建陶行业数字化转型的探索与应用

杨毓隆 李继庚 严斌 华浩

课题项目：1.广东省工业互联网标识解析体系建设引导资金重点培养项目《绿色纸包装工业互联网标识解析二级节点建设》（2020）；
2.广东省重点领域研发计划项目《面向陶瓷工业智能制造的工艺设计与生产工业软件研发》（2021）

摘 要：当前陶瓷行业，从研发、销售、生产、供应链、服务等环节，在经营过程中通过纸制化的形式收集了大量的数据，但就整个企业运营来说，数据的价值远远没发挥出来，如何建立具备建陶行业特性的数据化运营平台，帮助企业用数据指导运营决策，实现管理、思维模式、技术能力的变革，是现代陶瓷企业的战略发展的重要组成部分。

关键词：工业互联网;数据化运营平台;陶瓷;精益管理

1 前言

随着“中国制造2025/2035”与“建材行业三年行动计划”的强势发布，双碳的大力推进，数字化、智能化已成为企业发展的必然方向，数据也越来越成为企业的核心资产。在这个陶瓷行业下行的周期内，面对高资源消耗、高能耗、车间自动化水平偏低等制约行业的发展瓶颈，国内一线品牌的陶瓷企业都在尝试通过数据化来进行转型升级以寻求突破。

以智能制造为契机、建立企业的数据化运营平台，沉淀数据，为企业未来3-5年的战略决策、优化供应链、提质增效奠定数据基础，已成为陶瓷的战略方向。数字化转型对于陶瓷企业来说已经不是“选择题”，而是关乎企业生存和长远发展的“必修课”，而在这场必修课中完成生产过程的数字化转型是建陶行业转型的核心与基础。

2 建陶企业生产数字化转型现状

2.1國内建陶行业生产现状

在生产环节我们面临着高能耗、高资源消耗、生产技术相对落后、自动化水平偏低（原料）等问题，并与国际先进水平存在一定差距。

（1）高资源消耗：原料消耗27-40 kg/㎡，2021年生产瓷砖81.7亿平方米，原料消耗约2.2-3.2亿吨；

（2）高能耗：国内产品综合能耗约7.0kgce/㎡，国标先进值要求低于4.0kgce/㎡；

（3）自动化水平：国内一条传统产线平均约100人，欧洲一条生产线平均约50人；

（4）人均产值：中国业内人均产值约65-75万元，意大利人均产值可达200万元/人。

2.2建陶行业生产数字化现状

（1）数据采集不完善，大部分企业仅部分关键设备（窑炉、压机、喷墨机等）具备数采条件，其他设备如球磨、喷雾塔、粉料配送、抛光机等普遍存在无法采集或关键数据不齐全，需额外增加改造投入等问题；

（2）自动化水平偏低，配送物料、调控设备需大量人工参与；

（3）上下工序信息未打通、信息传递依靠纸质抄录、微信群发、未达到生产可视化、透明化；

（4）生产调试依靠老师傅经验传承，缺乏数据工具支撑其分析、提升；

（5）上线各类管理系统间存在信息孤岛，未能互联互通，难以起到支撑管理层进行决策的作用；

（6）数字化人才配置不足，缺乏对数字化转型的认知。

2.3建陶行业生产数字化转型围绕痛点与业务场景

生产数字化转型是要为企业带来价值，所有数字化的建设需要围绕着生产痛点的解决、业务场景的优化进行，需以此为核心进行转型规划，实现用数据指导运营决策，驱动业务增长的目标。为此我们需要对生产运营过程中的场景进行梳理与总结，以下为梳理部分常见痛点与需优化场景。

2.3.1生产企业普遍存在共性痛点

1）生产运营执行不到位：（1）设备点检保养执行未闭环，突发故障抢修多发，设备数量多，点巡检有难度；
（2）检修、维修经验得不到沉淀；
（3）缺少运维实时统计分析（成本、效率、质量）与优化。

