中國造紙工業(yè)智能化轉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將拆 分到不同的產業(yè)集群中，與可直達客戶的產業(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，而是產業(yè)集群內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)經歷了從小規(guī)模制造，到電力驅動的大 規(guī)模、大批量的流水線模式生產，再到現(xiàn)在的全自動化模式生產的發(fā)展，在原材料、能源、工藝、裝備等 生產要素的利用技術等方面已經發(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 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和制造業(yè)融合發(fā)展，順應新一輪 科技革命和產業(yè)變革趨勢，以供給側結構性改革為主 線，以智能制造為主攻方向，加快工業(yè)互聯(lián)網創(chuàng)新發(fā) 展，加快制造業(yè)生產方式和企業(yè)形態(tài)根本性變革，提 升制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化發(fā)展水平。產業(yè)實 現(xiàn)轉型升級的必然選擇是與新一代信息技術的融合， 進行數(shù)字化轉型重構。以5G網絡、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)驅動、軟件定 義、平臺支撐、組織重構新時代注入了新的活力[3] 。 新一代信息技術將助力造紙工業(yè)實現(xiàn)向數(shù)字化、信息 化、智能化轉型升級，以實現(xiàn)企業(yè)的提質增效、精準 服務，打破產業(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)轉型升級是制造業(yè)產業(yè)轉型的有機組成 部分，因此，企業(yè)在轉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，以更好地順應產業(yè) 轉型升級大趨勢。在大變革的趨勢面前，任何不順應 行業(yè)轉型升級的企業(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)，如何制定好轉型升級的分 階段戰(zhàn)略目標、選擇什么樣的技術路線、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)轉型升級面臨的挑戰(zhàn)。 本文介紹新一代智能化技術對造紙工業(yè)的價值所 在，推演造紙企業(yè)與新一代信息技術融合的路徑，探 討造紙企業(yè)智能化轉型迭代方向和造紙工業(yè)向智能化 轉型升級路徑。筆者根據(jù)多年來在造紙企業(yè)數(shù)字化、 網絡化、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 型升級路徑。 1 新一代信息技術對造紙工業(yè)的價值 造紙工業(yè)智能化轉型升級，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 生產過程數(shù)據(jù)和生產技術知識。但是，自動化技術并 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)驅動和工業(yè)軟件定義的企業(yè)智能化技術，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，主要包括實現(xiàn)業(yè)務數(shù) 據(jù)化的工業(yè)互聯(lián)網平臺技術、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 網絡技術以及實現(xiàn) 數(shù)據(jù)價值的大數(shù)據(jù)挖掘和工業(yè)軟件技術。 1. 1 工業(yè)互聯(lián)網平臺技術 工業(yè)互聯(lián)網是實體經濟數(shù)字化智能化轉型的關鍵 支撐。工業(yè)互聯(lián)網平臺是工業(yè)互聯(lián)網技術的載體，也 是實現(xiàn)企業(yè)智能化的核心技術載體，是鏈接工業(yè)全系 統(tǒng)、全產業(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)網平臺的基本技術 組成和體系架構。 工業(yè)互聯(lián)網的基本技術組成和體系架構由圖1所 示自左至右的網絡、數(shù)據(jù)、安全三大技術體系組成， 其中“網絡”是工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸交換和工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展 的支撐基礎，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的核心驅動，“安 全”是網絡與數(shù)據(jù)在工業(yè)中應用的重要保障。基于三 大體系，工業(yè)互聯(lián)網重點構建三大優(yōu)化閉環(huán)，如圖1 所示，面向機器設備運行和生產過程優(yōu)化的閉環(huán)①， 面向生產運營決策優(yōu)化的閉環(huán)②，以及面向企業(yè)協(xié) 同、用戶交互與產品服務優(yōu)化的全產業(yè)鏈、全價值鏈 的閉環(huán)③，并進一步形成智能化生產、網絡化協(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) 網平臺基本的邏輯和本質是“數(shù)據(jù)+模型=服務”[17] 。 圖1 工業(yè)互聯(lián)網平臺的基本技術組成和體系架構[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 造紙產業(yè)鏈中存在的價值缺失 造紙產業(yè)鏈涵蓋了供應商、造紙企業(yè)、銷售商和 消費者等多方面。現(xiàn)在造紙產業(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)內容和格式不統(tǒng) 一，造成各子系統(tǒng)之間不可調用，存在數(shù)據(jù)的冗余。隨 著造紙生產過程數(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品是否充足，提出了紙產品的 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)的生產線是基本固定的，只能通過不斷增加每條 生產線的長度和復雜度去適應消費者的需求，這樣不 僅增加了生產的復雜度，而且提高了生產成本。同時 隨著產品定制化的快速發(fā)展，增加生產線長度和復雜 度的方式并不能跟上定制化產品更新的速度。如何利 用工業(yè)互聯(lián)網技術、及時了解當前消費者的心理、最 大程度地提高生產線的靈活性、縮短產品更新周期、 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，例如網購、網 絡帶貨等方式的出現(xiàn)，不同產品的銷售量會有大幅波 動，使供應鏈調度的難度增大。利用工業(yè)互聯(lián)網技術 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 高生產過程效率而產生的價值，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)網技術助力造紙產業(yè)鏈創(chuàng)造 價值 工業(yè)互聯(lián)網技術為打通整條產業(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) 網平臺把設備、生產線、產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。