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红云红河集团曲靖卷烟厂:厚积笃行 智领未来

2021年04月30日 来源:红云红河资讯平台
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漫溯至珠江源头, 穿行过乌蒙山脉, 智能制造的热潮正在红云红河集团曲靖卷烟厂奔涌,其技术令人骄傲,其成绩令人惊叹。面对高质量发展的时代脉动,不回避挑战、不局限当下、不闭门造车,“曲烟智造”不仅是对现实发展的革新,更是对未来发展的探索。哪些是引领潮流的技术亮点?哪些是值得学习借鉴的业界标杆?哪些已跻身科技竞争的前沿尖端?现专访国家级信息化专家周剑,解读曲烟制造的“智慧密码”和其蕴含的重要意义。

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“数字孪生” 世界级领先




在您看来,当前曲烟的智能制造在轻工业范畴内处于什么水平?


轻工业是一个很大的范畴,不同行业的特点也不一样,总体而言,曲烟的智能制造水平已经处在第一梯队,某些技术已实现超越引领。尤其在生产制造管控领域, 曲烟更是走在国内最前列,其亮点工作如基于C P S的制丝松散回潮均质化智能控制系统,即是当前世界范围内智能制造领域最为核心前沿的“数字孪生”技术在国内的实现与应用,这项创新在世界烟草行业也是首屈一指。


“数字孪生”如何定义?为什么这项技术在智能制造领域具有核心价值?


数字孪生形式就是汇聚分散在各个封闭组织内的数据,利用人工智能技术从历史数据中发掘机理和规律,让真实世界的设备映射到数字世界。现在很多行业或企业都在专注于解决于装备设备数字化、网络化、智能化问题,但是在未来,更重要的可能是解决数字孪生问题。


构建数字孪生系统不止是改造设备本身,而是要在生产线车间外对设备进行全镜像全仿真,通过数字孪生建立数字虚体,去映射整套物理实体。有了“孪生”的数字系统之后,就可以很好地解决设备设施之间互联互通和柔性化管控问题,高效解决制造资源之间开放协作问题。如果直接以物理设备作为桥梁接口,直接对接设备共享或高度柔性化操作是很难的,但在数字的世界里,一切都将变为可能。


从我国各个行业智能制造和工业互联网水平来看,我们认为数字孪生底层的工艺设备至关重要,但同时这也是一个核心技术难点。实际上,“德国工业4.0”强调解决工厂底层全面数字化问题,就是要实现数字孪生。


曲烟作为卷烟工业企业, 它的数字孪生技术有哪些特点?解决了哪些现实问题?


曲烟在制丝环节部分实现数字孪生是一项了不起的技术突破,他们的做法在行业内非常领先且务实,主要作用是提高了品控能力。生产管控环节在我国一直都是短板难题,就算在国际上,相比研发而言,品控也是数字化较慢的领域。


原来我们认为,通过高度自动化、尽量减少人为干预,就能够提高品控水平;后来日本人又提出在一定自动化程度上加强管理措施,但这些方法在烟草制丝等一些特殊领域始终难以奏效。


现在曲烟通过数字孪生的手段,解决了这个问题。他们在制丝的必要环节加装了非常多的传感器,对原料状态拥有更多信息感知。根据这些感知的反馈,在控制过程中增加更有针对性的柔性控制,实现前端不同原料进入后,后端即可做出不同反应和控制。


这种高柔性控制由于太过复杂,不能依靠纯粹机械设备完成,一般的数字控制又缺乏精度,数字孪生的出现就是为了解决类似“柔性化”“复杂性”等难题。只要检测点、感知点采集的信息足够精密丰富,数字孪生就可以实现无论前端来料处于什么状态、产生什么变化,后端都可以精准控制, 破解产品质量进一步提升的难题。


我之所以认为曲烟制丝线的数字孪生值得肯定,就是因为它构建的数字孪生模型对现实物理世界的表达能力很强,的确能够解决一些复杂问题。曲烟现在高水平的品控能力,数字孪生贡献了很多力量。


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  厚积笃行 路径性开拓

  您之前谈到,制丝环节是卷烟产品品控的“特殊领域”,它的信息化控制难在哪里?

因为烟草制丝环节是对来自不同产区、不同品质烟叶的精细加工,烟叶作为一种农产品,它的生物性状复杂多变难以控制。为什么我们的纺织业在两化融合过程中也很“难受”,就是因为不同产地的棉花性状差异明显,难以控制,烟草行业也在面对同样的问题。


在制丝过程中烟叶的各种参数剧烈变化,如果前端原料进入时检测不够精细,后端工艺控制就很困难,这种复杂度导致制丝工艺无法实现完全规律化的自动控制。因此,在曲烟构建制丝线松散回潮数字孪生之前,全世界都没有哪家设备厂商在这个领域有重大突破。


曲烟是如何构建制丝线数字孪生的?


对于曲烟而言,他们很早就在制丝过程中遇到难题,但在当时缺乏有效的解决方法。长期以来,曲烟一直秉承着“生产前端处理得越精细,后端就越可控,品控效果就越好”的理念,数字化手段出现之后,他们就开始设想能不能在前端环节加装传感器,以提高数字化的柔性水平,进而提升后端控制的精确性。


在实践探索过程中,曲烟基于自身生产场景,积累了丰富的经验数据,他们的技术人员精通业务,在信息化方面则积极通过借助国内科研机构的“外脑”协同合作,经过几年来持之以恒不懈努力,最终让这项前沿技术从构想变为现实。


其实回头来看,此前国内智能制造的普遍模式是通过信息化手段推动智能管控、智能供应链等等,没想过从一个点上去突破柔性的问题,没想过基于数据采集和柔性处理去改变工艺本身的控制能力问题。在如何解决品控的问题上,曲烟走的才是正确的方向。


是否可以这样认为,“数字孪生”是智能制造众多发展方向中最符合未来潮流的?


