制丝生产线自动化系统智能化内涵及其发展方向刍议

制丝生产线自动化系统智能化内涵及其发展方向分析张家毅，杨进松，崔鸿刚，杨少华云南昆船设计研究院，昆明市人民中路6号昆船大厦，650051关键词：制丝生产线；自动化系统；智能化；方向摘要：针对中式卷烟特色工艺对制丝生产线自动化系统提出的智能化需求，本文从系统结构、功能定位等方面，对自动化系统智能化的基本内涵及其发展方向进行了细致的阐述。从目前烟草行业自动化系统的研究内容和发展方向来看，作为卷烟加工关键工序的制丝生产线自动化系统在系统智能化的方向上已经进行了诸多的探索，其智能化已不仅仅局限于某个层次、某个功能的应用，而是深入到整个制丝生产线自动化系统架构中，全方位地影响和促进制丝生产线自动化系统的发展。DiscussesabouttheconnotationanddevelopmentdirectioninautomationsystemintellectualizationforTobaccoPrimaryProcessingLineZhangJia-Yi，YangJin-Song，CuiHong-Gang,YangShao-HuaKeywords:TobaccoPrimaryProcessingLine；Automationsystem;Intellectualization;DirectionofdevelopmentAbstract:InviewofthedemandaboutautomationsystemintellectualizationinTobaccoPrimaryProcessingLinefromChinesetypecigarettecharacteristic,thisarticlehasexplainedcarefullythebasicconnotationanddevelopmentdirectionoftheautomationsystemintellectualization,fromsystemstructure,functionallocalization,andsoon.Onthepresentdirectionaboutresearchcontentandthedevelopmentoftobaccoprofessionautomatedsystem,theTobaccoprimaryprocessinglineautomationsystemhasalreadycarriedonmanyexplorationsasthecigarettecriticalprocessingintheresearchcontentandsystemintellectualizationdirection.Theusingoftheautomationsystemintellectualization,ithasnotlimitedtosomelevelandsomefunctionapplication.Infact,ithasgonedeepintosystemconstructionoftheTobaccoprimaryprocessinglineautomatedsystem,andinflueneeandpromotionitsdevelopment.基金项目：国家烟草专卖局2006年技术开发项目“卷烟分组加工制丝线柔性控制系统的开发”（合同编号110200601038）作者简介：张家毅（1970-），学士，高级工程师，主要从事气烟草行业自动化系统的研究和应用。E-mail:zhangjiayi。1、概述国家局在烟草行业“五”规划建议中指出“特色工艺研究和精细化加工工艺研究将成为制丝工艺的发展方向”，与此相适应，目前“中式卷烟特色工艺”项目已在烟草行业全面展开，通过对我国主产烟区主要等级烟叶的加工特性进行系统的研究分析，卷烟生产进一步向产品设计系统化、加工精细化、控制智能化、生产集约化的方向发展。自动化系统作为实现生产、工艺目标的重要手段之一，需要在从产品设计、加工一直到卷烟成品的全过程中进一步适应上述发展方向的要求，必须具备更完善的系统结构、更高的信息处理能力、更优化的控制模型和调度策略，即实现从满足于简单控制功能的自动化系统向智能化系统转变。从目前烟草行业自动化系统的研究内容和发展方向来看，作为卷烟加工关键工序的制丝生产线自动化系统在系统智能化的方向上已经进行了诸多的探索，其智能化已不仅仅局限于某个全方位地影响和促进层次、某个功能的应用，而是深入到整个制丝生产线自动化系统架构中,制丝生产线自动化系统的发展。