2）生产管理不透明且协同效率较低：（1）信息获取方式传统，时效性较差，管理精细度低（订单生产进度、班组产能、生产效率、产品单耗、损耗率、质量指标等）；
（2）生产协同配合效率较低：工序间信息不互通、无法互相监督、管控。

3）节能挖掘缺乏措施：（1）能源统计实时性、颗粒度不强；
（2）缺乏可视化激励的节能方式；
（3）工艺节能挖掘方法偏弱。

4）操作调优依赖人工经验：（1）原料配方搭配；
（2）球磨、喷雾塔工艺参数调优；
（3）窑炉工艺调优；
（4）球磨错峰排产、订单排产。

2.3.2原料车间痛点与业务场景

1）质量相关-如何提升质量。

（1）原材料标准化未完善，存在均化不足、稳定性差等问题；

（2）保障配方投料稳定（上对料、上准料）；

（3）提高一次合格率、提高浆料质量与效率（减少复磨、过磨、绩效到人）；

（4）喷雾塔如何提高质量控制水平：水分、颗粒度在线监测、通过管控优化（管控方法、考核模式的变革）提高粉料质量；

（5）实现喷雾塔根据质量数据自动调控；

（6）喷雾塔粉料的自动进仓库、塔底称重（少人化、可追溯的基础）。

2）能效相关-如何降低能源成本。

（1）如何统计每一个球的电单耗（不同配方、不同球），用于对标分析；

（2）如何通过工艺调优，提升球磨效率、降低低单耗；

（3）如何判断是否有错峰潜力，通过球磨排产，来降低球磨工序的用电成本；

（4）准确统计喷雾塔制粉料单耗（小时、班次单耗），进行考核管理、能效改善。

3）盘点、损耗相关-如何统计盘点库存、减少损耗。

（1）浆料库存自动盘点，统计浆料到喷雾塔工序浆料的损耗；

（2）如何快速定位损耗位置、及时处理；

（3）粉料库存盘点，统计粉料到压机工序粉料的损耗。

4）统计、追溯、防错、透明化。

（1）自动生产报表：减少球磨工序、粉料工序纸制报表、实现生产报表自动生成；

（2）防呆防错：①避免球磨机浆料入错浆池，导致物料作废；
②陈腐时长不足、头尾料不合理搭配、粉料质量异常处理；

（3）生产追溯：可追溯各喷雾塔生产的粉料来自哪个浆池、入到哪一个粉料仓、送到哪台压机。

2.3.3成型车间痛点与业务场景

1）質量相关-快速发现、反馈质量异常、管控模式变革。

（1）砖面缺陷检测：喷墨后、抛光后缺陷检测、快速反馈；

（2）感知缺陷发生并预防：工艺参数异常告警、反馈；
稳定性考核（坯温、窑压、压制参数等）；

（3）釉料配送防错、上下工序相互监督/管控；

（4）生产追溯：可追溯缺陷发生位置、物料批次、工艺参数、质量参数，并进行事故处理经验累计、沉淀。

2）能效相关-单耗降低。

（1）统计各工序、设备小时数、班次单耗（采集、绩效模式变革）；

（2）能源效率提升（供需平衡、无效生产减少、设备对标）；

（3）最佳工艺参数沉淀：各产品最佳生产参数-窑炉能耗优化。

3）砖损、釉料损耗相关。

（1）准确对釉料损耗进行统计、及时发现异常并处理；

（2）砖坯损耗统计（按班次）快速发现异常并处理。

3 生产数字化运营平台建设基础

为解决当前生产运营所遇到的痛点、完成新业务场景的重构，陶瓷企业需建立一套适合陶瓷行业的生产数字化运营管理平台，辅助管理者实现生产的全面数字化转型，逐步迭代提升达到提质、增效、降本的目标。

