玻璃纖維行業工業互聯網平臺建設與實踐探索

于亞東 李瀟瀟

（巨石集團有限公司，浙江桐鄉 314500）

玻璃纖維行業是一個重要的工業領域，其產品廣泛應用于建筑、汽車、航空航天、電子、環保等諸多領域。隨著行業的快速發展，其生產和管理方式也在不斷變革，工業互聯網的出現為玻璃纖維行業提供了革命性的發展途徑。

玻璃纖維行業工業互聯網的發展是一個復雜而多維的過程，涉及數字化轉型、智能化生產、供應鏈協同、創新驅動、環保和可持續發展等多個方面和層次。我國于2021 年1 月出臺《工業互聯網創新發展行動計劃（2021—2023 年）》，旨在推動企業積極引入新技術、新模式。大量企業聚焦工業互聯網平臺應用加強內部管理和外部合作，不斷提高自身的競爭力和可持續發展能力。

一、玻璃纖維行業工業互聯網平臺發展需求

（一）市場發展需求

玻璃纖維是一種無機非金屬新材料，是國家重點扶持的10 大領域之一。玻璃纖維具有強度高、化學穩定性好、電絕緣性好、耐高溫等特點，在新能源產業（風力葉片、太陽能支架）、高端裝備制造業（飛機、雷達罩、汽車、高速列車、游艇）、環保產業（石油管道、海水淡化系統環保處置設施和裝備）、基礎設施產業（橋梁、碼頭、高速公路設施輸水管道、墻體、屋面瓦）、健康產業（醫療設施、醫用材料、體育器械、體育設施）、電子電氣產業（輸配電設備、集成電路板）、消費品及休閑產業（游艇、家電、家具、門窗、衛浴設施、手機殼）有著非常廣泛的應用。目前，玻璃纖維的應用越來越廣泛，市場需求不斷擴大，行業應用進一步提升，促使其用量、質量、個性化要求越來越高。近年來，國內外玻纖市場及客戶的結構性需求變化呈現越來越快的趨勢，玻璃纖維大池窯連續化生產、產品種類繁多、工藝復雜的特點，對產業鏈跨企業合作的柔性制造能力提出了新的需求。同時，玻璃纖維行業本身由于其生產模式特點，對玻纖生產工藝流程的要求較高，大量中小企業由于技術儲備、智能化創新能力弱、設備運轉分散、“系統孤島”林立等問題，造成生產效率難以提升、數據無法有效支撐生產運營和決策，也反映了對先進工業協同生產模式的需求。工業互聯網平臺可以通過數字化連接生產各鏈條，提高生產效率和產品質量，降低制造成本以應對市場需求。

（二）行業智能化轉型升級的需求

首先，玻璃纖維整體生產方式相對較為粗放、產品同質化嚴重、行業盈利能力不均，制約了我國復合材料的發展，造成復合材料的應用能力與國際先進水平有較大差距。其次，玻璃纖維的生產特點是大池窯連續化生產、產品種類繁多、工藝復雜，且近年來市場及客戶的結構性需求變化越來越快，使企業生產計劃與客戶、市場之間缺乏靈活、高效的信息溝通的機制，因此柔性制造能力有待提升。再次，隨著玻璃纖維生產全球化程度的提高，促使其發展既需要大量的制造、裝備、研發技術人員給予快速、及時的響應和技術支持，又需要對核心裝備、控制、研發機密的保密和掌控，為此傳統意義上的現場服務和支持將難以滿足實際需求。工業互聯網平臺以安全互聯的技術架構開展企業互聯，建立客戶需求與企業制造之間的數據橋梁，建立包含需求、研發、生產、質檢的高效服務體系。

（三）生產工藝特點的需求

玻璃纖維的拉絲成型過程是將天然的礦物粉料在大型池窯中燃燒形成玻璃液體，從而使玻璃熔體中的玻璃液通過漏嘴擠到冷卻介質中（空氣）中，與此同時被拉伸成纖維，然后卷曲在拉絲機的繞絲筒上（圖1）。因此，玻璃纖維在整個拉絲成型過程中受到一次變量、派生變量和終極變量的影響，一次變量主要受天然原料化學組成及分子結構、作業環境流變性能和其他物理性能等，過程中多變量的疊加作用，導致了生產全流程中提升工藝標準精度非常復雜。工業互聯網平臺在鏈接各環節的基礎上擁有大量數據基礎，可以利用這些數據建立工業模型，以模型匹配即時數據開展基于自主優化、自主決策等人工智能方面的能力探索，優化工藝執行過程。

