智能制造在光伏玻璃生產行業(yè)的探究與應用

智能制造在光伏玻璃生產行業(yè)的探究與應用張蕾【期刊名稱】《《玻璃》》【年(卷)，期】2019(046)009【總頁數(shù)】7頁(P10-16)【關鍵詞】智能制造;光伏玻璃;大數(shù)據【作者】張蕾【作者單位】中航三鑫太陽能光電玻璃有限公司蚌埠市233000【正文語種】中文【中圖分類】TQ1710引言2015年5月8日，國務院以國發(fā)(2015)28號文發(fā)布的《中國制造2025》明確提出：〃以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向?！眹以卺槍鹘y(tǒng)制造業(yè)的生產研發(fā)、質量保障、品牌打造、可持續(xù)發(fā)展、產業(yè)轉型、生產方式變革等方面起到了充分的戰(zhàn)略引導作用。光伏玻璃制造行業(yè)作為新興朝陽產業(yè)，同樣面臨著產業(yè)的轉型和升級的發(fā)展需要。目前光伏玻璃制造行業(yè)水平大部分停留在最初級的自動化水平、生產效率停滯不前、智能化水平不高等發(fā)展現(xiàn)狀，針對光伏玻璃制造行業(yè)的智能化水平薄弱的現(xiàn)狀，結合光伏玻璃制造企業(yè)的實際，將從智能制造在光伏玻璃生產行業(yè)進行研究，通過實際的智能制造典型案例的應用，旨在樹立光伏玻璃制造行業(yè)智能制造示范標桿。1光伏制造行業(yè)前沿分析隨著我國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，制造業(yè)發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)。資源和環(huán)境約束不斷強化，勞動力等生產要素成本不斷上升，投資和出口增速明顯放緩，主要依靠資源要素投入、規(guī)模擴張的粗放發(fā)展模式難以為繼，調整結構、轉型升級、提質增效刻不容緩。以制造業(yè)數(shù)字化、網絡化、智能化為標志的智能制造是新一輪工業(yè)革命的核心技術，已成為各國占領制造技術制高點的重點領域，對于我國優(yōu)化產業(yè)結構和轉變經濟發(fā)展方式將產生重要作用。我國光伏產業(yè)仍面臨低端產能過剩、企業(yè)盈利能力普遍不強等問題，光伏制造企業(yè)加快智能化、網絡化、信息化發(fā)展的轉型需求越來越迫切。光伏制造行業(yè)通過智能制造的研究和應用，能促進高端產能和落后產能的市場分化，推動落后產能加速退出市場，提升產業(yè)核心競爭力，為未來更深入地參與國際競爭、支撐國民經濟綠色協(xié)同發(fā)展奠定基礎。針對光伏玻璃制造行業(yè)的短板，建設光伏玻璃產品流程型智能制造工廠，突破智能制造核心技術裝備，構建裝備物聯(lián)感知網絡，實現(xiàn)裝備、工藝、產品等數(shù)據的實時采集；構建協(xié)同的MES、ERP系統(tǒng)，并結合大數(shù)據、云計算、人工智能等數(shù)字化和信息化技術，實現(xiàn)大數(shù)據驅動的裝備預測性維護及工藝可預測優(yōu)化，提升產品性能與質量，提高設備、工藝管理水平，為光伏玻璃制造企業(yè)開展智能制造工廠建設提供新模式示范。2智能制造在光伏玻璃制造企業(yè)的研發(fā)與應用光伏行業(yè)是傳統(tǒng)制造業(yè)在朝陽企業(yè)的發(fā)展，我國光伏行業(yè)發(fā)展迅猛，生產技術水平國際領先，產能與出貨量達到全球70%，裝機總量位列全球第一，成為繼高鐵后又一張中國制造名片。十九大報告指出，我國要壯大節(jié)能環(huán)保產業(yè)和清潔能源產業(yè)。實際上，以光伏為代表的清潔能源產業(yè)正高速發(fā)展，戶用光伏市場已呈現(xiàn)爆發(fā)增長態(tài)勢，成為行業(yè)新風口。光伏產業(yè)是《中國制造2025》支持的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，是新能源產業(yè)的重要分支。2018年4月，工信部等6個國家部門聯(lián)合發(fā)布了《智能光伏產業(yè)發(fā)展行動計劃（2018-2020年）》，明確提出支持光伏行業(yè)加快技術創(chuàng)新，提升智能制造水平，鼓勵企業(yè)使用MES（生產過程執(zhí)行系統(tǒng)）等信息化管理系統(tǒng)，提高全周期信息化管理水平。