3.1生产数字化运营平台整体功能架构

搭建的数字化运营平台需具备稳定、灵活两个特点，全面支撑我们做生产数字化建设，一个1+N的平台：1是一个生产数据化运营平台，N包括N个业务模块的数字化应用，以目前企业数字化水平，我们会优先做能源、设备、生产、协同、告警这几个模块，后续可以逐步地把AI搭建起来，像搭房子一样，平台就是地基，这些应用就是一块一块的砖，根据企业现状实现整体规划、小步迭代的目的，并在单个基地完成数字化转型后可实现快速复制推广至整个集团。

在整体功能架构中，我们分为执行层与决策层两个大层级，5个小层级，执行层中现场层为现场仪表、自动化设备；
边缘层为通过网关、网闸采集现场仪表和自动化设备数据，并可进行本地数据的储存、工业网络物理隔离；
平台基础服务层采用阿里云的基础设施，包括存储、时序数据库、中间件产品等，可实现数据清洗、接口管理等功能，为平台的核心；
工厂应用层为企业执行层使用的具体功能模块，包含计划排产、生产管理、质量管理、设备管理、能源管理、数据分析和数字工厂等；
管理应用层为企业高层运营决策使用功能，包括工作台、生产绩效与对标等模块。

3.2全量、全要素的采集

我们为企业规划的数字化转型路径会分为6个阶段，采集、展示、管理、分析、优化、预测，逐步迭代提升，其中全量、全要素的采集是完成数字化的基座。为此我们需要规划好2点：

（1）思考清晰要解决的痛点与需优化的场景有哪些数据要采集；

举例：要完成喷雾塔质量控制优化需采集哪些参数、哪些数据目前数采不支持需人工录入，如现有条件不支持，要完成阶段性目标仅提供管控数据、辅助分析，需优先采集哪些数据（如图1）。

（2）做好底层数采的架构搭建：实现现场层数据的自动采集、业务数据的人工录入、企业其他信息化办公系统数据的互联互通（如图2）。

（3）数据从边缘到云端过程：①数据从网闸/网关通过私有协议往云端传输；
②云边网关负责数据的传输；
③数据到达云端后，通过DataX/FlinkX进行初步清洗与分发，分别分发给Hbase（时序）与Hive（离线计算用）；
④Spark抽取Hive数据，进行复杂的大数据计算，计算中使用Redis高速缓存数据库，计算结果存入Hive/HBase；
⑤数据一方面提供给基于Spring boot开发的后端与前端服务，另一方面提供给工业AI算法训练平台。

3.3数据基础---数据断点续传、清洗、治理

由于现场采集网络设备、网络、光纤、现场总线、采集对象等不可避免的会出现故障、断电、通讯中断以及电磁干扰的情况，从而造成数据中断、数据清零、数据跳变等数据质量问题，市面上很多系统是直接将采集上来的数据进行数据管理的，当数据出现中断、清零、跳变等异常情况就需要人工干预，导致数据处理工作过多，且准确性无法保障，为解决此问题我们平台对于这种情况通过大数据分析处理，对数据进行数据断点续传、数据清洗、数据治理，得到准确的数据，来保障我们支撑我们的分析决策体系。

