化纖行業(yè)是關系國計民生的行業(yè)，前半段屬于聚酯流程行業(yè)，后半段成品環(huán)節(jié)屬于離散行業(yè)。隨著行業(yè)產(chǎn)能的增長，數(shù)字化建設的需求也在與日俱增，行業(yè)龍頭企業(yè)早已開始數(shù)字化建設探索之路，從浙江省的“數(shù)字化工廠”“化纖工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”等名單可以看出目前已初具成效，但行業(yè)內的中小型公司數(shù)字化水平相差較大。

本文結合多個化纖工廠智能/數(shù)字化工廠落地經(jīng)驗，就化纖行業(yè)數(shù)字化建設/轉型的技術路徑進行總結與說明。 化纖行業(yè)數(shù)字化建設的基礎 制造業(yè)數(shù)字化建設/轉型不是一蹴而就的，有一定的順序與積累，還要有必要的基礎。

（1）自動化、信息化基礎 對于制造業(yè)來說，通過一些“硬工具”—自動化設備、“軟工具”—IT信息化系統(tǒng)，替換重復性工作提升效率與生產(chǎn)節(jié)拍、解放勞動力等是最為基礎的需求。自福特汽車廠1913年引入世界首條自動化流水生產(chǎn)線，其T型車2 500萬輛的銷量至今未被打破；20世紀50年代，IBM在轉型期投資數(shù)十億美元建設了高度自動化的工廠，助力IBM成功轉型。隨著自動化逐步步入高速發(fā)展時期，為越來越多的制造業(yè)帶來便利與收益。 隨著計算機由晶體管邁入集成電路時代，通過自動化實現(xiàn)批量制造，使得PC走入千家萬戶，計算機IT技術伴隨其一起發(fā)展，為制造業(yè)提供了諸多系統(tǒng)、工具。自動化與IT信息結合成為如今現(xiàn)場成套設備的標配，軟硬件均需滿足“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的要求。

基礎部分的投入是最大的，其建設水平?jīng)Q定了智能制造、數(shù)字化的落地難度與成功率。對于設備、技術的需求方和供給方，需要統(tǒng)一意識：再先進的設備和技術，都是為了生產(chǎn)而服務。精密、穩(wěn)定的機械是電氣精確控制的基礎， 貼合實際的IT系統(tǒng)功能才能被需求方用戶主動接受與使用。

對于需方而言，需要明確提出成套設備要滿足的生產(chǎn)量化指標，對各項細節(jié)進行明確約定，如生產(chǎn)工況詳細數(shù)據(jù)、雙方工作界區(qū)范圍、設備供貨清單（需求方提出品牌要求）、設備/系統(tǒng)功能、成套設備性能指標、性能指標設計依據(jù)與計算過程、驗收方式、備品備件清單、交付資料等等。為便于采購、維護、備品備件通用、制定統(tǒng)一通信與數(shù)據(jù)標準等， 需求方可對PLC、電氣元器件、關鍵設備等制定統(tǒng)一的標準。

對于供給方而言，需要先深入且清晰的了解需方的實際需求，在進行設備、系統(tǒng)等設計時緊密結合實際需求進行設計，機械部分盡可能使用標準件，避免非標定制件過多造成供應鏈的延時或不可控。任何一個項目的成功落地，都是基于雙方的緊密配合，需求未梳理清晰、需求多變?yōu)轫椖康氖÷裣路P。供需雙方都要做好項目管理，保證項目按照項目節(jié)點、里程碑計劃穩(wěn)定、有序地進行。

此部分也需要關注新技術的發(fā)展與應用，可逐步引入工業(yè)場景應用，如：傳統(tǒng)堆垛機式立體庫占地面積大、出入庫效率難以進一步提升，可關注四向穿梭車式立體庫，以48 000個貨位立體庫為例，堆垛機式立體庫高度需要27 m，而同樣占地面積四向穿梭車式立體庫高度可做到24 m，由于穿梭車可以在不同的庫層之間進行調度，可以大幅提升出入庫的效率；對于互聯(lián)網(wǎng)技術可吸收引進，互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)億次/s的高并發(fā)與處理，在工業(yè)應用時，在UDT 中可引入MapReduce思路進行設計，中間層使用MQTT， IT系統(tǒng)中使用多線程，可在ms級內實現(xiàn)工業(yè)萬次/s的并發(fā)與處理。

