1.   背景介绍

泰丰先行集团，始创于1999年，是中国锂离子电池关键材料行业的先行者。其电池级碳酸锂产能达到2万吨/年，磷酸铁锂、钴酸锂、三元正极材料产能已达30万吨/年，拥有高端隔膜材料产能7亿平米/年的生产规模。目前集团开发的产品，已处于国际领先水平。追求生产过程的自动化、信息化和智能化一直是泰丰先行生产制造的坚定目标。通过不断的对生产过程进行自动化升级改造，泰丰先行的自动化、智能化水平将得到很大提升，本次泰丰先行锂电池新材料智能工厂项目公司更是作为重中之重，从起初项目规划设计就要求本次新工厂自动化水平达到行业领先水平，并期望打造智能制造一体化智能工厂。

随着工业4.0时代的到来，新能源新材料等精细化工行业面临着生产效率提升、产品质量保证、成本降低以及环境友好等多方面的挑战。 新材料智能管控一体化智能工厂无规模参考案例，该项目同步建设包含软硬一体方案涵盖内容广，方案复杂系数高，整体方案包含：集散控制系统DCS,批处理控制系统BATCH，全自动化立体仓库管理系统，仓储管理系统WMS，企业资源规划系统ERP，以及生产执行MES管理系统等，基于该软硬件项目及系统的实施落地，和利时与泰丰先行依托行业特色，参照了先进行业智能工厂设计经验，参考德国工业4.0 中的智能工厂模式及美国GE 工业互联网等先进理念，结合泰丰企业实际情况部署了基于智能管控一体化平台的新材料特色智能工厂方案，该方案基于工业互联网技术开发，支持一键安装，“随需应变”功能组合策略，可集成新一代生产执行系统（MES）、批量控制系统（Batch）、高级过程控制系统（APC）、操作员培训系统(OTS)等生产管理套件，与DCS或PLC配合完成OT层自动化控制，形成一体化智能工厂平台软件；亦可方便地集成客户既有ERP或OA系统，进行功能和数据的快速整合，满足功能性需求（生产、管理）和非功能需求（系统性能、扩展性），减少企业对系统既有模块的依赖，满足一体化认证、一体化操作、一体化运维的要求，全面提升企业的研发、生产、管理和服务的智能化水平，为精细化工数智化转型提供有力样板。 

2.   目标与原则

项目以中国制造 2025 为宗旨，以两化深度融合为突破口，参考德国工业4.0 中的智能工厂模式及美国GE工业互联网等先进理念，结合企业实际情况，在现有自动化系统建设的基础上，通过智能化生产系统以及全面化管理系统的建设，以技术领先、生产智能、管理先进的智能化样板工厂建设为参照，达到设备互联、系统互通、实现生产过程透明化、质量管控数字化、成本控制精细化，从而提升生产效率、设备利用率，降低运营成本、产品不良品率和缩短产品研发周期，最终实现全厂均衡、安全、高效、智能生产的整体建设目标。

在全流程透明的、自动的数字化平台支持下，通过智能化生产系统以及全面化管理系统的建设，以技术领先、生产智能、管理先进的智能化样板工厂建设为参照，打造机制优、人均劳动生产率领先、成本低、质量高的标杆企业，最终实现全厂均衡、安全、高效、绿色生产的整体建设目标。

通过对工厂生产、经营参数的智能化分析、判断、决策、精准执行，优化生产经营组织和控制，使工厂运行平稳，指标优化，能耗达标并进一步降低，环保指标达标甚至超净排放，最终实现泰丰先行智能工厂建设的总体目标。

3.   案例实施与应用情况

(1)  案例分步规划

在数字化平台支持下，通过智能化生产系统以及全面化管理系统的建设，以技术领先、生产智能、管理先进的智能化样板工厂建设为参照，打造机械自动化、人均劳动生产率领先、成本低、质量高的标杆企业，最终实现全厂均衡、安全、高效、绿色生产的整体建设目标。

基建阶段完成对智能设备的提资，完成基础自动化、批量控制（Batch）、工控网络、视频网络、信息化基础设施、信息安全、工业物联网等的建设，做到工厂设备智能化、过程自动化、网络化、少人化。

基建后期同步开展数字化工厂建设，包括经营决策、综合监控、计划管理、生产管理、设备管理、智能巡检、质量管理、能源管理、仓储等信息系统，实现工厂全面可视化。

投产并实现达产达标后，在积累一定量数据的基础上，开始建设工业大数据分析平台，挖掘数据潜在价值，实现设备故障智能诊断、过程参数优化、生产流程优化、经营决策优化等，打造具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应的智能工厂。