以實際的典型光伏制造企業(yè)（中航三鑫太陽能光電玻璃有限公司）為平臺，開展智能制造的研發(fā)與應用工作，通過整體的規(guī)劃案例分析、具體的分步實施流程，來探索智能制造在光伏制造企業(yè)產生的影響進行客觀的分析，并針對智能制造在實際應用過程中出現(xiàn)的一些重難點問題和技術突破點進行經驗分享。2.1智能制造整體規(guī)劃我司在良好的智能制造技術基礎上，結合光伏生產工藝特點及企業(yè)智能化提升需求，融合工業(yè)互聯(lián)網、云計算、人工智能、工業(yè)大數(shù)據等先進信息技術開展光伏產品流程型智能制造工廠建設，打造高度自動化和智能化的光伏生產制造工廠。主要建設內容包括智能化雙玻深加工產線、玻璃智能配送系統(tǒng)、光伏硅基材料檢測中心及智能倉儲管理的智能工廠總體設計與建設；基于智能化連線設計數(shù)據采集與大數(shù)據平臺建設；基于MES、ERP、ISRA的智能化管理系的集成與優(yōu)化；基于可視化看板系統(tǒng)的生產流程可視化建設；基于大數(shù)據分析及人工智能的智能分析與預測系統(tǒng)建設。智能制造整體規(guī)劃如圖1所示。圖1智能制造整體規(guī)劃2.2智能制造分步實施結合光伏玻璃制造工藝特點，聯(lián)合光伏玻璃核心制造裝備供應商、軟件開發(fā)商、系統(tǒng)集成商、科研機構等，在現(xiàn)有軟硬件配置、生產特點、實際運轉情況以及生產管理模式的基礎上，通過開展智能工廠總體設計，圍繞熔化成形、配送、深加工、打孔、檢測、包裝等關鍵工藝流程開展工廠布局建模與仿真，實現(xiàn)光伏玻璃智能生產線建設；通過設備智能化連線系統(tǒng)建設，構建生產現(xiàn)場與管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通網絡，實現(xiàn)生產裝備、工藝流程等現(xiàn)場數(shù)據的實時采集，實現(xiàn)產線連鎖，并建立大數(shù)據平臺，實現(xiàn)數(shù)據的綜合存儲和協(xié)同調用；通過建設制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉儲管理系統(tǒng)（WMS），優(yōu)化企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），建立精益的智能制造管理系統(tǒng)，并實現(xiàn)數(shù)據驅動的制造執(zhí)行與資源管理的協(xié)同運行；建設涵蓋生產計劃、設備狀態(tài)、工藝參數(shù)的可視化看板系統(tǒng)，實現(xiàn)生產流程的可視化管理及控制，掌控窯爐、鋼化爐等關鍵設備的狀態(tài)，并保證玻璃原料配比比例、窯爐熔化溫度、深加工線傳送速度等關鍵環(huán)節(jié)的智能化控制；通過融合工業(yè)互聯(lián)網、云計算、工業(yè)大數(shù)據分析、人工智能等先進技術，建設智能分析與預測系統(tǒng)，實現(xiàn)混料、熔化、鍍膜、鋼化等關鍵設備、工藝、產品、能源的智能分析與預測。最終實現(xiàn)光伏玻璃自動化信息化智能化協(xié)同化生產，打造光伏玻璃智能工廠新模式。總體技術路線圖如圖2所示。圖2總體技術路線圖（1） 智能工廠總體設計與建設基于我司智能工廠建設的總體需求，結合前期產線建設積累的大量技術和建設資料，本著總體規(guī)劃、分步實施的建設方針，通過開展650t/d玻璃熔窯冷修、智能化雙玻深加工產線、玻璃智能配送系統(tǒng)、雙玻背板智能打孔線、光伏硅基材料檢測中心及智能深加工包裝庫的設計與建設，實現(xiàn)光伏制造的自動化、可視化、精細化和智能化生產，有效提升光伏制造裝備智能化程度，提高生產管理與控制水平。生產線示意圖見圖3。圖3生產線示意圖（2） 數(shù)據采集與大數(shù)據平臺建設為了使工廠更加智能化及自動化，設計了高可靠性及高效率的四層級智能連線系統(tǒng)，并基于分布式文件系統(tǒng)、分布式采集引擎、挖掘算法及組件搭建了大數(shù)據分布式處理平臺。運用分布式文件系統(tǒng)（Hadoop）、分布式數(shù)據庫（HBase）、Sqoop（ETL抽取工具）等子項目實現(xiàn)資源共享、動態(tài)、靈活按需分配，整合形成統(tǒng)一的大數(shù)據基礎處理平臺。公司網絡拓撲圖見圖4。