通過構建工業(yè) 互聯(lián)網平臺，使制造業(yè)產業(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 技術能為造紙工業(yè)轉型升級和智能化提供如下主要 功能： （1） 構建精準、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)網平臺 的這種功能解決了如何采集造紙產業(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)、產品模型、生 產過程及運行環(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） 構建和支撐包括工業(yè)技術、工業(yè)經驗和知識 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)網平臺的這種功能可把已知的 工業(yè)技術、知識、經驗和方法以數(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過程裝備， 實現(xiàn)優(yōu)化生產過程和企業(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、生產管理和優(yōu)化、產品質量 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網絡技術 實現(xiàn)造紙產業(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、無線網絡、物聯(lián)網等 通信技術，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)網平臺的三大組成系統(tǒng)之一。我國在 5G 網絡技術研發(fā)、產業(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)網絡通信技術環(huán)境的短板 當前制造業(yè) （包括造紙行業(yè)） 的網絡通信技術的 短板主要表現(xiàn)在 4G 互聯(lián)網技術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)生產過程，隨著產品定制化的發(fā)展， 生產過程調度的復雜性成指數(shù)性上漲，造紙生產過程 各環(huán)節(jié)的通信和決策時間隨著生產智能化程度的加深 要求更短，解決方案需要更快更優(yōu)。當前 4G 互聯(lián)網 技術通信技術的容量 （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調度活動。 1. 2. 2 5G網絡技術的應用為造紙智能化升級提供了 網絡通信基礎 5G 網絡技術的商用化，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 技術具有超高速率、超大 容量以及超低時延的優(yōu)勢，5G 技術能夠為造紙智能 升級提供以下幫助： （1） 突破物聯(lián)網的成本門檻 應用具有高速率、高可靠性、低時延的 5G 通信 技術構建物聯(lián)網 （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，為造紙過程靈活調整設備 位置、靈活分配任務的柔性生產線創(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絡通信基礎。 另外，5G網絡帶來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 網絡，設備和零 部件的運轉數(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 網絡第一時間獲 取故障信息，利用虛擬現(xiàn)實技術 （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 企業(yè)智能制造的基本驅動力是工業(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)軟件技術是智能制造的關鍵技術。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在智能化設計、智能化生 產、網絡化協(xié)同制造、智能化服務、個性化定制等產 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)+模型技術對產品數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自動化設 計和數(shù)字化仿真優(yōu)化；在智能化生產過程中，工業(yè)大 數(shù)據(jù)+模型技術可以實現(xiàn)在生產制造中人機智能交 互、制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)監(jiān)測 等，提高生產故障預測準確率，綜合優(yōu)化生產效率； 在網絡化協(xié)同制造中，工業(yè)大數(shù)據(jù)+模型技術可以實 現(xiàn)智能管理的應用，如產品全生命周期管理、客戶關 系管理、供應鏈管理、產供銷一體等，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 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、 生產調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“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)軟件技術的基礎薄弱 主要表現(xiàn)在：①生產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 型到“軟件知識”的工作還未真正開展。在傳統(tǒng)的工 業(yè)生產中，長期積累的工業(yè)技術/知識和經驗 （knowhow） 等是通過物化 （書本、圖紙和人體介質） 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”。“物化知識”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 核心轉型工作之一是要把“物化知識”轉型升級為 “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進步和生產發(fā)展的 瓶頸。雖然造紙過程自動化程度高，生產過程中設備 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、產能浪費、原材料庫存等關鍵 指標，還是按照個人的經驗進行排產和調度，而個人 的知識經驗還處于“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 把物化知識轉化為軟件知識，成為工業(yè)軟件加入到工 業(yè)互聯(lián)網平臺中，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)軟件技術助力造紙企業(yè)智能化 升級 工業(yè)互聯(lián)網的核心功能是基于數(shù)據(jù)驅動的數(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)模型構建、信息交互三類功能。