(2)  实施与应用详细情况：

基于智能管控一体化平台的新材料智能工厂解决方案整体架构图如下：

①　工业信息安全：

工业信息安全工业控制系統网络信息安全方案设计遵循《GB/T25070-2019网络安全等级保护安全设计技术要求中》三级系统的设计要求及行业相关文件的要求，以等级保护设计技术要求中提出的工业控制统保护安全技术设计框架为基础，综合采用主动防护技术、物理隔离技术、逻辑隔离技术，协议转换技术等，构建在安全管理中心支持下的安全计算环境、安全区边界、安全通信网络三重防御体系，确保工业控制系统网络中主机终端安全、网络通信及边界安全、应用及数据安全。

②　超融合数据中心

采用超融合一体机5台，将业务系统虚拟化，通过虚拟化网络对业务系统名个对应分层模块安全隔离，构建虚拟存储资源池，满足业务系统改造对数据容量和高性能的需求。

③　网络建设

本项目智能工厂建设办公有线网络、办公无线网络、視频网络，共中预留电话网络和广播网络。

④　数据中心

为解决大量重要数据如何存储和利用的问题，项目构建统一化存储架构，实现数据的统一存储、管理、应用。本项目在运营指挥中心建设一套生产运营指挥及控制中心系统。

⑤　视频监控

视频监控建立依托网络资源数字化的智能综合管理平台，通过部署视频监控设备覆盖主要生产区域、关键设备，关键岗位和安全场所，结合视频监控平台的在线监控、智能分析、联动告警、融合通信等功能，实现各关键岗位、工艺流程、设备、重大危险源等区域进行实时监控。

⑥　生产管理平台搭建：

以平台+APP形式灵活部署，部署生产数据采集、生产监视预报警管理、实时数据库、生产管理、质量管理、能源管理、设备管理、智能巡检、安环管理、绩效管理、生产统计、管理驾驶舱、移动APP，面向企业提供生产过程管控、辅助生产工具，衔接工业生产现场的硬件和软件体系，实现物物相连，信息相通，提供多方集成入口，实现对厂区环境、原料、车间、成品、包装、人员、设备等资源的优化和协调。 

生产监控模块

    质量管理模块      

设备管理模块   

能源管理模块

(3)  案例创新性

①　技术创新：采用微服务架构，对新需求、新功能可以快速迭代，减少对系统既有模块的影响和依赖，维护升级简单方便。

②　产品创新：从设备原料进厂、自动生产、品控优化、成品出厂等每个环节 我们都有对应的功能模块进行管理，实现生产全流程数字化管理。并且实现了批次生产过程物料消耗、能源使用、控制参数、产线设备、值班排班等完整记录，提供正向和反向追溯。

③　服务创新：智能工厂方案会将ERP、MOM、Batch、DCS等产品进行有机结合，通过多种标准工业协议，多种数据访问方式，实现数据和命令的上传下达，相互访问融合贯通，完整实现数据交互及业务应用。

④　机制创新：具备强大的“随需应变”功能组合策略，通过轻量化的组态即可实现客户的定制化需求。

⑤　模式创新：支持灵活伸缩部署，一键式安装，提高项目实施效率，降低实施成本。

⑥　应用场景创新：从设备原料、自动生产、品控优化、出厂库存等每一个环节我们都有对应的功能模块进行管理，实现生产全流程数字化管理。批次生产过程中物料消耗、能源使用、控制参数、产线设备、值班班组等都完整记录，支持正向和反向追溯。

(4)  重点与难点问题及解决思路

Ø  重点与难点问题

①　多方协助与沟通难题：智能工厂项目集成了生产、物流、质量控制、信息技术和工业工程等多个专业领域，涉及部门众多且人员知识结构各异。由于各部门从各自职能出发，期望主导项目的实施方向，而彼此间的沟通机制尚待完善，往往导致在理解和解决问题上存在较大分歧，形成沟通障碍。

②　前期信息化遗留问题的集中暴露：企业引入智能工厂项目的初衷在于弥补先前ERP、WMS等信息化系统在解决生产现场实际问题上的不足。然而，在MES深入实施的过程中，早期系统中存在的矛盾和断点会逐渐显现，如生产计划执行、生产反馈、质量管控等方面的问题需得到有效整合和解决，这就要求企业必须妥善协调和整合多方资源，克服既有系统与智能工厂系统之间的融合难题。

③　高度定制化与核心业务冲击：鉴于智能工厂项目系统直接影响到制造企业的核心生产环节，而每个企业的生产流程和工艺各有特点，定制化程度极高，企业在实施时不得不小心翼翼，以免过激的业务流程变革导致生产线效率下降，甚至对精益生产和现场作业造成额外负担。