圖4公司網絡拓撲圖（3） MES、ERP、WMS等智能化管理系統(tǒng)集成與優(yōu)化通過進行整個廠區(qū)范圍內的局域網系統(tǒng)優(yōu)化，以及企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、OA辦公系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、PLC生產制造集成數(shù)控系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)（WMS），產品缺陷在線檢測系統(tǒng)（ISRA）等智能化管理系統(tǒng)的建設、集成和優(yōu)化，實現(xiàn)數(shù)據驅動的工藝研發(fā)、生產規(guī)劃、制造執(zhí)行、設備管理、產品管控、物流跟蹤、能源管理等系統(tǒng)的綜合集成運行。智能化管理系統(tǒng)流程見圖5。圖5智能化管理系統(tǒng)流程（4） 生產流程的可視化管理通過生產管理可視化看板系統(tǒng)、關鍵件生產進度看板系統(tǒng)及合格率統(tǒng)計看板系統(tǒng)的建設，搭建生產可視化看板系統(tǒng)，實現(xiàn)生產流程的可視化管理，便于公司領導、生產部、車間及客戶通過可視化看板直觀了解各生產線的生產情況，保證玻璃原料配比比例、窯爐熔化溫度、深加工線傳送速度等關鍵參數(shù)的可視化遠程管理及智能化控制。（5） 智能分析和預測系統(tǒng)的建立結合光伏雙玻深加工產工藝流程、設備特點、能源應用狀況，建立了包含設備智能運維、智能化生產工藝、產品質量智能分析和能源智能管理的智能分析和預測系統(tǒng)，實現(xiàn)混料、熔化、鍍膜、鋼化等關鍵設備、工藝、產品、能源的智能分析與預測。圖6為冷端原片車間智能化管理平臺截圖。圖6冷端原片車間智能化管理平臺3智能制造先進性分析基于智能制造和工業(yè)互聯(lián)網、云計算、大數(shù)據等新一代信息技術，結合光伏行業(yè)工藝、制造特點，研究、規(guī)劃、設計了智能化雙玻深加工生產線，改變了光伏制造的傳統(tǒng)模式，建設集智能化設計連線、智能配送與倉儲、智能分析與預測、生產流程可視化、大數(shù)據采集和大數(shù)據平臺處理及MES\ERP等智能化管理系統(tǒng)于一體的集成化、一體化管控及優(yōu)化運行的國內光伏玻璃行業(yè)第一個智能工廠，年生產740萬m2AR，實現(xiàn)了2.0/2.5mm雙玻標準化生產，突破行業(yè)技術瓶頸。融合大數(shù)據、傳感器、工業(yè)互聯(lián)網、ERP和MES智能管理等軟硬件，改變傳統(tǒng)光伏生產車間裝備獨立人工控制的生產瓶頸，實現(xiàn)生產指令、加工程序、工藝參數(shù)的下達以及進度、質量、物流、設備等過程數(shù)據的實時采集和交互，進一步提高對產品制造、生產工藝、產品質量等的實時監(jiān)控與優(yōu)化。通過項目的不斷深入推進，將實現(xiàn)產品快速流動、工業(yè)裝備效率顯著提升、產品競爭力優(yōu)勢突出、管理效率明顯提升、物流倉儲的科學和精確，不斷實現(xiàn)生產智能化，管理信息化，流程簡單化。為光伏制造企業(yè)的智能車間建設提供應用示范作用。4智能制造重難點研究與突破智能制造主要突破的技術難點和創(chuàng)新點：（1） 建成國內光伏玻璃行業(yè)第一條智能制造新模式應用生產線，實現(xiàn)2.0/2.5mm雙玻標準化生產，突破行業(yè)在此產品上的技術瓶頸；（2） 構建一套生產現(xiàn)場與管理系統(tǒng)的互聯(lián)互通網絡，實現(xiàn)生產裝備、工藝流程等現(xiàn)場數(shù)據的實時采集，實現(xiàn)集合采集器、傳感器、I/O、DCS、RFID、LED生產看板等多類硬件的綜合智能化系統(tǒng)；（3） 打造精益的智能制造管理系統(tǒng)：集成制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、倉儲管理系統(tǒng)（WMS），優(yōu)化企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP），形成基于工業(yè)以太網的MES智能化產線管理系統(tǒng)，實現(xiàn)涵蓋生產計劃、設備狀態(tài)、工藝參數(shù)的生產流程可視化管控與智能運維。5結語通過玻璃企業(yè)智能化數(shù)字工廠技術的研究與應用，填補了光伏玻璃行業(yè)智能化數(shù)字工廠的薄弱環(huán)節(jié)，應用智能化數(shù)字工廠技術實現(xiàn)從生產管理到產品銷售的即時反饋，同時實現(xiàn)高效、準確獲取產線裝備和聯(lián)網系統(tǒng)方面的技術支持，優(yōu)化產品結構和質量。幫助企業(yè)實現(xiàn)