禹王生态:产业互联网平台建设及创新应用

发布时间:2021-02-22 来源:e-works

  一、企业简介

  山东禹王生态食业有限公司—在大豆行业深耕40年,是全球最大的“非转基因”大豆蛋白食品及原料加工基地,中国非转基因大豆的领军企业、中国大豆蛋白协会理事长单位,率先提出“中国非转基因高蛋白大豆”的国家品牌概念,并身体力行,全心打造中国大豆所特有的“非转基因、高蛋白、食用”差异化优势。禹王生态立足行业领军地位,肩负“推动变革,让“天然非转基因中国大豆”为人类带来安全、放心、健康的生活”的历史使命和社会责任,已形成从“大豆育种-种植基地-生产制造-终端产品-O2O渠道”的完整产业链,现拥有禹城、临邑、哈尔滨宾县、齐齐哈尔克东县七家分公司,在非转基因大豆行业拥有独特的产业竞争力。

图1山东禹王生态食业有限公司

  二、企业在智能制造方面的现状

  禹王生态自2004年开始推进两化工作,并将两化工作上升到战略高度,以“个性化定制”、“智慧工厂”和“整体可视”为目标,充分利用现代信息技术改造传统产业,助力企业转型升级。目前已初步建成涵盖DCS、PLC、ERP、CRM、BPM等系统的两化管理架构,并建设信息安全、IT服务管理等体系保证系统的安全性及可用性。2014年入选工信部两化融合首批贯标试点企业,2019年被评为山东省两化融合优秀企业,并荣获2019年度中国数字化企业实践奖。

  2019年投入1200万余元,打造的非转基因大豆产业互联网平台被评为“省级产业互联网平台示范项目”。禹王生态产业互联网平台集成了ERP、电采、仓储、物流、销售、大数据采集分析、办公管理等信息化系统,构建面向非转基因大豆蛋白产业链的基于产业互联网和大数据应用的智能制造管控平台。

  非转基因产业互联网平台在内部打通生产现场的全数据链,通过实现工业现场设备的互联互通、数据采集以及分析来强化对生产过程的管理。对外打通上下游产业链的各个环节,实现合作伙伴之间的物流、资金流和信息流的统一管控,提升运营效率并降低成本。在此基础上,大数据挖掘应用平台提供业务数据分析,数字化管理中心进行统一的可视化展现,管理者能对各个业务指标以及生产状态的实时查看和管控。

  三、参评智能制造项目详细情况介绍

  3.1项目背景介绍

  禹王生态食业有限公司属于传统大豆深加工行业,大豆蛋白生产过程属于典型的流程制造,普遍存在以下痛点:一、生产过程中工艺流程复杂,风、水、电等能源消耗以及其他生产原材料消耗很高,企业总体成本高;二、大豆深加工的生产过程连续,设备的故障、停机会对生产运行造成极大的负面影响;三、行业产能严重过剩,价格战异常惨烈,甚至有部分企业恶意低价倾销,行业平均利润为负数,绝大多数蛋白企业不盈利,生存异常艰难。因此通过产业互联网的技术手段,实现降本增效、转型升级,带动全行业从低价格竞争转向高质量竞争,是大豆深加工行业走出困境、走向现代化的必由之路。

  在国家大力推动工业转型和产业升级的大背景下,为进一步提升中国非转基因大豆产业在全球产业中的竞争力,引领产业互联网转型,禹王生态积极拥抱物联网、云计算、大数据等基础技术,在原有信息系统的基础上,对车间进行数字化改造及业务系统集成,采用麦杰科技的MagusBox物联网边缘智能终端以及OpenPlant实时数据库,打造了非转基因大豆产业互联网平台。利用工业大数据分析及人工智能基于数据模型的生产多模式优化、设备故障诊断及预知性维护等功能应用,同时通过实施先进过程控制、能源优化等应用系统,实现对企业生产工艺、设备管理、安环管理、能耗管理等各业务领域的全面支撑,达到有效提高生产运行效率、提升产品品质、降低能源消耗的业务目标。

  3.2项目实施与应用情况详细介绍

  非转基因大豆产业互联网平台是基于物联网和大数据应用的供应链共享平台,功能涵盖大数据挖掘应用平台、供应链管理系统、生产管理优化控制中心、数字化管控中心,即项目建成一个平台两个系统一个中心:一个用于大数据采集和分析的大数据挖掘应用平台,一个基于物联网等智能制造技术,涵盖了生产、质检、追溯的生产管理系统,一个集成了ERP、仓储、物流的供应链管理系统,一个对研发、采购、制造、物流、服务全流程管理的数字化管控中心。平台的实施主要分为以下三个阶段:

  第一阶段:设计合适的平台架构

  禹王生态多次与业内专家沟通,策划了适合于本行业的非转基因大豆产业互联网平台,并在高层的大力支持下进行了平台的落地实现。平台的架构分为数据传输层、数据汇总层、应用层以及大数据分析层4层架构。

  1、数据传输层

  在装置现场部署数采缓存机、安全隔离设备,通过数据采集接口,从异构DCS系统中单向采集生产运行实时数据,通过办公网上传至工业互联网平台。

  2、数据汇总层

  基于工业互联网技术架构,根据统一的业务模型,有机整合工艺参数、设备运行参数、可燃/有毒气体浓度、环境参数等实时数据,物料进出厂、库存及装置投入产出等物料计量数据、质量检验数据以及蛋白生产工艺大数据特征模型,搭建统一的生产运行数据管理平台。