④　系统复杂度与专业知识匮乏：根据ISA-95标准，智能工厂项目中的MES系统包含多达11个标准模块，构成一个庞大而复杂的系统。要透彻理解每个模块的关键功能及其相互关联，并结合企业实际情况选择恰当的实施切入点，对企业的专业人才储备和知识架构提出了较高要求。

Ø  解决思路

①　明确定位与梳理业务需求：首要任务是认识实施智能工程项目的目标和预期效益，避免盲目跟风。同时，引导企业内部形成共识，明确智能工厂项目在业务管理层面的核心功能与覆盖范围，认识到智能工厂项目并不是简单复制其他企业的成功案例，而是要结合自身实际进行适当裁剪和定制。

②　技术与业务管理深度融合：在实施智能工程项目过程中，从管理层面加强技术人员与业务部门的沟通协作，深入了解企业生产管理的实际需求，严格管控项目执行过程中的各类文件，如需求调研报告、蓝图设计方案、详细设计说明书等文件；形成符合企业实际情况的解决方案，确保智能工程技术方案能切实解决业务痛点，做到技术与业务管理的有效结合。

③　重视基础数据整理：智能工程项目各系统的运行依赖于准确、完整的业务数据基础。因此，整理和优化生产和管理相关的基础数据至关重要。通过汇集生产现场和企业管理的各类信息，实现对制造过程的实时监控与追踪，为客服部门提供便捷的追溯查询服务，从而消减内耗，提高服务效率。

④　注重人员培训和管理：智能工厂建设需要具备专业的技术和管理人才，项目前期固定企业专业团队人员，全程参与智能工厂项目建设，实施过程注重人员培训和管理，提高员工的技能和管理水平。 

4.   应用价值与效益

(1)  应用价值

泰丰先行项目依托的基于智能管控一体化平台的新材料解决方案推广价值显著，其功能模块的设计灵活性与可定制化开发特性，使得该方案在区域、行业及领域内均展现出极高的可复制性。在行业层面，该智能工厂方案不仅适用于传统的石化、钢铁、精细化工等行业，其高度定制化的特点也使其能够轻松融入新材料、医药、食品等新兴制造领域，推动各行业生产运营效率的全面提升。

(2)  效益

①　经济效益

基于智能管控一体化平台的精细化工解决方案，运用信息化手段规范现有的业务管理，提升管理效率。可直接产生经济效益具体如下： 

其中泰丰先行智能工厂项目：运用信息化手段规范现有的业务管理，提升管理效率。整个生产人工减少20%，批次效率提升18.5%，产量增加16.5%，设备巡检提升40%，合格率提升到98.7%。

②　社会效益

推动产业升级：基于智能管控一体化平台的智能工厂方案的实施促进了制造业的数字化转型和智能化升级，推动了精细化工整个产业链的升级和优化。

促进就业：虽然自动化和智能化在一定程度上替代部分重复性劳动，但同时也催生了新兴职业需求，为社会提供更多的高端就业机会。

提升客户满意度：通过提高产品质量和服务水平，增强了客户满意度和忠诚度，促进了市场的稳定和增长。

③　生态效益

资源节约：通过优化生产流程和资源分配，减少资源消耗和浪费，有助于实现资源的可持续利用。

减少污染：通过提高生产效率和质量，减少因生产过程中的不合格品和废品处理而产生的污染和排放，有利于环境保护和可持续发展。

绿色生产：支持绿色生产理念，通过数据分析和优化，推动企业在生产过程中采用更加环保的材料和工艺，实现绿色智造

泰丰先行智能管控一体化新材料智能工厂项目，可参考的行业规模案例少，整体系统复杂，软硬件系统品类多，和利时依托公司已有成熟的MES平台作为基础，响应国家智能制造发展战略、掌握技术核心的需要，特打造精细化工智能管控一体化系统，该系统基于工业互联网技术开发，支持一键安装，“随需应变”功能组合策略，可集成新一代生产执行系统（MES）、批量控制系统（Batch）、高级过程控制系统（APC）、操作员培训系统(OTS)等生产管理套件，与DCS或PLC配合完成OT层自动化控制，形成一体化智能工厂平台软件；亦可方便地集成客户既有ERP或OA系统，进行功能和数据的快速整合，满足功能性需求（生产、管理）和非功能需求（系统性能、扩展性），减少企业对系统既有模块的依赖，满足一体化认证、一体化操作、一体化运维的要求。

系统通盘考虑整合现有业务板块，复用性高，全面打通业务信息孤岛，优化生产工作流程，解决现有系统存在的问题和管理盲区，满足规模化业务扩展需要，面向新需求、新功能可以进行快速迭代开发，减少对系统既有模块的影响和依赖，提升企业生产运行效率和自动化、智能化水平。