聚焦碳中和的膠絲企業數字化轉型解決方案
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，國家對于制造企業開展數字技術賦能碳中和的大力推廣，讓制造企業通過數字技術賦能降碳，以工業互聯網等新技術為手段實現數字技術與綠色技術融合應用。工作互聯網是數字浪潮下工業體系和互聯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、業務和運營優化等業務場景，向傳統工業行業滲透融合，在幫助企業降低成本、提高效率、節能減排、等方面成效初顯，成為助力制造業通過數字技術賦能降碳的有效途徑。
來源：江門市新會區新華膠絲廠有限公司
新華膠絲廠的企業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對企業財務進行管理，通過進銷存對企業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，現場生產數據、運行數據采集難度大，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據收集。質量數據與生產數據未進行有效的關聯，無法形成有效的追溯。
企業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。無法實現庫區庫位精細管理。在生產計劃下發后，無法有效地實現物料劃分或分配占用，影響計劃準確性。
企業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，實現總耗能和單耗的下降，是未來每個企業必須要做的功課。實時的數據采集，即時的運行監測反饋，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據，也為管理層在日常的生產與銷售決策中提供有效數據。
數字化是公司實現碳中和轉型的開端，助力工業單絲領域的企業實現綠色轉型，通過提升設備、車間管理能力，引進先進的數字化管理系統適應當前的發展形勢，以便加快自身發展。同時為了實現國產替代進口的目標，進一步推廣國產單絲在造紙行業的高端化應用，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字化制造運營系統，實現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字化的轉型，上線能耗在線監測管理系統。
新華膠絲廠通過上線工廠數字化制造運營系統和能耗在線監控管理系統，實現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，帶來了業務量和效益的增長。
應用場景
場景1：工廠數字化制造運營系統實現設備聯網及能耗數據采集
本項目首期工廠數字化制造運營系統建設時間為2020年3月至2021年2月，新華膠絲廠聯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字科技企業，實現膠絲廠設備上云、能耗數據采集、生產流程管理等服務模式的數字技術與綠色技術融合，幫助新華膠絲廠初步實現“碳中和”轉型升級。
面向場景：工廠數字化制造運營系統首先將新華膠絲廠的生產設備聯網，設備運行數據采集及相關工段設備的能耗數據采集，解決設備運行數據孤島問題，實時掌握設備運行工藝參數、對工藝參數進行監控預警，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控管理及統計分析。通過電子看板、統計報表、統計圖表等多樣的數據呈現方式，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，為企業生產管理決策提供實時有效的數據支撐。
實施成效：通過實時采集生產現場中各類生產過程數據，包括設備、物料、人員、工時、工裝、刀具、工藝、能耗等相關數據，以車間看板方式實時監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人在生產設備參數記錄方面的耗時，實時的生產設備數據反饋、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的生產情況，滿足生產過程各維度需求，保障生產現場作業有序進行，為管理層決策提供數據支撐。
通過應用計劃排程服務，實現了對生產計劃、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，提高企業效益及信息化水平，提高企業綜合實力與市場競爭力。具體包括：根據現場實時數據進行排程，讓生產計劃更精細化更客觀，生產作業資源利用更透明、更精確；實時計算有限產能和在制品及庫存物料數量，合理安排生產，降低物料庫存積壓；實時掌控生產計劃執行情況，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了完整的質量管理流程及質檢過程數據采集，正向反向質量追溯，人員、設備、產品良品率實時統計與監控。同時基于多樣的質量數據統計（看板、報表等），為質量管理提供決策數據支撐，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、協調、操作、控制和優化，同時實現供應鏈上下游采購、供應和生產運營的環節的協同，打造具有互聯性、共享性、可視化的透明供應鏈倉儲管理體系。
場景2：能耗在線監測管理系統實現精細化的成本管理
本項目第二期能耗在線監測管理系統建設時間為2021年10月至2022年3月，新華膠絲廠聯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字科技企業，實現生產線的能源運行過程可視化、透明化，對設備能源過程數據隨時掌握可追溯，實現在生產過程中能耗出現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，實現綠色發展的轉型。
面向場景：打造了一套新華膠絲廠能耗在線監測管理系統平臺，具備與ERP等上層信息系統，以及一期項目的工廠數字化制造運營系統、現場儀器儀表、設備的集成能力，并將這些實時數據存入本地MySQL數據庫，為未來企業發展新系統的集成，打下穩定、擴展性的基礎。
解決思路如下：
與膠絲廠現場設備儀表進行集成。實現電能數據采集：將車間現場有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據采集數據傳輸至平臺。
當前是串口服務器采集表計數據，將表計數據傳輸至現場配電柜內工控機，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，通過現場網線與安裝在服務器機房的本地服務器連接，將數據采集至本地服務器；實現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字工廠。通過能耗在線監測系統實現對新華膠絲廠生產過程中能源消耗進行監測和生產批次管理數據對接，實時顯示新華膠絲廠4條生產線能耗、單耗等數據，組態化大屏形式展示關注的能源指標，實現獨立靈活自適配，符合各種生產實際場景需求。任意關鍵數據指標適配；豐富圖表、設備組件；配置靈活，即時生效，靈活調整；實時業務指標、視頻監控融合。