其 中，數(shù)據(jù)模型和工業(yè)模型構建是綜合利用大數(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、網絡化協(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過程的閉環(huán)優(yōu)化控 制，挖掘數(shù)據(jù)價值，達到生產過程的精準化、高效 化，大幅度降低對人力的需求，提高生產過程中安全 性和穩(wěn)定性，提高生產效率。 （2） 實現(xiàn)面向生產運營決策優(yōu)化閉環(huán)和面向企業(yè) 協(xié)同、用戶交互與產品服務優(yōu)化的全產業(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，由標準化生產向柔 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 性化生產轉變，提高生產效率，降低生產成本。 （3） 實現(xiàn)生產過程全面監(jiān)控，嚴格把控產品質 量。智能檢測設備可以覆蓋產品檢測的全過程，大幅 度降低生產過程中出現(xiàn)的次品率，對于已出現(xiàn)的產品 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，有效保證產品 的質量。 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、5G 網絡通信、大數(shù)據(jù)、工業(yè)軟件和人工 智能等新一代信息技術與造紙工業(yè)技術深度融合，實 現(xiàn)生產高效協(xié)同、資源優(yōu)化配置，解決整個制造產業(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)智能化轉型路徑的思考 2. 1 造紙企業(yè)智能化轉型應遵循的原則 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。例如，適用于造紙行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網平臺，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)網又懂造紙工業(yè)生產的高端技術研發(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 術水平差異，在轉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)智能化技術產業(yè)生態(tài)圈，主動 推廣應用新技術。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 術突破和企業(yè)重構。同時，它也是一種技術思維方式 的轉變：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)智能化轉型分兩步走 造紙企業(yè)的智能化轉型分為兩步走，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 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)覆蓋生產全過程和連接產業(yè)鏈上下游的 數(shù)字化網絡化，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 知識，采用基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術的建模方法， 搭建企業(yè)工業(yè)軟件和智能化微平臺，進而構建企業(yè)工 業(yè)互聯(lián)網平臺，實現(xiàn)如圖 1和圖 2所示的面向設備運 行和生產過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產運營決策的閉環(huán) 優(yōu)化，以及面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產品服務優(yōu)化 的全產業(yè)鏈、全價值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，進一步形成智能 化生產、網絡化協(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，提高產品質 量，降低生產成本，提高生產效率的目標。技術核心 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、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)字化網絡化后，將有效地 解決數(shù)據(jù)的采集和“連接”問題，通過網絡將相關的 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、異構數(shù)據(jù)的集成、 邊緣計算、互聯(lián)網、云 （存儲+計算）、工業(yè)安全等 基礎設施的構建和集成應用。 （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，建立數(shù)據(jù)抓取模型，實 現(xiàn)生產環(huán)境關鍵參數(shù) （例如溫度、濕度等） 的實時采 集；對無法檢測的質檢數(shù)據(jù)建立軟測量裝置，實現(xiàn)所 有質檢數(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，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、穩(wěn)定質量、 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，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)網平臺是實現(xiàn) 企業(yè)智能化的核心技術載體，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)網平 臺和具有企業(yè)自身特色的工業(yè)互聯(lián)網平臺， 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)網平臺關鍵技術體系[17] 。技 術體系由數(shù)據(jù)采集技術、PaaS 通用功能技術、軟件 開發(fā)工具技術、微服務技術、建模與應用技術和信息 安全技術等6項技術集成。 其中，工業(yè)微服務是工業(yè)互聯(lián)網平臺的核心，核 心的要素組件是基于微服務架構的數(shù)字化模型 （工業(yè) 軟件）。數(shù)字化模型將大量工業(yè)技術原理知識、基礎 工藝、實踐經驗等規(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、知識、經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 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，驅動過程閉環(huán)優(yōu) 圖3 工業(yè)互聯(lián)網平臺關鍵技術體系 ·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)生產工藝流程模擬系統(tǒng)，通 過數(shù)字化還原整個生產過程，實現(xiàn)產品或生產線的在 線設計，縮短產品的更新周期。