工業(yè)4.0時代的食品飲料工業(yè)

文/ 宋華振

工業(yè)4.0時代的食品飲料工業(yè)

文/ 宋華振

工業(yè)4.0、IoT、AI、DeepLearning眾多的詞匯在產(chǎn)業(yè)界持續(xù)的發(fā)酵，人們在尋求這些技術(shù)背后的玄機，究竟什么才是能夠幫助自己在競爭中勝出的道路——有些人迷茫，也有些人趁著這潮流在牽強附會的推銷自己的產(chǎn)品，食品飲料工業(yè)的人似乎更為熱衷于此。因為，這個領(lǐng)域最具個性化生產(chǎn)的需求。

工業(yè)4.0、I o T、A I、DeepLearning眾多的詞匯在產(chǎn)業(yè)界持續(xù)的發(fā)酵，人們在尋求這些技術(shù)背后的玄機，究竟什么才是能夠幫助自己在競爭中勝出的道路。有些人迷茫，也有些人趁著這潮流在牽強附會的推銷自己的產(chǎn)品，食品飲料工業(yè)的人似乎更為熱衷于此。因為，這個領(lǐng)域最具個性化生產(chǎn)的需求。

個性化風(fēng)險

企業(yè)長久的戰(zhàn)略在于保持其競爭優(yōu)勢。通過差異化來實現(xiàn)是普遍的選擇，對于食品飲料工業(yè)就存在問題，激烈的競爭讓利潤無法支撐個性化，但又不得不接受客戶的需求正在變得更為豐富的現(xiàn)實需求。在超市里你看到的琳瑯滿目的商品都是來自于食品企業(yè)不斷的追求。

質(zhì)量問題：對于大批量生產(chǎn)而言，這是非常成熟的生產(chǎn)系統(tǒng)，尤其是大型食品飲料制造商，通過不斷的質(zhì)量優(yōu)化，其產(chǎn)品已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)同時低成本，這使得消費者可以獲得不斷降低的產(chǎn)品價格，就像20年前，礦泉水還是奢侈品的，而今天，這已經(jīng)是普通大眾即可消費的產(chǎn)品。但是，個性化會讓產(chǎn)品質(zhì)量出問題，由于批次變小，造成質(zhì)量的各個問題都會被放大，質(zhì)量迭代過程被小批量給中斷，無法形成高速迭代。

成本問題：規(guī)模生產(chǎn)以每批次的產(chǎn)品進行計算成本，在個性化生產(chǎn)的時候，批量變小，那么開機階段的損失、停機的損失都會造成不良品的上升，進而造成浪費。所有的時間、材料、人工如果沒有參與增值的生產(chǎn)，即沒有高品質(zhì)、高產(chǎn)出的最終產(chǎn)品，那么都將成為成本被分?jǐn)偅@樣的話，成本就會上升。

交付能力的問題：換裝對于生產(chǎn)而言，就會造成很多時間浪費，包括小批量的生產(chǎn)中的當(dāng)機問題，都會成為影響交付能力的因素，單位時間的產(chǎn)出會下降，因此，產(chǎn)值也會下降。

因此，綜合來說，個性化生產(chǎn)看上去很好，但是如果無法良好的掌控，那么就會給企業(yè)帶來質(zhì)量、成本、交付能力的巨大障礙。對于食品飲料企業(yè)而言，其優(yōu)勢在于大規(guī)模生產(chǎn)所積累下的精益生產(chǎn)的優(yōu)勢，但是必須對此進行更為充分的發(fā)揮。

表1 生產(chǎn)設(shè)備的六大浪費及對應(yīng)解決方案

技術(shù)服務(wù)于問題的解決

基于精益的設(shè)備六大浪費

對于食品企業(yè)而言，精益生產(chǎn)也是必須推進的，這里的關(guān)聯(lián)關(guān)系在于：精益為生產(chǎn)提供問題的解決方向，而自動化（OT）通過現(xiàn)有技術(shù)來解決機器的運行效率問題，而信息化用于解決更高層面的“策略”問題。

表1反映了生產(chǎn)設(shè)備的六大浪費。對應(yīng)了解決方向，也同時對應(yīng)了在自動化與信息化方面的解決方案。我們可以看到，在表1中，對于機器的運行日常問題，可以通過高精度的伺服系統(tǒng)來解決更換訂單時的參數(shù)自動調(diào)校、機器人協(xié)同來進行分揀（帶有視覺識別）。

