中小企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型案例7 黑龍江省九三農(nóng)墾北大荒馬鈴薯產(chǎn)業(yè)有限公司實施精制淀粉數(shù)字車間改造實現(xiàn)淀粉生產(chǎn)的優(yōu)化控制
時間：2022-03-29
一、案例簡介
黑龍江省九三農(nóng)墾北大荒馬鈴薯產(chǎn)業(yè)有限公司于2021年10月成功申報了數(shù)字化車間，車間建立了設(shè)備之間的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，可以充分采集生產(chǎn)現(xiàn)場信息，與車間生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成分析以及產(chǎn)品制造過程的可視化管理。截至目前企業(yè)已經(jīng)投資14300余萬元，建成了具備高度自動化、數(shù)字化、可視化、流程化、模型化為特征的馬鈴薯精致數(shù)字化生產(chǎn)車間。
圖 1九三農(nóng)墾北大荒薯業(yè)數(shù)字化車間圖
二、總體規(guī)劃
該公司自建設(shè)初期就旨在打造國內(nèi)同行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模最大，質(zhì)量最優(yōu)，綠色循環(huán)，環(huán)保綜合利用率最高的全自動化精制馬鈴薯淀粉生產(chǎn)鏈企業(yè)，并通過近幾年來持續(xù)數(shù)字化升級改造逐步建成了各個生產(chǎn)單元之間國內(nèi)數(shù)字化程度最高的馬鈴薯淀粉生產(chǎn)模式：在原有的DCS控制基礎(chǔ)上，升級數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸，協(xié)同MES系統(tǒng)，通過生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)動態(tài)參數(shù)信息、產(chǎn)品質(zhì)量信息，銷售信息，管理信息等數(shù)據(jù)信息的采集并互聯(lián)互通，形成動態(tài)參數(shù)自動分析大數(shù)據(jù)網(wǎng)化互聯(lián)，中心匯總，大數(shù)據(jù)協(xié)同分析，繪制精確的數(shù)據(jù)分析導(dǎo)向標(biāo)線，達(dá)到時時溫控、能控、物控、人控、質(zhì)控數(shù)字化綠色生產(chǎn)模式。
未來該公司還要充分利用快速發(fā)展的5G技術(shù)契機(jī)，不斷搶占市場先機(jī)。擬在2021年后還將持續(xù)投資350萬元，進(jìn)一步推進(jìn)智能化工廠升級改造。同時指導(dǎo)設(shè)備更新選型方向、指導(dǎo)生產(chǎn)遙控，指導(dǎo)質(zhì)量跟蹤，實現(xiàn)車間數(shù)字化為生產(chǎn)服務(wù)、為管理服務(wù)、為質(zhì)量服務(wù)、為效率服務(wù)、為經(jīng)濟(jì)效益服務(wù)的最終目標(biāo)，使產(chǎn)品信息能夠貫穿于原料種植，起收管理,運輸，收購，儲存、加工制造、銷售物流，質(zhì)量管控等產(chǎn)業(yè)鏈全環(huán)節(jié)，實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期的數(shù)字化管理。
三、具體舉措
（一）推進(jìn)物料儲存出庫均化自動化升級，實現(xiàn)產(chǎn)品效益最大化
利用已有設(shè)施，研發(fā)消化國際先進(jìn)的智能化淀粉儲存系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)包裝，緩存，入出庫過程按指標(biāo)高低分質(zhì)均化，從淀粉入庫指標(biāo)到出庫均化后指標(biāo)更加平衡：通過PLC數(shù)字分析技術(shù)控制實現(xiàn)淀粉均化，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加設(shè)自動淀粉水分等指標(biāo)監(jiān)測，按指標(biāo)高低自動調(diào)節(jié)需要均化淀粉入出庫量，實現(xiàn)按指標(biāo)高低自動搭配，使產(chǎn)品質(zhì)量更加均衡穩(wěn)定可靠，從而滿足不同客戶的專品種產(chǎn)品質(zhì)量要求，提高產(chǎn)品效益。
（二）完善目前生產(chǎn)線自動化薄弱環(huán)節(jié)，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)全環(huán)節(jié)自動化數(shù)字化