4 数字化运营对生产的变革

4.1人员意识与方法的变革：挖潜、管控、工艺优化能力的提升

（1）统计人员：减少重复统计、抄录、传递工作，减少重复工作，提高效率；

（2）统计、管理层：学会使用系统进行多维度的统计分析、挖掘生产潜力；

（3）设备人员：通过知识库沉淀、传承、提升，形成技能提升体系；

（4）技术、过控人员：学会利用数据优化工艺、控制质量（数据工具支持、人员能力提升）；

（5）生产技术岗：掌握关联工序数据、质量信息，通过系统追溯、把控上工序产出、质量异常的能力。

4.2管理模式的变革

（1）通过故障频次、无效生产时长（窑炉、抛光）的统计分析，进行考核、管理；

（2）质量管控方式变革：通过质量分析工具进行稳定性、质量的考核、管理；

（3）可视化激励：生产车间PK客观化，内部竞争良性化（班组指标实时获知、现场展示、员工可根据系统寻找差距、提升方向）；

（4）系统驱动管控、防错、减少异常问题发生（如釉料配送防错）；

（5）数字化巡厂：管理层通过系统快速巡查基地运营状况、定位异常，通过系统随时掌控生产。

4.3协作方式的变革

（1）生產人员通过系统拉通实时信息，提高时效性，管控力（订单生产进度、班组产能、生产效率、产品单耗、班组损耗）；

（2）现场管控由人工定期巡检转变为集中监测、告警驱动（app-随时可接受信息）；

（3）设备管理：实现任务透明管控、备件寿命管理、预防性维护、部分设备预测性维护；

（4）上下工序数据拉通，实现工序间互相监督、追溯（减少不合格品流入下道工序）；

（5）质量问题系统自动按设定反馈，提升反馈、处理的及时性、有效性。

4.4产品追溯的变革（标识解析体系应用）

利用《绿色纸包装工业互联网标识解析二级节点建设》项目的建设成果，将生产流程和产品接入国家工业互联网标识解析系统，标识解析体系可以将生产流程转化为数字标签，实现工业全要素，各生产环节的信息互通，从而带动行业发展，促进转型升级。

（1）生产制造管理：将物料与生产资源实现赋码管理，融合标识进行合理生产计划与生产协调，结合设备的标识赋码实现设备全生命周期管理与设备异常实时监测。在生产过程管理中实现标识贯穿的全流程管控。

（2）品质控制：利用生产物料赋码结合标识进行上下游物料/原料供应追踪管理，实现生产过程的全流程品质控制及上下游品质控制扩展。

（3）产品在线追溯：将标识应用至上产企业相关的上下游企业及流通过程，实现在由生产前期至生产流通的全过程追溯管理与精准定位。

（4）营销战略分析：满足生产企业为不同客户提供不同的灵活定制营销，满足包装应用企业定制产品的营销界面或宣传界面以及进行售后服务跟踪。

4.5持续的数据运营服务+数据运营小组建立

企业数字化转型不是一蹴而就的，是一个自上而下推动变革、学习的过程，高层领导在数字化转型中的处于关键推动性角色，在这个过程中需要外部数字化转型供应商与企业管理团队合力，由乙方（数字化平台供应商）的客户运营团队，提供从系统上线、系统功能操作使用、系统功能用途介绍、系统运维、系统价值挖掘的培训，赋能企业，辅助企业数据运营团队建立、数据创造价值的赋能。

5 结论

陶瓷行业正处在剧烈的变革时期。受房地产行业下行影响，行业目前整体库存率较高、利润空间被大幅度压缩；
再加上“企二代”所带来的“代际革命”，对传统制造企业管理方式也提出新诉求。因此，企业对于数字化、智能化的内生驱动需求越来越迫切。

陶瓷行业作为传统流程行业由一代代陶瓷从业人员不断推进工艺与流程的创新，在生产企业智能制造升级的浪潮下，更好的运用“工业互联网+大数据”的技术，建设具备陶瓷行业属性、为生产赋能的生产数字化运营平台是一个持续迭代与创新的过程，在转型的后期，也将进行工业AI方面的实践，在球磨工艺参数推荐、错峰排产、喷雾塔粉料质量预测、最佳参数推荐、APS智能排产等场景中逐步展开，朝着系统指导生产，提质、增效、降本的方向不断前进。

参考文献

[1]陈淼淼，王怡涵 .大数据技术对企业生产运营的影响分析.[J].现代商业，2021（14）135-137.

[2]赵丽锦，胡晓明.企业数字化转型的基本逻辑、驱动因素与实现路径.[J]企业经济（10）16-26.

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