一、项目背景
黄金叶生产制造中心已在技术改造中选用了大量的新工艺、新装备、新技术和新架构，全面打造了烟草行业的新型卷烟工厂，稳步向《中国制造2025》迈进，为行业建设智慧工厂起到了示范，尤其是在一些关键环节已经实现了一定程序的智能制造，处于行业领先水平。
在智慧工厂建设的大背景下，需要借助智能化的技术方法，改进和提升卷包部与物流分中心的协作问题，以提高生产效率并有效的保障卷烟辅料的供应，并融合创新生产过程的智慧辅料配送。
二、存在问题
目前黄金叶制造中心在现有信息化系统下，以辅料自动化物流系统为基础，由辅料立库根据生产管理系统排产、换牌计划，或者根据生产单元的辅料指令需求，指挥AGV小车在特定时间点将搭配好的辅料托盘输送到卷包机组的预定位置，供卷烟生产使用。此方式需要人工的深度参与，虽然在一定程度上实现了辅料调度的自动化，但是对于辅料用量的精确统计，辅料上机应用的详细信息统计等难以实现。
河南中烟各卷烟厂辅料调度模式与黄金叶制造中心类似，卷烟生产过程的卷烟材料供给，目前采用人工通过系统发出要料请求，然后由物流分中心使用AGV小车间或者辅料配送工人工将机台所需的辅料托盘送至机台，保证卷烟生产过程的辅料正常供给。采用这种方式，不仅需要人工计算机台现场剩余的辅料数量；同时，还需要利用卷包数采系统发出要料请求，其操作复杂，易于出现异常，有时还会发生辅料供应不及时的情况，影响生产过程的连续运行。
三、解决思路
本项目充分响应行业强化“云大物联”技术在工业环境下应用的要求，利用先进的分析控制方法，实现全新的卷烟辅料保供模式，对智慧工厂的建设进行有益探索和实践。具体思路如下：
1.利用RFID、条码及二维码等物联网技术实现辅料托盘、卷烟辅料与生产设备的互动，由信息采集设备自动获取卷烟辅料离开高架库、到达机台、上机、使用数量以及换盘情况等的辅料信息，不仅能够精确计算统计出辅料长度、盘数等信息，还能实时获取辅料自身的工艺质量信息，将这些信息与所使用机台进行绑定，实现辅料统计信息与设备的有效融合，辅料供给、生产过程的可追溯，生产现场的可视化和透明化。
2.其次利用自动化控制技术，获取设备自身的盘纸张紧轮信号、换盘信号、车速信号等电气信号，再将电信号转换为数字信号，对卷烟机更换材料进行精准计数，通过对应的算法，实现对每个材料上机使用的长度进行准确计量。通过这些技术的运用，不仅能够实现辅料上机盘数的精确统计，同时也能对每盘材料的真实上机使用长度进行精准计量，从而能够准确识别整盘辅料与零盘辅料，实现辅料的精准计量，结合企业产品和工艺特点，大力推进辅料管控模式的标准化、模块化和系列化，奠定推进精益生产的基础。
3.利用大数据技术和移动互联技术，结合机台运行的效率、故障信息、车速、辅料使用统计数据、辅料供给统计数据以及机台的计划产量等信息，利用这些数据的内在联系，构建卷烟辅料测算模型，建立机台卷烟辅料安全存量上下限，根据上下限值向辅料高架库发送卷烟辅料配送指令，辅料高架库接收到此指令后，会及时向对应机台进行卷烟辅料的配送，完成卷烟辅料精准保供的需求。
四、应用技术
依据建设思路和预期目标，本项目需实现的关键技术如下：
1、射频识别技术：是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。工业制造环境具有电气环境复杂和干扰信号多等特性，而射频识别技术能够很好的适应复杂的工业环境。
2、物联网（IoT）：利用此技术，实现辅料托盘、卷烟辅料与生产设备的互动，由信息采集装置自动获取RFID标签信息，取得卷烟辅料离开立体仓库、送达机台、上机、使用数量以及换盘情况等的辅料信息，为精确计算统计辅料长度、盘数等信息，实时获取辅料自身的工艺质量信息，实现辅料统计信息与设备的有效融合提供支撑。
3、数据分析建模技术。通过模拟特定的应用场景，采用合适的数据分析挖掘技术，寻找到蕴藏在数据下面的客观规律。利用此技术实现卷烟辅料需求预测模型的构建，此模型是系统核心的模块之一，其预测、测算的准确性和及时性决定了卷烟是否会因此材料无法及时保障引发设备停机的风险。
