中小企业数字化转型案例7 黑龙江省九三农垦北大荒马铃薯产业有限公司实施精制淀粉数字车间改造实现淀粉生产的优化控制

时间:2022-03-29

一、案例简介

黑龙江省九三农垦北大荒马铃薯产业有限公司于2021年10月成功申报了数字化车间,车间建立了设备之间的工业通信网络,可以充分采集生产现场信息,与车间生产管理信息系统实现数据集成分析以及产品制造过程的可视化管理。截至目前企业已经投资14300余万元,建成了具备高度自动化、数字化、可视化、流程化、模型化为特征的马铃薯精致数字化生产车间。


图 1九三农垦北大荒薯业数字化车间图

二、总体规划

该公司自建设初期就旨在打造国内同行业生产规模最大,质量最优,绿色循环,环保综合利用率最高的全自动化精制马铃薯淀粉生产链企业,并通过近几年来持续数字化升级改造逐步建成了各个生产单元之间国内数字化程度最高的马铃薯淀粉生产模式:在原有的DCS控制基础上,升级数据采集与数据传输,协同MES系统,通过生产过程各环节动态参数信息、产品质量信息,销售信息,管理信息等数据信息的采集并互联互通,形成动态参数自动分析大数据网化互联,中心汇总,大数据协同分析,绘制精确的数据分析导向标线,达到时时温控、能控、物控、人控、质控数字化绿色生产模式。

未来该公司还要充分利用快速发展的5G技术契机,不断抢占市场先机。拟在2021年后还将持续投资350万元,进一步推进智能化工厂升级改造。同时指导设备更新选型方向、指导生产遥控,指导质量跟踪,实现车间数字化为生产服务、为管理服务、为质量服务、为效率服务、为经济效益服务的最终目标,使产品信息能够贯穿于原料种植,起收管理,运输,收购,储存、加工制造、销售物流,质量管控等产业链全环节,实现产品的全生命周期的数字化管理。

三、具体举措

(一)推进物料储存出库均化自动化升级,实现产品效益最大化

利用已有设施,研发消化国际先进的智能化淀粉储存系统,实现生产包装,缓存,入出库过程按指标高低分质均化,从淀粉入库指标到出库均化后指标更加平衡:通过PLC数字分析技术控制实现淀粉均化,在现有基础上加设自动淀粉水分等指标监测,按指标高低自动调节需要均化淀粉入出库量,实现按指标高低自动搭配,使产品质量更加均衡稳定可靠,从而满足不同客户的专品种产品质量要求,提高产品效益。

(二)完善目前生产线自动化薄弱环节,实现企业内全环节自动化数字化

利用已有设施,通过研发或引进国际先进的智能化包装生产线,实现产品罐装包装及质量管控过程全部自动化,在目前生产环节工艺自动化的基础上形成多工序协同自动化。达到智能代码预警、减少人为因素干预失误,提高生产效率、提高产品质量、提高设备使用效率、提高资源利用率、加快物料流转率。实现全厂范围内各环节达到实时监控,数据自动采集、自动传输、自动统计、自动分析、自动形成报表、主动预警的参数协调状态。进一步整合全厂的生产执行系统,质量管控系统,经营管理系统。充分高效执行数字化管控手段。

(三)推进产品质量信息追溯的升级,实现全产业链质量数字化管控

在现有追溯系统基础上,实现数字代码流程管理,以数字采集系统进行追踪以产品代码代入程式,主平台记录,向生产车间外,向产品销售可达到的区域,向原料供应商等延伸,承载主平台记录产品信息,实现代码查询,呈现产品可控信息,返本溯源,质量全程追踪,保障产品质量。以产品线上电子扫描为数据基点,以各个流程为数据终点,以供应商和经销商为数据延线,全面铺开产品信息追踪体系,全方位追踪产品情况,以实时了解客户需求,持续改进产品,持续提高产品质量。