  3、应用层

  针对生产工艺、设备运行及实验室管理等业务领域,进行生产运行状态实时监控和过程控制优化;应用先进控制技术解决传统控制难点,实现装置长周期稳定运行;应用实验室信息管理系统,建立质量检验操作的标准化、在线化的管理模式;基于实时报警数据,建立“提报、审核、处理、反馈”的标准工作流程,开展在线报警信息管理及隐患治理。

  4、大数据分析层

  基于积累的长周期生产运行及质量检验历史数据,利用工业大数据分析技术,建立特征模型,实现关键设备的故障预警与预知性维护,以及生产运行多模式优化。

  图2非转基因大豆产业互联网平台架构

  第二阶段:关键数据的采集及汇总

  1、物理部署:计算资源及存储资源,在工业互联网平台中进行集中式物理部署。系统所需的WEB应用、数据库、集成和报表等各类服务器资源及所有系统功能均集中部署在Magus工业互联网平台,以服务的形式提供给用户。安全隔离设备、数采缓存机以及先进控制服务器等布置在边缘侧的装置现场。所有终端用户都通过广域网/办公网直接访问安置在Magus云平台服务器当中的系统信息。

  2、实时数据采集:目前三个蛋白生产厂、一个豆粕厂,8条产线的七套DCS系统,数万个仪表的数据已全部接入平台,甚至部分定制的设备也通过自定义协议的方式接入到平台中。

  在装置现场部署数采缓存机、安全隔离设备,基于工业以太网、工业总线等通信协议,LORA、NB-IOT等无线协议将工业现场设备通过数据采集接口,从异构DCS系统中单向采集生产运行实时数据,通过办公网上传至工业互联网平台。

  3、数据汇总:基于工业互联网技术架构,根据统一的业务模型,整合生产过程中的关键工艺参数、设备运行参数等实时数据,以及库存、投入产出、质量检验等业务数据,搭建统一的生产运行数据管理平台。基于工业互联网平台的集中式物理部署方案如图3所示。

  图3物理部署及边缘侧数据采集架构图

  第三阶段:结合企业痛点进行数据挖掘及应用

  1、数据应用集成

  基于统一的工厂业务模型,全面整合现有的信息系统,实现企业运营数据、生产过程数据、业务管控数据等数据的无缝衔接和有序组织,并向业务应用提供一致、共享的数据信息。

图4非转基因大豆产业互联网平台

  2、基于在线数据的实时应用

  实现工艺参数、关键设备及生产安全统一集中远程监控,对装置现场生产工艺、设备运行、安环、能源等监控指标实时数据进行统一的采集、存储和传输,满足管理人员监控现场运行情况的需求。

  图5禹蛋生产管理看板界面

  图6能源管控界面

  3、精细化的质量管理

  借助物联网技术,通过对生产过程检测指标自动采集、分析数据,实现化验室日常业务管理和质量数据管理的标准化、流程化、信息化,整体提升企业质量管理的效率和精细化水平,为企业的质量控制和生产优化提供及时可靠的支撑。

  图7生态禹粕生产平台质量管理

  4、基于数理模型的实时分析

  实现现场安全预警、报警及问题分级分类管理的需求,基于现场的实时监控,对各类预警、报警及问题进行统一集成,按专业领域和管理层级进行分级分类的闭环电子化流程管理,实现预警、报警及问题处理的PDCA闭环。针对现有控制难点,应用基于实时数据的先进控制技术,有效提升自动控制水平,提高装置运行平稳率、降低能源消耗与劳动强度,实现装置“安、稳、长、满、优”运行业务目标。

  图8生态禹粕生产平台基于数理模型的实时分析

  3.3效益分析

  通过产业互联网平台的实施,禹王生态取得了一定的效益:

  1、实现企业的数据和应用集成:实现企业生产运行数据、质量数据、业务数据的有机整合和全面集成,给业务及管理人员提供一致、共享的信息。

  2、促进工艺平稳:通过部署先进控制系统,结合一次仪表改造,实现关键工艺节点的稳定控制以及优化控制,提升运行平稳率,并进一步实现卡边控制,有效提升经济效益,质量稳定率提升5%。

  3、促进设备管理:基于大数据建模分析,对设备运行、关键工艺指标提供预警报警功能,辅助操作及运行管理人员提前感知异常,促进工艺操作及管理模式改进,减少因设备原因引起的非计划停车,降低直接损失30%;

  4、提升能源利用率:通过可视化报表的展示,管理人员能够清晰、准确的掌握能耗的利用情况,同时通过测算分析,找到高能耗的设备或高能耗的操作过程,进行设备的改造升级或操作方法的优化,提升能耗利用率10%;

  5、提升了管理人员的决策效率和准确率:通过整合ERP、生产管理系统、过程控制系统等,综合应用传感器、物联网等技术,把生产管理从横向职能管理加入了纵向的深化管理,从生产计划、生产定单等运营管理数据到现场生产、设备运行、安环、能源等生产过程数据的无缝监控,为管理层提供全覆盖、多视角、多维度、可追溯的运行监控体系,全面消除管控盲区,建立了数字化、透明化、系统化的管理模式。

责任编辑:刘小瑜