中小企業數字化轉型案例7 黑龍江省九三農墾北大荒馬鈴薯產業有限公司實施精制淀粉數字車間改造實現淀粉生產的優化控制
時間：2022-03-29
一、案例簡介
黑龍江省九三農墾北大荒馬鈴薯產業有限公司于2021年10月成功申報了數字化車間，車間建立了設備之間的工業通信網絡，可以充分采集生產現場信息，與車間生產管理信息系統實現數據集成分析以及產品制造過程的可視化管理。截至目前企業已經投資14300余萬元，建成了具備高度自動化、數字化、可視化、流程化、模型化為特征的馬鈴薯精致數字化生產車間。
圖 1九三農墾北大荒薯業數字化車間圖
二、總體規劃
該公司自建設初期就旨在打造國內同行業生產規模最大，質量最優，綠色循環，環保綜合利用率最高的全自動化精制馬鈴薯淀粉生產鏈企業，并通過近幾年來持續數字化升級改造逐步建成了各個生產單元之間國內數字化程度最高的馬鈴薯淀粉生產模式：在原有的DCS控制基礎上，升級數據采集與數據傳輸，協同MES系統，通過生產過程各環節動態參數信息、產品質量信息，銷售信息，管理信息等數據信息的采集并互聯互通，形成動態參數自動分析大數據網化互聯，中心匯總，大數據協同分析，繪制精確的數據分析導向標線，達到時時溫控、能控、物控、人控、質控數字化綠色生產模式。
未來該公司還要充分利用快速發展的5G技術契機，不斷搶占市場先機。擬在2021年后還將持續投資350萬元，進一步推進智能化工廠升級改造。同時指導設備更新選型方向、指導生產遙控，指導質量跟蹤，實現車間數字化為生產服務、為管理服務、為質量服務、為效率服務、為經濟效益服務的最終目標，使產品信息能夠貫穿于原料種植，起收管理,運輸，收購，儲存、加工制造、銷售物流，質量管控等產業鏈全環節，實現產品的全生命周期的數字化管理。
三、具體舉措
（一）推進物料儲存出庫均化自動化升級，實現產品效益最大化
利用已有設施，研發消化國際先進的智能化淀粉儲存系統，實現生產包裝，緩存，入出庫過程按指標高低分質均化，從淀粉入庫指標到出庫均化后指標更加平衡：通過PLC數字分析技術控制實現淀粉均化，在現有基礎上加設自動淀粉水分等指標監測，按指標高低自動調節需要均化淀粉入出庫量，實現按指標高低自動搭配，使產品質量更加均衡穩定可靠，從而滿足不同客戶的專品種產品質量要求，提高產品效益。
（二）完善目前生產線自動化薄弱環節，實現企業內全環節自動化數字化
利用已有設施，通過研發或引進國際先進的智能化包裝生產線，實現產品罐裝包裝及質量管控過程全部自動化，在目前生產環節工藝自動化的基礎上形成多工序協同自動化。達到智能代碼預警、減少人為因素干預失誤，提高生產效率、提高產品質量、提高設備使用效率、提高資源利用率、加快物料流轉率。實現全廠范圍內各環節達到實時監控，數據自動采集、自動傳輸、自動統計、自動分析、自動形成報表、主動預警的參數協調狀態。進一步整合全廠的生產執行系統，質量管控系統，經營管理系統。充分高效執行數字化管控手段。
（三）推進產品質量信息追溯的升級，實現全產業鏈質量數字化管控
在現有追溯系統基礎上，實現數字代碼流程管理，以數字采集系統進行追蹤以產品代碼代入程式，主平臺記錄，向生產車間外，向產品銷售可達到的區域，向原料供應商等延伸，承載主平臺記錄產品信息，實現代碼查詢，呈現產品可控信息，返本溯源，質量全程追蹤，保障產品質量。以產品線上電子掃描為數據基點，以各個流程為數據終點，以供應商和經銷商為數據延線，全面鋪開產品信息追蹤體系，全方位追蹤產品情況，以實時了解客戶需求，持續改進產品，持續提高產品質量。
（四）強化綠色生產制造水平，實現無污染綠色循環經濟