(四)强化绿色生产制造水平,实现无污染绿色循环经济

采用指定专门部门(单位产品耗能量)、定时(在适宜季节生产)、定人(指定专人进行核定能耗)、定产品(根据市场需求)的管理模式,推行节能减排理念,依托大数据平台,根据历史数据分析各品种需求按需生产、分析单位产品能耗量,分析拟合出以满足市场供应的最低耗能量与生产产品量化曲线关系,依相关关系设定生产模式。过程监控以视频数据、设备参数、电子监控数据传输,主平台集中共享,以降低人员工作强度、减少追踪数据记录存储空间、减少办公纸张、油墨、化验室产品应用量。生产用水、电依托主平台,按产品逐批合计使用与使用时间,拟合各个时间生产的耗能表及产品耗能时间曲线,以合适时间,合适时间销售。形成低耗能、小空间、短时间生产产品。同时对换下来的备件进行修旧利废,减少资源浪费。

(五)推进基地-工厂-用户全过程数字化互联互通,实现生产质量研发效能最大化。

随着5G技术的广泛应用,逐步建立成全产业链数字化企业,从工厂内扩展到工厂外,从原料种植基地到产品应用客户之间,建设全套数据标准体系,建立全产业链数据规范及数据编(代)码,统一公司数据应用程式。建设统一的种收储加运销农副产品加工企业集中管理应用分析数字化平台,实现多产业联动,多程式响应,多流程并行,多属性交叉,达到层级分类别数据互通互享。各工序实现数据参数与视频监控协同,达到全过程可视,参数支撑,大数据分析,线性拟合指导,最终达到低能耗、无异常、高效率、高质量、高指标数字化管理企业。

四、工作成效

(一)随着数字技术的不断应用和开展,极大的提升了生产效率

通过自动数字控制技术在淀粉生产中的应用,实时监测粉磨过程的状态,根据建立的预测模型控制器来优化控制淀粉生产过程,实现了淀粉生产的优化控制。使用瑞典拉尔森淀粉机械设备公司和罗克韦尔的AB LOGIX 5000系统控制平台,采用冗余服务器+客户机的架构,可以提供更好的系统扩展性、稳定性,提供可靠的平台进行全厂控制程序组态。淀粉智能优化控制技术是一类在动态环境中,基于数学模型,借助强大的计算能力,具有比常规PID控制效果更好并且为工厂获得最大利润而实施的控制策略。它是将马铃薯加工工艺、淀粉工程、计算机、仪表、过程控制理论与先进控制技术有机结合而形成的一种新型控制技术。

针对淀粉工业生产过程的特点,淀粉生产过程具有多变量、强耦合、非线性、长时滞的特点,具有很大的特殊性。智能系统采用融合建模、控制、监控、分析、可视化和集成等众多强大的技术,保证了淀粉生产过程中的智能控制。智能控制平台以旋流、浓缩等过程为对象,根据生产信息,对淀粉生产过程进行自动控制,从而避免人为控制的滞后性、随意性和差异化操作,稳定参数,降低了中控操作人员劳动强度。通过数字技术的应用,该公司目前淀粉生产线生产能力在原基础上日单产量能力增加30%以上:由原加工马铃薯90吨/小时提高到115吨/小时,日处理能力由原来2160吨/天提高到2760天/天。

(二)随着数字技术的不断应用和开展,极大的提高了产品质量

通过采用淀粉生产过程智能优化控制系统,将过程变动性减少40%-80%,精制车间以管理和控制为核心,针对相关工序和流程,建立管理(生产管理、能源管理、设备管理、质量管理等)、控制(精制系统智能控制)和优化运行为一体的淀粉生产管控集成化平台,实现自动化、数字化、可视化、流程化、模型化为特征的自动化集成系统。采用世界领先水平FCS系统,全流程80%实现自动操作,中控室常备操作员为3人。车间智能工业电视系统集成安防系统,实现对各个工段生产、巡检的实时记录和动态回放。APC先进控制,实现生产线的无人值守和稳定生产运行,保证控制和质量的稳定性,产品质量由原来一级品率百分之六十提高到百分之九十五以上,质量产品差价收益每年可达525万元以上。

(三)随着数字技术的不断应用和开展,极大的降低了生产成本

通过采用淀粉生产过程智能优化控制系统,生产成本指标大幅降低,每吨能源成本减少10%--15%左右,使达到环境排放法规所需的环保成本大约降低50%以上,生产成本平均下降165元/吨,年生产成本节约400万元以上;同时生产安全稳定,为该公司带来可观的经济效益同时也带来了诸多社会效益,增强了综合竞争力。