利用已有設(shè)施，通過研發(fā)或引進(jìn)國際先進(jìn)的智能化包裝生產(chǎn)線，實現(xiàn)產(chǎn)品罐裝包裝及質(zhì)量管控過程全部自動化，在目前生產(chǎn)環(huán)節(jié)工藝自動化的基礎(chǔ)上形成多工序協(xié)同自動化。達(dá)到智能代碼預(yù)警、減少人為因素干預(yù)失誤，提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高設(shè)備使用效率、提高資源利用率、加快物料流轉(zhuǎn)率。實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)各環(huán)節(jié)達(dá)到實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)自動采集、自動傳輸、自動統(tǒng)計、自動分析、自動形成報表、主動預(yù)警的參數(shù)協(xié)調(diào)狀態(tài)。進(jìn)一步整合全廠的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，質(zhì)量管控系統(tǒng)，經(jīng)營管理系統(tǒng)。充分高效執(zhí)行數(shù)字化管控手段。
（三）推進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量信息追溯的升級，實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈質(zhì)量數(shù)字化管控
在現(xiàn)有追溯系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實現(xiàn)數(shù)字代碼流程管理，以數(shù)字采集系統(tǒng)進(jìn)行追蹤以產(chǎn)品代碼代入程式，主平臺記錄，向生產(chǎn)車間外，向產(chǎn)品銷售可達(dá)到的區(qū)域，向原料供應(yīng)商等延伸，承載主平臺記錄產(chǎn)品信息，實現(xiàn)代碼查詢，呈現(xiàn)產(chǎn)品可控信息，返本溯源，質(zhì)量全程追蹤，保障產(chǎn)品質(zhì)量。以產(chǎn)品線上電子掃描為數(shù)據(jù)基點，以各個流程為數(shù)據(jù)終點，以供應(yīng)商和經(jīng)銷商為數(shù)據(jù)延線，全面鋪開產(chǎn)品信息追蹤體系，全方位追蹤產(chǎn)品情況，以實時了解客戶需求，持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品，持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量。
（四）強化綠色生產(chǎn)制造水平，實現(xiàn)無污染綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)
采用指定專門部門（單位產(chǎn)品耗能量）、定時（在適宜季節(jié)生產(chǎn)）、定人（指定專人進(jìn)行核定能耗）、定產(chǎn)品（根據(jù)市場需求）的管理模式，推行節(jié)能減排理念，依托大數(shù)據(jù)平臺，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析各品種需求按需生產(chǎn)、分析單位產(chǎn)品能耗量，分析擬合出以滿足市場供應(yīng)的最低耗能量與生產(chǎn)產(chǎn)品量化曲線關(guān)系，依相關(guān)關(guān)系設(shè)定生產(chǎn)模式。過程監(jiān)控以視頻數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)、電子監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸，主平臺集中共享，以降低人員工作強度、減少追蹤數(shù)據(jù)記錄存儲空間、減少辦公紙張、油墨、化驗室產(chǎn)品應(yīng)用量。生產(chǎn)用水、電依托主平臺，按產(chǎn)品逐批合計使用與使用時間，擬合各個時間生產(chǎn)的耗能表及產(chǎn)品耗能時間曲線，以合適時間，合適時間銷售。形成低耗能、小空間、短時間生產(chǎn)產(chǎn)品。同時對換下來的備件進(jìn)行修舊利廢，減少資源浪費。
（五）推進(jìn)基地-工廠-用戶全過程數(shù)字化互聯(lián)互通，實現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量研發(fā)效能最大化。
隨著5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，逐步建立成全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化企業(yè)，從工廠內(nèi)擴(kuò)展到工廠外，從原料種植基地到產(chǎn)品應(yīng)用客戶之間，建設(shè)全套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)規(guī)范及數(shù)據(jù)編（代）碼，統(tǒng)一公司數(shù)據(jù)應(yīng)用程式。建設(shè)統(tǒng)一的種收儲加運銷農(nóng)副產(chǎn)品加工企業(yè)集中管理應(yīng)用分析數(shù)字化平臺，實現(xiàn)多產(chǎn)業(yè)聯(lián)動，多程式響應(yīng)，多流程并行，多屬性交叉，達(dá)到層級分類別數(shù)據(jù)互通互享。各工序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)與視頻監(jiān)控協(xié)同，達(dá)到全過程可視，參數(shù)支撐，大數(shù)據(jù)分析，線性擬合指導(dǎo)，最終達(dá)到低能耗、無異常、高效率、高質(zhì)量、高指標(biāo)數(shù)字化管理企業(yè)。