工業(yè)技術環(huán)境包羅萬象，實際應用效果是檢驗技術是否可行的有效途徑，工業(yè)設備與軟件是需要沉淀積累的，將工業(yè)行業(yè)中的隱性知識與經(jīng)驗轉換為顯性知識與經(jīng)驗，再通過技術對現(xiàn)場進行賦能，最直觀的評價標準是此設備/系統(tǒng)是否好用。

（2）工業(yè)網(wǎng)絡 工業(yè)網(wǎng)絡是工廠的神經(jīng)網(wǎng)絡，在日益復雜的自動化、IT系統(tǒng)中，其穩(wěn)定性對生產(chǎn)有直接影響。設計一個安全、穩(wěn)定、高效、容災、可擴展的工業(yè)網(wǎng)絡顯得尤為重要，化纖行業(yè)工廠級工業(yè)網(wǎng)絡設計如圖1所示。 主網(wǎng)采用光纖環(huán)網(wǎng)，子網(wǎng)根據(jù)通信距離決定采用光纖環(huán)網(wǎng)還是網(wǎng)線環(huán)網(wǎng)，無線、5G網(wǎng)絡可在子網(wǎng)中進行融合。為保證通信的穩(wěn)定性，建議現(xiàn)場單根網(wǎng)線的長度≤85m。

網(wǎng)線環(huán)網(wǎng)中，每兩臺交換機間、重要設備與交換機間放置2根網(wǎng)線，其中一根不接入交換機中，避免數(shù)據(jù)分流造成通信丟包或延時。

工業(yè)網(wǎng)絡與辦公網(wǎng)絡有著根本上的不同，在辦公中一臺服務器處理多臺設備連接，設備之間無交叉連接，多個設備同時連接服務器時會導致阻塞和延時。這種通信方式不能用于工業(yè)自動控制，循環(huán)執(zhí)行進程要及時處理更新的數(shù)據(jù)并發(fā)出新的控制指令，工業(yè)網(wǎng)絡必須能夠反應靈活并在短時間內滿足工業(yè)需求，重組必須快速而高效，如果發(fā)生延時，會導致發(fā)生“該運行的不運行，該停止的不停止”的生產(chǎn)、安全事故。

工業(yè)網(wǎng)絡必須能夠適應如高溫、濕度高、粉塵多、振動、腐蝕性、輻射、電磁干擾等惡劣嚴酷的工業(yè)環(huán)境，工業(yè)交換機的工作溫度、工作濕度、防護等級、MTBF均有參數(shù)說明，工業(yè)交換機需要選擇工業(yè)品牌，不能用民用交換機進行替換。

（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 當自動化系統(tǒng)到達一定的復雜度時，建立一個公司級/ 集團級的DAQ平臺十分必要，一般是從現(xiàn)場設備中的控制器、專用數(shù)據(jù)采集卡等中進行數(shù)據(jù)采集或交互，如DCS、PLC、機器人控制器、各種單機設備控制器、專用通信板卡等。設備連通進行數(shù)據(jù)采集與交互是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心。對于C端而言，通信協(xié)議較為單一、獲取授權較為方便，可以輕易獲取海量數(shù)據(jù)；但對于制造業(yè)B端來說，現(xiàn)場通信協(xié)議眾多且互不兼容、工業(yè)環(huán)境復雜，尤其是有些專用/進口/壟斷設備并不開放數(shù)據(jù)接口，如數(shù)控機床、巴馬格卷繞機等， 大大增加了數(shù)據(jù)獲取的難度與成本。

目前比較成熟的做法為使用OPC軟件作為主要平臺， 輔以定制開發(fā)通信接口。OPC有DA、UA之分，OPC DA只支持Windows平臺，OPC UA已成為主流方式，得益于其更多的功能、跨平臺能力、安全性更高等優(yōu)點。OPC在建立數(shù)據(jù)采集變量時，首先要配置采集控制器的型號驅動、IP地址等參數(shù)，其次變量是按照channel、device、tag三層建立， 當一臺設備中變量較多時，會影響采集速率，此時可將一臺設備分為多個device，在每個對應的device下建立相應的tags。筆者成功落地過通過一個OPC UA平臺上采集10萬點數(shù)據(jù)，采集周期在100ms以內。除了OPC之外，還有其他一些也可實現(xiàn)該平臺功能，如在機床物聯(lián)網(wǎng)中應用較為成熟的Thingworx等。