又如，構建造紙生產 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 結果，將優(yōu)化后的參數(shù)傳傳輸給實際生產系統(tǒng)，然后 利用過程控制技術，調整生產過程，實現(xiàn)過程閉環(huán)優(yōu) 化控制。再如，開發(fā)智能調度優(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，建立生產優(yōu)化調度模型，利用模型結果在線修改 排產計劃，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，實現(xiàn)用優(yōu)化后 結果閉環(huán)優(yōu)化運行調度。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，構建產業(yè)上下游優(yōu)化協(xié) 同生產，實現(xiàn)生產決策數(shù)字化協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)生產制 造企業(yè)設備云端服務，最終實現(xiàn)企業(yè)運營及生產能力 上云協(xié)同。實現(xiàn)智能物流體系的構建，保證資源的精 確共享，保證了訂單的準時交貨，降低生產成本。還 有，可重構產業(yè)鏈，重新整合造紙工業(yè)的產業(yè)鏈，形 成新的產業(yè)集群。在不同的產業(yè)集群中，各個產業(yè)鏈 元素的價值鏈更加透明，相同產業(yè)鏈元素更加集中， 使產業(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)生產數(shù)據(jù)化運營平臺的核心技術是數(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)架構及其特點。 博依特公司自主研發(fā)的“工業(yè)互聯(lián)網微服務架構 下的基礎材料行業(yè)生產數(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） 送至生產數(shù)據(jù)化運營平臺，經平臺內各類模型軟件的 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，在生產過程中， 對能夠實現(xiàn)在線測量的生產過程的關鍵參數(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、產品質量管理、生產信息管理等子模塊。利用 互聯(lián)網技術以及可視化技術，在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)上實現(xiàn) 了生產過程的能耗、生產運行數(shù)據(jù)的實時可視監(jiān)測。 并且，通過數(shù)據(jù)挖掘技術，對生產過程的數(shù)據(jù)進行分 析，找到生產過程的節(jié)能潛力，為生產過程的節(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，分析了其生產過程的用電特征， 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，每條生產線每年節(jié)能約40萬元。 （2） 智能用電設備調度 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)， 應用平臺內基于智能優(yōu)化算法建立的多目標用電調度 模型，根據(jù)模型計算的調度信息實時控制生產過程設 備的運行。該模型解決了生產工段間歇性用電設備在 滿足生產需求的前提下，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 條生產線上，每條生產線一年 可節(jié)約大約10萬元的用電成本。圖9為設備用電智能 調度結果示意圖。 （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，從而保證了產品質量的實時監(jiān) 測，為產品質量的在線運行優(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 結果示意圖。 （5） 智能優(yōu)化排產 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計劃 和排產結果，平臺可給出最合適生產的紙機的選擇和 插單時間的選擇。一旦插單選擇明確，平臺系統(tǒng)會根 據(jù)排產優(yōu)化模型算出的插單結果，給出最新的排程建 議。圖12為智能排產結果示意圖。與人工排產相比， 排產優(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)能結果 圖11 紙張抗張強度實時預測結果 ·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 個生產基地的 80 余條生產線上應用上 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。投入產出回報約 1~1.5年。 4 結 論 4. 1 造紙企業(yè)智能化轉型升級是造紙產業(yè)轉型的重 要組成部分，是造紙產業(yè)轉型和發(fā)展的必經之路。隨 著造紙業(yè)生產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)學模型驅動的自動化技術已難 以滿足生產發(fā)展的需求。伴隨著以 5G 網絡、工業(yè)互 聯(lián)網以及大數(shù)據(jù)人工智能為代表的新一代信息技術的 快速發(fā)展，造紙企業(yè)智能化轉型升級成為可能。 4. 2 造紙工業(yè)智能化轉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，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 過程的閉環(huán)優(yōu)化，面向生產運營決策的閉環(huán)優(yōu)化，以及 面向企業(yè)協(xié)同、用戶交互與產品服務優(yōu)化的全產業(yè)鏈、 全價值鏈的閉環(huán)優(yōu)化，實現(xiàn)裝備智能化、生產過程智能 化、供應鏈智能化以及生產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。 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)網微服務架構下 的基礎材料行業(yè)生產數(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)字化網絡化，打 通企業(yè)內部生產單元之間以及上下游各個企業(yè)間的信 息壁壘，實現(xiàn)工廠內部的協(xié)作提供了技術支持，為大 量造紙工業(yè)的生產信息數(shù)據(jù)的采集、實時處理以及存 儲提供了技術支持。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 了技術支持，取得了較好的效果。 4. 4 企業(yè)的智能化轉型升級是第四次工業(yè)革命的重 要內容，既是一次技術突破和企業(yè)重構，又是一種技 術思維方式的轉變，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)的智能化轉型。 參 考 文 獻 ［1］ China Paper Association，China Technical Association of Paper Industry. 圖12 智能排產結果示意圖 ·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. 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