǔ)材料行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(diǎn)示范項(xiàng)目，已在 全國造紙、陶瓷、水泥等行業(yè)推廣應(yīng)用。 3. 2 數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺在維達(dá)紙業(yè)的應(yīng)用 在博依特公司POI-CLOUD3. 5的基礎(chǔ)上，博依特 公司與維達(dá)紙業(yè)共同開發(fā)了適用于維達(dá)紙業(yè)的數(shù)據(jù)化 運(yùn)營平臺。維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(shí) 時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)化運(yùn)營系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過 程的數(shù)據(jù)化運(yùn)營和部分過程的智能化。 在維達(dá)紙業(yè)運(yùn)行的博依特公司工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運(yùn) 營平臺 （POI-CLOUD 3. 5） 的主要功能如圖6所示。 圖7所示為維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺現(xiàn)場技術(shù)路 圖4 數(shù)據(jù)化運(yùn)營能力涵蓋了造紙企業(yè)的點(diǎn)-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(yùn)營平臺微服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)及其特點(diǎn) 圖6 數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺（POI-CLOUD 3.5）的主要功能 圖7 維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(dá)紙業(yè)企業(yè)端的數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和邊 緣計(jì)算設(shè)備等組成的復(fù)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(yùn)營平臺，經(jīng)平臺內(nèi)各類模型軟件的 分析和優(yōu)化計(jì)算后的信息送工業(yè)交互 （POI-II2. 0） 和管理信息系統(tǒng)應(yīng)用和顯示。 為了集中實(shí)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(guān)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(jìn)行實(shí)時(shí)處理 和存儲。然后利用這些沉淀的過程參數(shù)，對于不能實(shí) 現(xiàn)在線測量的生產(chǎn)過程關(guān)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(shè)備管理系統(tǒng)，建立了 能源在線管理、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、物聯(lián)管理、設(shè)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(shí)現(xiàn) 了生產(chǎn)過程的能耗、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(jìn)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(yùn)行優(yōu)化提供參考。 3. 3 維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺的應(yīng)用效果 數(shù)據(jù)化運(yùn)營及智能化運(yùn)營平臺在維達(dá)紙業(yè)的多年 應(yīng)用，給企業(yè)帶來如下明顯的效果和價(jià)值。 （1） 能耗智能預(yù)測 維達(dá)紙業(yè)利用數(shù)據(jù)化運(yùn)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(shí)基于智能混合算法建立了造紙過程能耗預(yù)測模 型。預(yù)測模型的預(yù)測趨勢和實(shí)際基本一致，預(yù)測模型 的精準(zhǔn)度在97%以上。圖8為能耗預(yù)測模型在維達(dá)紙 業(yè)從 2018年 10月 7日到 2018年 10月 8日的預(yù)測結(jié)果 與實(shí)際應(yīng)用的能耗曲線。 能耗智能預(yù)測，使企業(yè)能科學(xué)合理地采購和應(yīng)用 能源。該平臺應(yīng)用后，每條生產(chǎn)線每年節(jié)能約40萬元。 （2） 智能用電設(shè)備調(diào)度 維達(dá)紙業(yè)利用數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺讀取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 應(yīng)用平臺內(nèi)基于智能優(yōu)化算法建立的多目標(biāo)用電調(diào)度 模型，根據(jù)模型計(jì)算的調(diào)度信息實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)過程設(shè) 備的運(yùn)行。該模型解決了生產(chǎn)工段間歇性用電設(shè)備在 滿足生產(chǎn)需求的前提下，智能 （自主） 地實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰用 電，解決了降低成本的問題。該模型已用于維達(dá)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(shè)備用電智能 調(diào)度結(jié)果示意圖。 （3） 紙幅干燥過程運(yùn)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(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺中配 圖8 能耗智能預(yù)測 圖9 設(shè)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(jī)理+數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法建立的干燥部運(yùn)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(guān)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(fēng)溫度和濕度等。利用機(jī)理+數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法建立 的干燥部運(yùn)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(shí)時(shí) 運(yùn)行優(yōu)化問題，從而既保證了紙幅的質(zhì)量指標(biāo)又降低 了干燥部蒸汽和電的耗用量，節(jié)約了成本。實(shí)踐應(yīng)用 證明，平臺的干燥部智能優(yōu)化能力可為維達(dá)紙業(yè)節(jié)約 9%的噸紙汽耗。圖10為維達(dá)紙業(yè)的紙幅干燥過程運(yùn) 行優(yōu)化節(jié)能結(jié)果示意圖。 （4） 紙張物理性能指標(biāo)的實(shí)時(shí)預(yù)測 紙張物理性能指標(biāo)關(guān)系到紙張的合格率。