（4）IT決策系統(tǒng) 有無IT決策系統(tǒng)是衡量一個工廠是否智能的重要指標，其能實現(xiàn)“自動化作執(zhí)行，信息化作決策”。IT決策系統(tǒng)是指緊耦合MES/MOM，它賦予智能工廠“大腦”。ISA- 95中定義了MES，最新發(fā)布的ISA-SP95中定義了MOM，為便于行文，本文還是以MES闡述。MES有松耦合、緊耦合之分，此處的耦合可以理解為MES是否參與到現(xiàn)場控制。 松耦合MES主要做數(shù)據(jù)集成、展示與相關操作，業(yè)務復雜度較低，實施難度也較低。緊耦合MES要與自動化層面緊密結合，自動化與IT之間打通可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)互通有無。

簡單的示例流程如下：通過銷售系統(tǒng)下訂單，ERP對該訂單依據(jù)物料信息等進行處理分解后下發(fā)至緊耦合MES， MES結合產(chǎn)品BOM、庫存等信息進一步將訂單處理為現(xiàn)場可執(zhí)行的生產(chǎn)計劃，再將生產(chǎn)任務下發(fā)至物流系統(tǒng)、現(xiàn)場計劃執(zhí)行PLC中等；在原料上線生產(chǎn)過程中，每到一個工序、質量檢查點等時，現(xiàn)場PLC向MES發(fā)起指令請求下一步動作、狀態(tài)等，MES根據(jù)制定的規(guī)則判斷是否允許繼續(xù)執(zhí)行、拉動現(xiàn)場物料配送等。緊耦合MES在與自動化層交互時，一般是PLC側發(fā)起請求，MES側響應，每次請求必須有響應， 否則形成不了閉環(huán)，會導致現(xiàn)場停產(chǎn)事故。緊耦合MES不是一套軟件，而是在深入理解、掌握現(xiàn)場業(yè)務需求的基礎上才能實現(xiàn)，對于集團型制造業(yè)，該部分為核心業(yè)務與技術，最好是自己有團隊進行實施與運維，需要供應商進行配合實施的部分，制定供應商側的標準并指導供應商進行配合實施。

（5）信息互通 IT信息的融合至關重要，如：CAD/CAE等產(chǎn)品研發(fā)系統(tǒng)、PLM、CRM、SCM、LIMS、WMS、ERP、MES、MDM、EAM等。要打通研發(fā)、采購、財務、物流、生產(chǎn)、售后等全流程系統(tǒng)，涉及的系統(tǒng)對接或很多，每個系統(tǒng)如果單獨開發(fā)接口進行對接，會存在開發(fā)與調試工作量較大、接口不統(tǒng)一、運維難度與成本高等問題，因此可以考慮采用ESB進行實現(xiàn)，當后期系統(tǒng)迭代升級、更換、新增時，也能進行較快的融合。

（6）數(shù)據(jù)展示 基礎建設過程中，通過LED、LCD等進行數(shù)據(jù)展示是必不可少的，核心是有相關數(shù)據(jù)。展示界面需要根據(jù)實際需求而定，不同層級的人員對所展示的信息要求也不同，需求確定后可讓UI界面美觀設計。2D/3D、數(shù)字孿生、微信推送信息等是一種技術形式，關鍵點還是需要打通與相關數(shù)據(jù)的交互渠道。

數(shù)字化應用實踐 數(shù)字化建設所需的基礎越成熟，各環(huán)節(jié)就越流暢， 可獲取、積累的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗就越多。沒有穩(wěn)定、有效與高效的數(shù)據(jù)來源，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是無源之水，數(shù)字化是空中樓閣。數(shù)據(jù)蘊含信息，信息內含知識，知識就可以用于實際的提升、改進、創(chuàng)新等。制造業(yè)是實體經(jīng)濟的支柱，制造業(yè)數(shù)字化也是我國數(shù)字經(jīng)濟中重要的一環(huán)。數(shù)字化實際應用時有幾個關鍵點。