采用指定專門部門（單位產品耗能量）、定時（在適宜季節生產）、定人（指定專人進行核定能耗）、定產品（根據市場需求）的管理模式，推行節能減排理念，依托大數據平臺，根據歷史數據分析各品種需求按需生產、分析單位產品能耗量，分析擬合出以滿足市場供應的最低耗能量與生產產品量化曲線關系，依相關關系設定生產模式。過程監控以視頻數據、設備參數、電子監控數據傳輸，主平臺集中共享，以降低人員工作強度、減少追蹤數據記錄存儲空間、減少辦公紙張、油墨、化驗室產品應用量。生產用水、電依托主平臺，按產品逐批合計使用與使用時間，擬合各個時間生產的耗能表及產品耗能時間曲線，以合適時間，合適時間銷售。形成低耗能、小空間、短時間生產產品。同時對換下來的備件進行修舊利廢，減少資源浪費。
（五）推進基地-工廠-用戶全過程數字化互聯互通，實現生產質量研發效能最大化。
隨著5G技術的廣泛應用，逐步建立成全產業鏈數字化企業，從工廠內擴展到工廠外，從原料種植基地到產品應用客戶之間，建設全套數據標準體系，建立全產業鏈數據規范及數據編（代）碼，統一公司數據應用程式。建設統一的種收儲加運銷農副產品加工企業集中管理應用分析數字化平臺，實現多產業聯動，多程式響應，多流程并行，多屬性交叉，達到層級分類別數據互通互享。各工序實現數據參數與視頻監控協同，達到全過程可視，參數支撐，大數據分析，線性擬合指導，最終達到低能耗、無異常、高效率、高質量、高指標數字化管理企業。
四、工作成效
通過自動數字控制技術在淀粉生產中的應用，實時監測粉磨過程的狀態，根據建立的預測模型控制器來優化控制淀粉生產過程，實現了淀粉生產的優化控制。使用瑞典拉爾森淀粉機械設備公司和羅克韋爾的AB LOGIX 5000系統控制平臺，采用冗余服務器+客戶機的架構，可以提供更好的系統擴展性、穩定性，提供可靠的平臺進行全廠控制程序組態。淀粉智能優化控制技術是一類在動態環境中，基于數學模型，借助強大的計算能力，具有比常規PID控制效果更好并且為工廠獲得最大利潤而實施的控制策略。它是將馬鈴薯加工工藝、淀粉工程、計算機、儀表、過程控制理論與先進控制技術有機結合而形成的一種新型控制技術。
針對淀粉工業生產過程的特點，淀粉生產過程具有多變量、強耦合、非線性、長時滯的特點，具有很大的特殊性。智能系統采用融合建模、控制、監控、分析、可視化和集成等眾多強大的技術，保證了淀粉生產過程中的智能控制。智能控制平臺以旋流、濃縮等過程為對象，根據生產信息，對淀粉生產過程進行自動控制，從而避免人為控制的滯后性、隨意性和差異化操作，穩定參數，降低了中控操作人員勞動強度。通過數字技術的應用，該公司目前淀粉生產線生產能力在原基礎上日單產量能力增加30%以上：由原加工馬鈴薯90噸/小時提高到115噸/小時，日處理能力由原來2160噸/天提高到2760天/天。
（二）隨著數字技術的不斷應用和開展，極大的提高了產品質量
通過采用淀粉生產過程智能優化控制系統，將過程變動性減少40%-80%，精制車間以管理和控制為核心，針對相關工序和流程，建立管理（生產管理、能源管理、設備管理、質量管理等）、控制（精制系統智能控制）和優化運行為一體的淀粉生產管控集成化平臺，實現自動化、數字化、可視化、流程化、模型化為特征的自動化集成系統。采用世界領先水平FCS系統，全流程80%實現自動操作，中控室常備操作員為3人。車間智能工業電視系統集成安防系統，實現對各個工段生產、巡檢的實時記錄和動態回放。APC先進控制，實現生產線的無人值守和穩定生產運行，保證控制和質量的穩定性，產品質量由原來一級品率百分之六十提高到百分之九十五以上，質量產品差價收益每年可達525萬元以上。
（三）隨著數字技術的不斷應用和開展，極大的降低了生產成本
通過采用淀粉生產過程智能優化控制系統，生產成本指標大幅降低，每噸能源成本減少１０%--15%左右，使達到環境排放法規所需的環保成本大約降低50%以上，生產成本平均下降165元/噸，年生產成本節約400萬元以上；同時生產安全穩定，為該公司帶來可觀的經濟效益同時也帶來了諸多社會效益，增強了綜合競爭力。