四、工作成效
（一）隨著數(shù)字技術(shù)的不斷應(yīng)用和開展，極大的提升了生產(chǎn)效率
通過自動數(shù)字控制技術(shù)在淀粉生產(chǎn)中的應(yīng)用，實時監(jiān)測粉磨過程的狀態(tài)，根據(jù)建立的預(yù)測模型控制器來優(yōu)化控制淀粉生產(chǎn)過程，實現(xiàn)了淀粉生產(chǎn)的優(yōu)化控制。使用瑞典拉爾森淀粉機(jī)械設(shè)備公司和羅克韋爾的AB LOGIX 5000系統(tǒng)控制平臺，采用冗余服務(wù)器+客戶機(jī)的架構(gòu)，可以提供更好的系統(tǒng)擴(kuò)展性、穩(wěn)定性，提供可靠的平臺進(jìn)行全廠控制程序組態(tài)。淀粉智能優(yōu)化控制技術(shù)是一類在動態(tài)環(huán)境中，基于數(shù)學(xué)模型，借助強大的計算能力，具有比常規(guī)PID控制效果更好并且為工廠獲得最大利潤而實施的控制策略。它是將馬鈴薯加工工藝、淀粉工程、計算機(jī)、儀表、過程控制理論與先進(jìn)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合而形成的一種新型控制技術(shù)。
針對淀粉工業(yè)生產(chǎn)過程的特點，淀粉生產(chǎn)過程具有多變量、強耦合、非線性、長時滯的特點，具有很大的特殊性。智能系統(tǒng)采用融合建模、控制、監(jiān)控、分析、可視化和集成等眾多強大的技術(shù)，保證了淀粉生產(chǎn)過程中的智能控制。智能控制平臺以旋流、濃縮等過程為對象，根據(jù)生產(chǎn)信息，對淀粉生產(chǎn)過程進(jìn)行自動控制，從而避免人為控制的滯后性、隨意性和差異化操作，穩(wěn)定參數(shù)，降低了中控操作人員勞動強度。通過數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，該公司目前淀粉生產(chǎn)線生產(chǎn)能力在原基礎(chǔ)上日單產(chǎn)量能力增加30%以上：由原加工馬鈴薯90噸/小時提高到115噸/小時，日處理能力由原來2160噸/天提高到2760天/天。
（二）隨著數(shù)字技術(shù)的不斷應(yīng)用和開展，極大的提高了產(chǎn)品質(zhì)量
通過采用淀粉生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，將過程變動性減少40%-80%，精制車間以管理和控制為核心，針對相關(guān)工序和流程，建立管理（生產(chǎn)管理、能源管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理等）、控制（精制系統(tǒng)智能控制）和優(yōu)化運行為一體的淀粉生產(chǎn)管控集成化平臺，實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、可視化、流程化、模型化為特征的自動化集成系統(tǒng)。采用世界領(lǐng)先水平FCS系統(tǒng)，全流程80%實現(xiàn)自動操作，中控室常備操作員為3人。車間智能工業(yè)電視系統(tǒng)集成安防系統(tǒng)，實現(xiàn)對各個工段生產(chǎn)、巡檢的實時記錄和動態(tài)回放。APC先進(jìn)控制，實現(xiàn)生產(chǎn)線的無人值守和穩(wěn)定生產(chǎn)運行，保證控制和質(zhì)量的穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量由原來一級品率百分之六十提高到百分之九十五以上，質(zhì)量產(chǎn)品差價收益每年可達(dá)525萬元以上。
（三）隨著數(shù)字技術(shù)的不斷應(yīng)用和開展，極大的降低了生產(chǎn)成本
通過采用淀粉生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，生產(chǎn)成本指標(biāo)大幅降低，每噸能源成本減少１０%--15%左右，使達(dá)到環(huán)境排放法規(guī)所需的環(huán)保成本大約降低50%以上，生產(chǎn)成本平均下降165元/噸，年生產(chǎn)成本節(jié)約400萬元以上；同時生產(chǎn)安全穩(wěn)定，為該公司帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益同時也帶來了諸多社會效益，增強了綜合競爭力。