（1）數(shù)據(jù)之中找真相 工業(yè)現(xiàn)場獲取積累的結構、非結構數(shù)據(jù)量是很龐大的， 需要對數(shù)據(jù)進行清洗、梳理，從中找出有用的數(shù)據(jù)。如正常生產(chǎn)時，設備、產(chǎn)品等的數(shù)據(jù)均為正常數(shù)據(jù)，當某臺設備運行參數(shù)突然出現(xiàn)異常時，需要聯(lián)系上下游生產(chǎn)工況、產(chǎn)品情況等進行分析，找出設備運行參數(shù)異常的真相，對設備運維、生產(chǎn)等進行有效的指導與經(jīng)驗積累；通過質量異常數(shù)據(jù)對原料、工藝參數(shù)、設備狀態(tài)、現(xiàn)場管理等進行分析，找出異常的根源，進行目標明確的改進。數(shù)據(jù)可以反應出企業(yè)生產(chǎn)、運營、供應鏈、產(chǎn)品等方方面面的細節(jié)，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，要連通異常數(shù)據(jù)的上下游進行詳盡分析。

（2）AI 自2018年開始，多國已制定AI戰(zhàn)略發(fā)展舉措。AI在解決工業(yè)復雜場景問題時能取得較為優(yōu)秀的效果，比如化纖行業(yè)中需要對絲錠的外觀缺陷進行分類、根據(jù)每種缺陷的嚴重程度進行定級，產(chǎn)品批號變化時缺陷的形態(tài)也會有所變化， 用AI來解決此問題可取得比人工更好更穩(wěn)定的效果。AI的能力已經(jīng)得到了廣泛的驗證，要重視AI在工業(yè)環(huán)節(jié)中的應用與價值，但在選擇上要多加注意，避免掉入“偽AI”的坑。

（3）安全 除了HSE硬性安全要求之外，在數(shù)字化建設中必須重視網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全、信息安全等方面的建設，避免發(fā)生信息類安全事件影響現(xiàn)場生產(chǎn)、企業(yè)運營等?，F(xiàn)場的設備、信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡的集成度較深，對于外網(wǎng)的權限、安全要嚴格管控，守護好“數(shù)據(jù)”等軟資產(chǎn)的安全。

（4）數(shù)字化應用 “人機料法環(huán)”是制造過程的主環(huán)節(jié)，“人財物產(chǎn)銷” 是供應鏈一體化的主環(huán)節(jié)，兩個主環(huán)節(jié)融合貫通基本就實現(xiàn)了數(shù)字化，從中挖掘有用的數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)經(jīng)營各環(huán)節(jié)進行建模或指導，能夠發(fā)現(xiàn)相應環(huán)節(jié)的瓶頸，有針對性的進行有效的提升。數(shù)字化的范圍很廣，幾乎涵蓋了企業(yè)的方方面面， 但要想數(shù)字化成功落地，其需要很多基礎與數(shù)據(jù)進行支撐。

數(shù)字化通過技術對企業(yè)賦能，既會帶來企業(yè)流程、組織架構、崗位職責等的變化，又會對產(chǎn)品的研發(fā)、結構、制造、銷售等帶來很大的改變。數(shù)字化建設到不同階段， 為企業(yè)帶來的促進作用不同，但企業(yè)要面對的轉變、挑戰(zhàn)也會不同。 結束語 我國是制造大國，制造業(yè)各行業(yè)工業(yè)化進程水平有不小的差異，在數(shù)字化建設中，汽車行業(yè)由于起步早，其建設水平相對領先，可作為先進行業(yè)進行學習與借鑒。

數(shù)字化的出發(fā)點與最終目的都是為了企業(yè)自身的發(fā)展而服務，建設過程中要打好基礎，多回頭總結經(jīng)驗，不要偏離方向。整體而言，數(shù)字化剛起步，但其能力已不容小覷，數(shù)字化建設道路是“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，正如中國人民依靠自己的毅力與聰明才智克服艱難險阻終會取得中華民族的偉大復興，我們也會克服數(shù)字化建設中的各種困難，實現(xiàn)制造業(yè)的智能化、數(shù)字化。數(shù)字化的范圍很廣，本文僅對化纖行業(yè)的數(shù)字化建設技術路徑落地進行論述，任何一個點展開都會較廣較深，希望能為制造業(yè)數(shù)字化轉型起到拋磚引玉的作用。



審核編輯：劉清