圖1 玻纖生產流程示意

二、基于需求的玻璃纖維行業工業互聯網平臺的建設內容

對玻璃纖維行業市場發展、智能轉型、工藝特點的需求分析反映出行業在先進工業協同生產模式、智能化柔性生產、多變量產品工藝研發等方面的需求。由此我們提出可以采用工業互聯網平臺探索全新的生產運營模式[1]，匯聚上下游產業的多源異構數據來滿足玻璃纖維行業的發展需要。例如，整合風電、半導體等玻纖產業鏈的優勢下游行業，建立以新產品、新標準為目標的工藝、原料及化工配方機理模型的聯合研發，以智能互聯提升玻璃纖維質量從而滿足上下游產業需求[2]。以下將玻纖行業工業互聯網平臺建設依次分為6 個步驟進行介紹（圖2）。

圖2 玻璃纖維行業工業互聯網平臺建設內容

（一）IT/OT 融合的一體化建設

從制造業本身屬性出發，玻纖行業工業互聯網平臺建設高度依賴于生產與經營的數字化程度[3]。業務與數據作為工業互聯網平臺的基礎，需要建立集生產計劃、過程協同、設備控制、資源優化、質量控制、決策支持智能一體化平臺。從信息化與工業化融合出發，企業需要部署ERP 實現資源管理，部署MES 實現生產執行，部署SCADA 實現生產數據采集，部署DCS 工控自動化、部署LIMS 實現全鏈路質量管理，部署PLM 實現研發過程控制。此時，工業互聯網平臺建設才能開始，即建立玻纖自適應排產、生產過程智能控制、質量全流程追溯、能耗動態管理、資源智能調度、AI 決策分析等多場景應用。

（二）滲透各層級的集成控制

信息化與工業化的實現過程伴隨著數據的產生，而玻纖行業工業互聯網平臺的價值實現絕大部分也以數據為起點。平臺實施過程中結合ERP、BPM 等信息化系統產生的數據與DCS、SCADA 等工業控制系統產生的數據，以數據驅動流程，流程優化業務，配合無人AGV、機械臂、自動配料機、拉絲機等終端設備，將原本割裂的單元控制轉變為（人、機、系統）互聯、感知、適配的大型統一控制系統，從而達到數據的開發利用基礎。

（三）基于多源數據的決策中心

工業互聯網平臺通過系統集成控制，匯聚了大量的經營和生產數據，這些數據除了運用于流程端到端驅動外，還可以利用大數據分析展現其綜合優勢。此時，應建立多源異構數據的處理架構，按照不同數據的維度和節拍開展清洗梳理，最終形成開箱即用的數據中臺。依賴數據中臺規范的數據對象格式與關聯方法，即可發展以多維度數據支撐的專家決策平臺，而企業的核心裝備、工藝、經營、管理專家可以在工業互聯網平臺中以統一的數據圖表開展決策。多地多工廠的大型企業可以構建全球統一的運行控制中心，由稀缺的行業專家共同協調和管控生產經營，分享和優化創新場景和效益績效，不斷優化專業能力和資源配置。

（四）工業APP 生態互聯

達到第四要素時，企業工業互聯網平臺的內部建設已經卓有成效，此時需要轉變方向，以串聯外部需求為新的起點。企業可以投入資源成立開發團隊或引入具備定制化能力的服務商，專門開展玻纖行業與上下游關聯業務的APP 建設，形成公共可用的行業APP 組件庫。對接的行業如玻纖下游的風電、上游的礦石粉料等，以APP 作為業務切入點，可以避免直接集成各企業系統出現的資源投入擴大問題。APP以其功能驅動流程和數據，可以分為公共類和業務類。公共類是指在不同企業具備泛用性的APP，例如進銷存、流程審批、海關單證、稅企銀企直連等；業務類是指按需進行點對點開發的APP，例如PDA 上開發質量庫存APP，下游企業可以掃碼玻纖產品讀取生產全流程質量數據，同時進行入庫操作。正是以這些APP 為抓手，工業互聯網平臺才能逐步完成上下游協同生態的總體構建。