4、工业大数据技术：对大规模流动数据在不断变化的运动过程中实时进行计算，利用相应的数学算法模型，对辅料数据进行分析识别，捕获关键规律，挖掘有用的信息进行生产管控，是生产过程实时监控、需求预测、流程调度和关键推送的必然手段。
五、建设内容
结合项目的实际情况和技术发展，拟实施如下的项目内容：
1、通过ESB企业总线技术，构建与卷包数采系统、辅料立库系统的数据交互通道，采集需要分析的数据，为卷烟辅料需求预测、辅料自主供给指令下达提供支撑。
2、以关键卷烟机为研究对象，利用RFID、条码及二维码等物联网技术构建信息采集装置与控制系统，实现辅料出库、送达机台、上机、使用数量以及换盘情况的信息采集。
3、利用已构建的信号采集装置和设备电控系统相关数据，结合机台生产的卷烟牌号的工艺标准，精准计算出材料的实际上机个数以及每盘材料的实际使用长度，实现整盘与零盘的识别。
4、根据已构建的卷烟辅料需求预测模型，自动计算材料需求清单，卷烟各种辅料安全存量上下限，结合辅料剩余存量信息自动向辅料高架库发送卷烟辅料配送指令，实现辅料自主供给循环模式。在实际生产中，利用辅料业务过程数据验证算法及模型的有效性，并不断优化。
从上述可知，本项目拟采用的技术相对比较成熟，项目实施的风险小。根据管理和防控的要求，项目实施后，可以取得较为明显的管理和经济效益：
项目实施前后对比表
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六、项目创新点
1.基于复杂工业环境的物联网技术的应用：烟草行业卷烟部的生产过程中最为复杂的生产环节，其存在人员多、环节多、工艺要求高、效率易于损失等特性。如何有效的简化现有的业务流程、提升工作效率是行业当前非常关注的工作。结合卷包部辅料保供的特点，辅料托盘可结合二维码、RFID等载体标识托盘的信息，辅料的最小包装单元上附加二维码标识，用于在运送、上机使用等环节的识别，实现卷烟设备与辅料高架库、辅料托盘及辅料的有效互动。
2.自动化技术的融合创新：在以前的设备管控过程中，主要集中在利用设备自身的功能和特性完成生产控制，但是没有充分借助设备自身的特性支撑生产过程管理。本次研究课题借助设备自有的电气信号与生产工艺相结合，不仅能够达到原来的控制目的，还能实现精准辅料更换及真实使用数量（长度）的统计，是自动化技术与信息化技术的深度融合，并提出了全新的辅料消耗计量模式。
3.基于多因素的大数据预测技术应用：卷包机台辅料需求，涉及到辅料供应、线边库存、设备运行状态、生产工艺等，充分挖掘数据间的内在联系，通过大规模数据分析与挖掘的技术，建立相应的数学模型，预测机台辅料的需要，确定其自主供料的时间点，解放机台操作工必需时刻关注的并进行相应操作的难点。
4.基于移动互联技术的辅料自动供给模式：在物联网、自动化及大数据等前沿技术的支撑下，将自动测算的辅料要料指令借助移动互联技术自动推送至辅料高架库控制人员，并由辅料高架库自主配送卷烟辅料，为智慧化生产奠定基础。
七、应用前景
项目建设成功后，能够实现全新的卷烟辅料保供模式，能够实现机台辅料的自主要供给，还能优化机台换班时辅料交接的自动统计，充分解放机台操作工的劳动强度，使辅料计量数据统计和管控水平更为精确和精准。同时，本项目充分响应行业强化“云大物联”技术在工业环境下应用的要求，是作为智慧工厂建设的有益的探索和实践。本次研究的课题是困扰行业多年的难题，具有非常大的行业推广的价值。本创意如果能够得以推广实施，将会使行业的卷烟生产企业取得显著的经济和社会效益。
论文作者:杨常勇1,郑晓丽2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/16
标签：辅料论文; 卷烟论文; 机台论文; 技术论文; 数据论文; 生产过程论文; 设备论文; 《基层建设》2019年第27期论文;