事實上，僅從機器的六大浪費，我們就可以知道，個性化會帶來成本的上升，因為在生產(chǎn)過程中無論是減速、啟動停止階段的生產(chǎn)都是浪費。所有的浪費會編程成本：（1）時間是成本：凡是在生產(chǎn)中未增值的過程都將變成成本；（2）時間的累積是巨大的成本。細微的成本損耗在時間上的積分都會變成巨大的成本，例如：高速包裝材料的凹版印刷機，每次材料更換時浪費一個紙路，都會造成一年數(shù)萬米的浪費。自動化、信息化可以解決一些問題，但是，如何選擇系統(tǒng)？他們是如何解決問題的?

柔性擴展的平臺方案

對于智能升級而言，平臺變得至關(guān)重要，無論是大型的平臺系統(tǒng)或者專用為解決某些特定問題的小型系統(tǒng)，開放性、完整性是基礎(chǔ)，必須能夠有解決多種問題、互聯(lián)多種設(shè)備的能力。并且與IoT、AI系統(tǒng)具有開放的互聯(lián)接口，對于食品企業(yè)而言，尤其是對新鮮的產(chǎn)品供應(yīng)相關(guān)的企業(yè)，必須本地取材生產(chǎn)，這就是食品企業(yè)往往有著較廣的工廠分布，另外，數(shù)據(jù)的集中管理對于優(yōu)化至關(guān)重要，因此，必須選擇具有柔性擴展能力的系統(tǒng)平臺。

食品與飲料工業(yè)是一個典型的混合生產(chǎn)，包括了過程控制、批次控制以及離散的包裝，物流環(huán)節(jié)，因此，需要更為更高集成度的平臺來支撐，而貝加萊的APROL是一個融合了APC/ MPC過程控制所需的模塊，同時也包括了PDA（過程數(shù)據(jù)采集）、EnMon(能源監(jiān)測)、ConMon（狀態(tài)監(jiān)測）工廠數(shù)據(jù)監(jiān)測能力，同時APROL支持PackML的數(shù)據(jù)采集—它能實現(xiàn)對MES系統(tǒng)所需的OEE數(shù)據(jù)采集、RRCA質(zhì)量根源分析的數(shù)據(jù)采集，對于食品飲料企業(yè)而言，完全勝任整廠的管理，并且，他具有遠程部署的靈活性，可以從一個工廠到更多的工廠的數(shù)據(jù)集中管理，支持SQL Server。當(dāng)然，針對與FDA Gmap認(rèn)證，電子簽名與電子文檔而言，APROL同樣確保數(shù)據(jù)的完整與可追溯性。

飲料工業(yè)的互聯(lián)平臺架構(gòu)

APROL同時提供了針對云計算、霧計算、邊緣計算等的智能集成的接口。通過OPC UA或MQTT、REST接口方式，可以被云平臺以各種方式采集傳輸。

數(shù)據(jù)采集到了以后要解決的問題在于：

優(yōu)化質(zhì)量：對于智能系統(tǒng)而言，快速的調(diào)整工藝參數(shù)，滿足個性化對于機器工藝參數(shù)的自動調(diào)校，可以降低開機廢品、生產(chǎn)過程的質(zhì)量，以及缺陷的分析來提高質(zhì)量。

成本：所有的當(dāng)機都會造成成本，而預(yù)測性維護可以降低生產(chǎn)中的當(dāng)機，對于個性化生產(chǎn)而言，這就會降低其在單位批次產(chǎn)品中的成本消耗占比—同時，能耗也是如此，通過能源監(jiān)測的優(yōu)化，可以為單位產(chǎn)品的能耗成本下降做出貢獻。

快速的交付：通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測，并進行機器的負載均衡，可以維持機器的使用效率與生產(chǎn)的質(zhì)量、交付能力的平衡。因此，無論是OT技術(shù)、還是ICT技術(shù)都是圍繞我們的質(zhì)量、成本與交付來工作的。

數(shù)據(jù)僅有分析才有價值，基于APROL平臺，品質(zhì)相關(guān)、生產(chǎn)統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)、時間戳等參數(shù)可以被傳輸至分析系統(tǒng)，可以通過Hadoop等分析軟件實現(xiàn)以下功能：