但許多 的紙張物理性能指標(biāo)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(shí) 時(shí)快速的測量。在維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)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(biāo) （包括 松厚度、抗張強(qiáng)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(biāo)，解 決了許多物理指標(biāo)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(shí)時(shí)監(jiān) 測，為產(chǎn)品質(zhì)量的在線運(yùn)行優(yōu)化提供實(shí)時(shí)快速的數(shù)據(jù) 依據(jù)。平臺中建立的紙張物理指標(biāo)軟測量模型的精準(zhǔn) 度均在 95% 以上，達(dá)到了當(dāng)前軟測量方法達(dá)到的精 準(zhǔn)度要求。圖 11 為紙張抗張強(qiáng)度的軟測量實(shí)時(shí)預(yù)測 結(jié)果示意圖。 （5） 智能優(yōu)化排產(chǎn) 在維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺中配有基于多目標(biāo)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(dá)紙業(yè)在緊急銷售訂單進(jìn)來時(shí)，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(jì)劃 和排產(chǎn)結(jié)果，平臺可給出最合適生產(chǎn)的紙機(jī)的選擇和 插單時(shí)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(shí)間縮短6.8%，成本降低4.2%。 圖10 紙幅干燥過程運(yùn)行優(yōu)化節(jié)能結(jié)果 圖11 紙張抗張強(qiáng)度實(shí)時(shí)預(yù)測結(jié)果 ·11· China Pulp & Paper Vol. 39，No. 8，2020 造紙工業(yè)智能化 維達(dá)紙業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營平臺已在公司的廣東、浙 江、湖北等 8 個(gè)生產(chǎn)基地的 80 余條生產(chǎn)線上應(yīng)用上 線，通過數(shù)據(jù)分析挖掘出 88 項(xiàng)潛力點(diǎn)，累計(jì)增效 2400余萬元。投入產(chǎn)出回報(bào)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(fù)雜性的提高和不確定 性的增加，傳統(tǒng)的以數(shù)學(xué)模型驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)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(luò)、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(gè)實(shí)施階段， 第一個(gè)階段（初級階段）是實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化運(yùn)營，核心 是要實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化及工業(yè)數(shù)據(jù)的價(jià)值化；第二 個(gè)階段（高級階段）是實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化生產(chǎn)，核心是要 實(shí)現(xiàn)企業(yè)的“三個(gè)閉環(huán)優(yōu)化”，即面向設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn) 過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產(chǎn)運(yùn)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(wù)優(yōu)化的全產(chǎn)業(yè)鏈、 全價(jià)值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)裝備智能化、生產(chǎn)過程智能 化、供應(yīng)鏈智能化以及生產(chǎn)鏈的智能重組以及自主決 策。每個(gè)企業(yè)智能化的未來目標(biāo)雖然不盡相同，但是每 個(gè)企業(yè)都應(yīng)根據(jù)自己的未來發(fā)展規(guī)劃，盡早進(jìn)行布局， 可以從企業(yè)最關(guān)心的基礎(chǔ)痛點(diǎn)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(yùn)營系 統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。 4. 3 維達(dá)紙業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐證明，被國家工信部評為 2019 年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范項(xiàng)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(wù)架構(gòu)下 的基礎(chǔ)材料行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)化運(yùn)營解決方案”具有明顯 的應(yīng)用推廣價(jià)值，為造紙工業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化，打 通企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)單元之間以及上下游各個(gè)企業(yè)間的信 息壁壘，實(shí)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(shí)時(shí)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(yīng)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(yùn)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(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。因此，造紙工業(yè)智能化轉(zhuǎn)型 升級的實(shí)現(xiàn)必然是一個(gè)較漫長的過程，每個(gè)企業(yè)都需 根據(jù)自身業(yè)務(wù)需要， 遵循“做好規(guī)劃，抓住重點(diǎn)； 跨界集成，協(xié)同創(chuàng)新；分類指導(dǎo)，先易后難；效益導(dǎo) 向，穩(wěn)妥實(shí)施”的原則，早日做出相應(yīng)的努力，才能 早日實(shí)現(xiàn)企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型。 參 考 文 獻(xiàn) ［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(xué)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. 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