可以这样说。当前国内智能制造有很多发展方向,曲烟的制丝线数字孪生是走在了一个符合未来潮流的方向上, 而且是发力在一个很尖端、很难攻克的领域。智能制造的“劲儿”用得对不对,这是个很重要的问题,目前大多数企业都将精力投入搞智能生产和智能运营,将注意力集中在研发领域,更关心质量、成本、效率,没有关心在未来更加多变、可能带来巨大影响的方向。


曲烟正是在生产控制这个薄弱领环节取得突破,可能他们自己都还没意识到这项创新的重要意义,他们是真正在一定程度上实现了数字孪生这个构想,由此引发的影响将是非常巨大的。在未来,这项技术改变的不止是品控效率的问题,有可能改变技术发展路径。


您基于哪些理由判断曲烟的数字孪生有可能改变发展路径?


数字孪生和基于数字孪生的集成控制是属于下一个时代制造业必备的能力。未来工业是属于个性化定制、柔性化生产、网络化协同的时代,只有在孪生的数字层面模拟成功后直接指派给物理系统,整个生产系统才具有高度柔性以满足高度个性化的需求;企业与企业之间的物理系统无法联网协作,因协作产生的海量变量单纯依靠边缘智能也无法完全响应, 只有通过数字孪生系统联网协同,才能充分满足生产效率。


曲烟目前还只是在制丝环节部分实现数字孪生,如果能够实现整条制丝线甚至工厂级的数字孪生,那意义就非同凡响了


您认为曲烟能够实现制丝线部分数字孪生,具备了哪些底蕴和优势?


曲烟的成功可以归功于很多独特的优势:烟草行业整体工业化、信息化、及其深度融合等各方面水平都很高, 行业整体追求更高层次的发展,创新氛围浓厚;其次,全世界最尖端的设备厂商都涉足这个领域,我们的卷烟工业企业作为重要客户,供应商在一定程度上愿意配合其需求进行改进;国内的一些科技公司也愿意参与其中共同努力。


但更可贵的是,曲烟自身对技术创新有积累、有见解、有要求,这家企业有良好的基础和生态,愿意为创新持续付出。要真正实现数字孪生,不是靠一部机器、一条生产线就能完成的,必须要有大规模的数据采集、要找到工艺流程最基本的规律、要掌握主流设备商的核心工艺技术、要具备一定的通用性。曲烟正是经过几十年的摸索积累,潜心学习,不计回报、始终坚持,才有能力去建造复杂的数字孪生系统。


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  潜力无限 现象级标杆

  未来曲烟智能制造还要朝哪个方向努力?

我认为还是要朝着构建工厂级数字孪生系统的方向努力。因为数字孪生不是一个孤立的个体,它可以是某个点位的数字镜像,也可以是一台设备、一条生产线甚至一座工厂的,构建的范围有多大,它就可以在多大范围内发生作用。


进一步提升数字孪生水平对曲烟有哪些方向的好处?


从局部细节来讲,如果设备都能够实现数字三维化,人工环节就更容易进行学习、控制、优化、预警。举例而言,卷接包机构造复杂,普通技术工人无法修理,如果有相应的数字孪生系统进行三维化呈现, 那维修工作就变得简单易懂。


从市场发展角度来看,未来个性化需求是必然趋势,柔性生产、精准控制也将是一种必然要求。现在许多卷烟生产企业都想在“个性化需求”方面有所突破,数字孪生可以让制造端响应市场能力更强,更适应细分市场的消费需求,企业也就更具竞争力。


行业内其他工业企业该如何学习借鉴曲烟的经验做法?


对于卷烟工业企业而言,制丝是决定卷烟产品品质的关键环节,目前单纯依靠提高设备自动化水平已经难以满足其品控需求,可以借鉴曲烟在制丝环节构建数字孪生的经验,促进自身产品质量保持高水平的稳定性,事实证明走这条路是很有效的。


目前国外还没有相应的经验可供借鉴, 曲烟经验尤为宝贵,他们制丝线数字孪生的构建理念是什么、前期需要哪些准备积累、构建的过程是怎样、如何跟业外技术团队协同配合、如何围绕产业发展需求等,这些操作性经验都有学习借鉴价值。


曲烟智能制造又将为行业外企业提供哪些正向示范和支持?


我们估计未来各个行业都要推动数字孪生应用,这是大家共同面对的趋势性问题,但在品控领域数字孪生构建出来是什么样子,大家都不清楚。曲烟就是这样一个可供大家看到实际效果的观摩样本,对我国其他行业构建数字孪生都将起到良好的示范作用。与此同时,国内的数控科技企业也在与烟草行业的合作中也得到大幅锻炼提升, 向社会输出正效益。


当然,每个行业对数字孪生系统的需求必然不同,但搭建方式和构建理念却可以借鉴。在烟草行业的推动下,未来,曲烟在制丝线上的成功经验也可以继续扩展到CPS,基于各种数字孪生上升到企业层面的信息物理系统,为企业发展提供更具智慧的技术保障。

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