AtflIS票屮临控杀统tt栓验性井忻ttNIttJH*牛广计理祭统的功忧优1捋产如冋剛51.卢irtiflri鱼帮站平台龙播推术产UWrKftiitilPU1-J*化单瓠生RI*祎丄茗HH1殆肉麋姚楼IL擅术、暮于FirM图1制丝生产线自动化系统架构图IZRi径驭求的爲曲rfUHt计如图1所示，制丝线自动化系统涉及到设备控制、网络信息、软硬件设计、生产管理调度等多方面内容，其智能化的实现是一个在上述内容中全面展开的综合性系统工程，需要在充分汲取最新的系统设计理念和控制策略基础上，扩展传统工业自动化系统的功能和边界，采用信息技术将相对独立的多种系统集成，并通过系统各个层次、各个功能模块间的自动化协作，实现整个系统的智能化提升。本文结合行业的实际，从未来一段时间内技术发展的角度，按照目前主流的自动化系统层次结构，提出对制丝生产线自动化系统智能化主要内涵及其发展方向的初步设想。2、制丝生产线自动化系统智能化的基本内涵2.1、平台化的、精确的设备控制系统智能化的设备控制系统涵盖传统制丝线设备控制系统的主要功能，并在此基础上，发展和创新应用多种技术，增强系统适应性和多指标控制的精确度。从结构模式以及功能实现上看，主要包含以下几方面内容。（1）完善的系统结构和全面的控制网络。系统具有分布式的硬件结构和构件化的软件结构，关键检测执行器件全部接入控制网络，实现全数字的信息传输。（2）机电一体化智能单机模式。关键加工设备与其控制系统有较高的集成度，具有相对独立的一体化控制系统，实现设备的管理和控制功能，发挥设备效能2。（3）生产加工路径的动态适应性：具备生产加工线路的预定义和动态调整功能，实现以设备为基本单元的生产线路动态调整。（4）参数化控制功能：提供关键加工过程所涉及到的多变量系统的协调控制功能，对各级参数的设定、数值范围和参数相关性控制、优化功能。（5）工艺指标自动控制：对关键工艺指标实现高精度自动控制，强调采用先进控制模式实现传统的以多变量经验控制模式为基础的设备控制技术和控制性能的提升。（6）加工过程工艺安全性检测：对加工过程中可能影响到生产质量的重要工艺指标/控制指标的实时检测、诊断与报警。（7）控制系统故障诊断：具备对控制器、控制网络、检测执行器件等控制部件以及控制程序自身的故障诊断和报警功能。（8）与调度管理系统的接口：控制程序遵循SP88,SP95的要求实现与调度系统（MES）的数据和功能接口。（9）多模式设备控制：针对关键设备面对不同物料的加工需求,提供多种设备控制模式适应不同加工要求。（10）设备机械类故障的检测和诊断：通过振动检测、温度检测等手段更加准确了解设备的运行状态,实现对设备机械类故障的诊断和状态预测3。2.2、有效的、便利的集中监控系统集中监控系统作为人机交互的主要平台,目前已经能够实现各种信息的集中处理并提供较为完善的分析、诊断功能,通过分组加工多工艺线路组合模式的适应性设计和人性化功能的进一步完善,降低系统操作难度、提供使用便利,是集中监控系统智能化的发展方向。（1）作业任务执行。具备作业任务的接收和执行能力,是实现生产过程有序管理的基础。（2）品牌生产安全保护。具备对生产过程中生产品牌的安全保护,通过生产品牌维护的唯一性、多维多次校验等机制，有效防止错牌窜号的发生。(3) 工艺路径设定。具备对生产相关设备和路径的柔性设定与管理能力，提供人工设定和维护功能。(4) 在线帮助。提供操作人员使用、维护帮助，以及生产进程中的操作、故障提示功能，建立故障信息关联分析流程，实现故障联动处理，提供有效的维护建议。(5) Web信息发布。利用WEB技术，实现生产、质量、设备维护等信息的综合发布，实现从生产平台到信息平台的提升。2.3、全面的、可集成的生产数据管理系统生产数据管理系统在整个制丝生产线自动化系统架构中，实际上担负着信息中心、分析中心的角色，在统一的、准确的数据之上，与生产相关的各部门可以对生产过程和各环节进行准确的评价和判定。(1) 数据采集与存贮。具备对控制系统实时数据的采集和存贮。(2) 数据有效性校验。具备结合实际生产情况对无效数据进行自动剔除的能力。(3)数据关联。具备对采集存贮数据建立起相互联系能力，实现数据间的关联查询，形成数据的综合追溯能力。(4) 数据分析。采用SPC等相关技术，对采集数据进行统计分析处理，将零散的数据转换为反映生产过程真实情况的信息。(5) 数据输出。具备数据输出能力，能够将相互关联的数据按照一定格式进行输出，供其它系统分析使用。(6) 数据评价。