分析與報告，讓生產(chǎn)的全局狀態(tài)如良品率、OEE、能源消耗、設(shè)備故障等狀態(tài)被采集，并提交報告分析，餅圖、趨勢等方法。

優(yōu)化，可以對生產(chǎn)的變化進行調(diào)節(jié)，例如：冷水機組的負載均衡、AGV小車的路徑重新規(guī)劃、倉儲物流的存取路徑變化后的重新優(yōu)化，這些都是圍繞著如何節(jié)省更多的時間、能耗，進而提高生產(chǎn)效率。

OEE、KPI等的計算都是圍繞著企業(yè)的經(jīng)營狀態(tài)，這些必須由現(xiàn)場的數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動來計算并提供給管理決策層，也可以為業(yè)績評估與考核制定計劃參考。

對于OEM機械制造商而言，通過這一方式，可以反饋生產(chǎn)現(xiàn)場的故障、工藝問題，以優(yōu)化其機械設(shè)計的過程，可以進而提升機器的質(zhì)量、能效、壽命等的設(shè)計。

實現(xiàn)智能升級的路徑

對于食品飲料企業(yè)而言，實現(xiàn)智能制造的升級，必須有非常清晰的線路，不能急于求成或為外界所干擾，必須立足于自身明確的目標(biāo)，可以分為幾個步驟：

明晰工廠目標(biāo)：確保質(zhì)量、交付、成本這些環(huán)節(jié)的問題可以被量化，設(shè)定清晰的目標(biāo)，實現(xiàn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，例如：設(shè)備所需采集的參數(shù)，都是必須可以被量化的，對于精益生產(chǎn)基礎(chǔ)好的企業(yè)而言，這點相對容易，而對于精益基礎(chǔ)不好的話，應(yīng)該首先由精益專家來進行精益培訓(xùn)，打撈量化基礎(chǔ)—這才是數(shù)字化的真正根源—這是圍繞著企業(yè)的運營目標(biāo)而制定的。

制定出有效的衡量指標(biāo)，例如OEE、KPI、QCPC的可量化指標(biāo)。這樣可以為內(nèi)部人員制定實施的精準(zhǔn)考核，避免無序的努力。

參考各種標(biāo)準(zhǔn)，包括通信、行業(yè)數(shù)據(jù)模型、管理信息系統(tǒng)（MES/ERP/CRM）等的通信互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)接口，必須依賴于標(biāo)準(zhǔn)化專家來支持，避免內(nèi)部盲目的制定自己的標(biāo)準(zhǔn)而使得外部協(xié)同者無法匹配。最好是基于國際通行標(biāo)準(zhǔn)，以確保所有企業(yè)都可以參與服務(wù)你的工廠。

制定企業(yè)內(nèi)部的信息模型和標(biāo)準(zhǔn)：需要哪些數(shù)據(jù)？以什么方式傳輸、軟件的接口應(yīng)該如何定義，以確保各家設(shè)備可以互聯(lián)互通、實現(xiàn)語義互操作等互聯(lián)能力。

建立頂層設(shè)計思想的一致：智能升級必然是一個長期的過程，不能在今天的系統(tǒng)設(shè)計為未來預(yù)留了障礙，或者存在潛在的重新更換系統(tǒng)的風(fēng)險而帶來巨大的成本浪費，必須依據(jù)“開放性原則”，確保不會技術(shù)淘汰，階梯實現(xiàn)原則，并非完全是指導(dǎo)性，也可以是技術(shù)性平臺選擇，例如基于Web技術(shù)也是一種原則，或者基于Mobile技術(shù)

實施過程必須是企業(yè)自身為主導(dǎo)，協(xié)同各個信息化、自動化，而非完全外包給第三方來實施，這樣才能確?？煽?，自身也在這個過程中掌握各種技術(shù)、方法。

持續(xù)改善：質(zhì)量成本交付這三個問題是一個不斷改善的環(huán)，而非一次智能升級可以解決的。技術(shù)也需要升級，基于開放性原則的系統(tǒng)可以有較低的升級成本。

必須切記，對于任何企業(yè)而言，技術(shù)只是服務(wù)于“質(zhì)量、成本、交貨能力”這三個核心問題，個性化也必須確?！案咂焚|(zhì)、低成本、快速交付”。

本文作者系貝加萊工業(yè)自動化有限公司市場總監(jiān)。