第二，實現能源精細化管理。能源管理模塊是實現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，優化生產工藝用能過程，科學、合理地制定企業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監測（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據。
2）能源分析
能效分析
能效分析主要是從能耗區域（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據追溯和分析功能，多維度分析企業不同生產區域/設備的能耗、能效水平及產量，可隨時查看某個區域/設備、時間、班組的能耗、能效、產量波動情況，通過動態的圖形顯示，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據在線監測，反映企業錯峰用電實際狀況、錯峰用電占比情況。對企業歷史用電量及電費（錄入）進行統計分析，有助于合理調度高耗能設備啟停區間，減少峰電比例，節約生產能源成本。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，通過統計計算變壓器分組負載率閾值區間范圍，得出最大容量，進行經濟效益計算，數據分析得出新華膠絲廠按需申報可以節省的基本電價電費。
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、停機次數等指標進行設備對標分析，尋找差異性，挖掘設備的節能潛力。
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送給負責該區域的指定人員，實現告警信息的指定推送，幫助生產一線的管理人員，及時發現問題、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，當發生異常時，對應的工段或者設備以閃爍、改變顏色或發短信等告警形式提醒相關人員。告警晴雨表以廠區拓撲圖（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、參數告警。
生產運行參數報警：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生產報表種類、數據量繁多，統計耗時長，工作量大等問題，同時能夠提高報表數據的準確性和實時性。（報表支持EXCEL導出）。
能效報表
實現能耗統計自動生成相關報表，自動分類匯總數據，提高數據的準確性和實時性，降低統計員統計工作量，并支持Excel表導出。可統計生產區域的電、蒸汽的能源消耗及對應的單耗數據。
5）數據利用分析
數據分析工具是將復雜的數學分析方法以應用工具的方式呈現，結合系統沉淀的大量生產數據，通過數據分析工具研究人員可以快速地得出研究對象的結果。
依據數據采集進系統數據庫的數據，新華膠絲廠通過數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、調度方法進行降本增效，提高質量穩定性及產量，數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。
數據利用分析是指從儀表、DCS、PLC、生產業務流程收集起來的過程數據通過建立相關數據維度、周期關系、函數關系等進行數據價值挖掘。新華膠絲廠可以通過平臺提供的通俗、直觀數據分析工具找出數據間的規律，進而支撐工藝人員進行工藝數據的調優、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據追溯分析，找出設備節能改造的措施。
關聯分析：對所有采集的實時數據進行關聯分析，系統支持多組數據進行同一坐標軸進行實時關聯分析，有助于企業優化生產操作。 工藝部門使用該工具分析工藝參數與產品質量、效率的關系時，能快速找出相關問題點，在優化工藝參數時提供相關支撐依據。可以根據工序、設備，選取特定時間區域內的相關參數進行關聯分析比對，自定義選擇分析方案。同一坐標軸添加不同參數、指標進行關聯分析。可以通過將幾個相關的參數在同一段時間進行關聯分析，查找關鍵影響因子，有助于相關人員提前發現生產異常或改進生產工藝。
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：根據參數時序的對比，找到兩個或多個參數的相關性，通過互相關圖及散點圖等多種方式展示。
趨勢分析：可以根據區域、工序、設備，選取特定時間區域內的相關參數進行趨勢分析比對，自定義選擇分析方案。同一坐標軸添加不同參數、指標進行關聯分析。可以通過將幾個相關的參數在同一段時間進行關聯分析，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性能的一種工程方法，可以應用于質量、生產工藝參數等重要指標數據的穩定性分析；與相關分析結合能快速找出具體的影響因數因子。
案例總結
提升單位能源利用效率，降低企業運營成本。項目以新華膠絲廠數字化轉型為核心，開展數字技術賦能降碳，持續推進新技術、新理念的開發應用，提升企業管理效能，通過數字技術與綠色技術融合應用相關場景，實現提質降本增效。數字化轉型解決方案讓膠絲廠專注于數據采集的員工數量減少，解放員工，聚焦于品質管控一線，實現公司靈活調度生產安排，有效地利用數字技術，實現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整體產品品質獲得很大提升，日常運營人員效率得到優化，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。
數字要素價值深度挖掘，為行業雙化協同轉型提供示范借鑒。數字技術賦能降碳的工業服務模式，本質上基于工業數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，曾入選工業和信息化部2020年企業上云典型案例。基于項目成功應用與實踐，膠絲廠聯合數字科技企業，打造面向膠絲行業企業尤其是中小企業的數字技術賦能企業碳中和樣板，通過典型案例的方式實現在不同企業、不同區域、不同行業內的快速復制和落地，解決制造型中小企業在實際生產中的需求與難點，加速碳中和、數字技術、綠色技術、工業互聯網、工業APP等理念在行業內的傳播和推廣，推動行業數字技術與綠色技術融合應用升級。
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