能够对采集数据进行分析，根据用户定制的规则作出评价。(7) 参数管理。具备设备等各类参数的自动采集存贮和自动恢复能力。2.4、实用的、具备优化功能的生产调度仿真系统生产调度仿真系统以对生产计划的优化执行为重点，利用流程模拟技术模拟执行作业任务，以此验证作业任务的执行情况是否满足预期效果并进行优化，进而提高生产任务的执行效率。目前鲜见的能够实际应用的生产调度仿真系统，将生产计划部门与执行部门在业务环节上协同起来，在信息层面上统一起来，作业任务不再是计划的简单分解、顺序执行，经过循环优化的作业任务避让了冲突和瓶颈，也有效降低了分组加工模式下人工调度的复杂性和劳动强度。1)自动优化排程。具备对生产计划的自动分解与优化排程功能。（2）协同调度。具备多系统多任务协同调度能力，实现对生产过程统一指挥和调度。（3）生产调度指挥平台。对生产过程实现在线跟踪，为指挥调度提供可视化的信息展现平台，便于根据生产进度情况，作出分析决策。（4）过程仿真。对排程结果提供仿真平台，实现对作业计划的仿真运行，对排程结果提供可视化的评价。（5）集成能力。具备与厂级MES系统集成的能力，通过车间级调度系统实现与MES系统接口，简化MES的实施难度和复杂性。（6）工艺柔性定义。根据生产作业任务自动定义工艺路径和加工参数，与自动控制系统结合实现加工过程的柔性。（7）实时生产能力分析。采用相关技术对生产能力进行准确预测，以便系统有效决策，提高任务执行的效率和计划的准确性。3、制丝生产线自动化系统的发展方向面向分组加工作为目前制丝生产线自动化系统的主要研究方向，其应有的上述智能化内涵能够有效解决目前系统存在的主要问题。在此之上，针对产品设计过程与生产过程的相关性、自动化系统的基本结构与分组加工工艺模式的适应性、加强加工过程质量控制和管理、提高生产效率等问题，仍可从以下几方面进行开拓性研究或完善提高。（1）综合应用数据库、统计过程控制、计算机辅助分析等相关技术，实现产品设计过程的数字化管理，建立产品设计过程与产品生产过程的直接关联。进一步深入应用工序加工质量评价方法，通过对在大量试验中不断积累的各类加工工序参数、原料模块参数、评价结果等核心数据进行系统分析，形成优化的基于分组加工模式下的各种生产工艺技术参数，并将其快速、准确地通过生产执行系统对生产设备进行有效控制。（2）进一步深入探索自动化系统的内部结构形式，提高基础自动化层面上的系统柔性。就基础自动化而言，系统柔性应包含两方面的内容，其一是实现生产线路（包括设备、生产段）的柔性组合，通过固定线路向柔性线路的转变，适应“分类处理”所带来的单一或简单工艺线路向多分支、多组合的复杂工艺线路的变化；其二是实现关键工艺过程的宽范围、多参数协调控制，可以采用诸如基于复杂数学模型的先进控制等相关技术，将传统的制丝生产线关键工艺过程基于经验的非关联、单变量控制模式，提升为可以实现多参数辨识功能的智能化控制模式。（3）广泛应用与卷烟加工过程中各阶段物料性状相适应的检测、传感技术，结合相关质量管理和控制技术，构建具备事前预测、事中控制、事后分析功能的全方位的过程质量控制系统，推动以点检方式为主，离线处理，以结果考核为主要目的的质量控制体系向实时采集、关联分析、实时反馈、趋势预测、实时优化、在线控制的方向转化，进一步保证分组加工以及异地生产情况下的品质控制。(4) 进一步提高在分组加工过程中，生产执行系统(MES)在生产组织、指挥调度等方面的实际效用，实现制丝生产过程的效率提升和快速反应4。分组加工模式下，工艺线路渐趋复杂，各种物料间交叉关联，生产柔性要求显著加强；传统的生产线控制系统对于设备状态特别是机械运转状态的判别更多依赖于维护人员的巡检，判断结果直接由维护人员执行，设备状态信息对生产计划的指导作用未能有效发挥。上述这些问题都给生产计划的制定和实施带来了较大困难。在MES中融入流程模拟、数值优化、故障诊断等相关技术，将可以实现制丝生产计划的优化排产和加工参数的循环优化，有效解决分组加工模式下多工艺线路、多模块组合带来的生产组织的复杂性，实现生产过程连续均衡生产，提高系统的响应速度，降低干扰对系统的影响5。参考文献1 罗登山,姚光明,刘朝贤.中式卷烟加工工艺技术探讨J,烟草科技,2005(5):4-8.2 张家毅.基于分布式智能设计的烟草制丝线自动化系统J,烟草科技,2002(10):28-29.3 张家毅,宋世川.在线设备状态监测系统与制丝线自动化系统的集成应用,烟草科技,2005(8):10-13.4 张家毅，崔洪刚.应用MES技术优化分组加工工艺过程J.烟草科技，2007(6):5-7.