（五）模擬仿真優化現實制造

完成前四要素后，玻纖行業工業互聯網平臺從內部和外部獲得的數據已經可以實現高比例的價值再造。此時，可以探索創新技術的應用，獲得優勢競爭力。例如，通過數字建模將工廠、生產線、設備等實體轉化為數字模型，建立模擬仿真平臺，開展設計與工藝的虛擬執行，根據客戶需求快速提供解決方案，加速現實研發與生產節奏，創造一個具備高度進化機制的制造環境。

（六）數字建模結合人工智能

工業互聯網平臺通過設備、工段、產線、工廠逐級實現數字孿生后，企業已經開始從數字驅動轉向模型驅動，而openAI 的引入正好提供了虛擬模型輸入、決策、輸出的模式優化。企業可以通過對各虛擬模型建立人工智能指令集，覆蓋從產品設計到生產質檢的全生命周期。以AI 算力取代人工判斷縮短產品研發周期，降低研發投入，提升產品質量，保障生產運行，最終激活一種面向未來變革的全新生產模式。

三、玻璃纖維行業工業互聯網平臺技術架構研究

玻纖行業工業互聯網平臺建設內容，從生產經營、數據采集、專家共享、工業互聯、數字建模、模擬仿真、人工智能，展現了平臺發展的主要過程階段，而以此指導平臺建設，還需要與行業適配的技術方案。本文提供一種玻纖行業工業互聯網平臺的技術架構參考，該架構以多層分級搭配行業自研技術實現了完整的聯動控制體系。

（一）工業互聯網平臺多層分級架構

工業互聯網平臺構架（圖3）分為數據采集層、數據傳輸層、技術平臺層、用戶操作層。

圖3 工業互聯網架構

（1）數據采集層以采集玻纖行業本身工業數據為主，核心是窯爐、拉絲兩道工序，可運用PLC、SCADA、RTDB 等技術進行實時數據采集。窯爐監測溫度、壓力、氧氣、天然氣、噴口等屬性，拉絲監測通路玻璃液、漏板溫度、涂油線速等屬性，以獲得生產各部分、組件、設備、系統的多源異構數據。

（2）數據傳輸層是工業互聯網平臺數據傳遞的主要渠道。此時，一方面需要建立工控網與辦公網完全隔離；另一方面需要通過物理專線、VPN、加密數據等手段匯聚多企業的數據。該層以上游采購供應數據、下游成品數據為主要口徑，串聯質量監測、生產工藝、物資需求等數據，建立工業互聯網層面的數據傳輸總線。

（3）平臺技術層是利用云平臺、專業技術軟件等開展數據匯總后的處理利用層級，可以將Spark、HDFS、ES 等技術作為主要軟件技術手段，對數據傳輸層匯聚的上下游企業數據進行清洗利用，例如可以利用下游客戶的采購需求，直接生成銷售計劃，進而轉化成生產計劃和物資采購需求；可以利用出庫產品二維碼直接串聯玻纖生產工藝、質量監測信息數據，免除下游客戶的入廠檢驗成本；可以發散多種多樣的工業互聯網應用場景。

（4）數據的展示層是引入數據中臺作為有效數據展示的數據開發利用層面。該層以可視化形式，根據平臺技術層已經梳理的上下游數據，結合智能調度、數字看板、自動閾值指令等開展預測性維護、工藝調優、新產品研發等數據價值再造。

（二）工業互聯網平臺協同系統架構

行業自研技術需要從各企業自身的特點出發，探索建立基于軟件層面的主動式數據解決方案。

玻纖行業工業互聯網平臺的實施過程，主要以各信息系統代表各業務板塊作為數字化能力的實體，此時必然包含多個以服務商為代表的乙方合作對象（圖4）。傳統工業互聯網只論述過程和結果，對此種現象和解決方法缺少論述?，F實情況中多系統環境下必然由于數據串聯和功能需求造成各信息系統業務修改，此時需求端的業務系統將會以網狀結構擴散影響，系統集成度越高影響面就越廣泛。因工業互聯網需求造成的系統聯動修改，必然涉及多個乙方實施商，而由于各系統建成時間不同和多流程聯動情況，就會出現多向業務、時間阻滯、流程嵌套上的多重困難。

圖4 玻纖行業典型集成

此處提出一種多個管理系統的協同系統以及協同架構方案（圖5），在數據采集層建立一個中間件，與多個系統建立連接，通過攔截器監聽系統日志，并在監聽到預定變化的情況下，以日志作為源頭推送預定消息。在數據傳輸層建立統一消息控制中心，由控制中心進行調控，將消息發送至其他應用系統或利用其數據庫開發的基站系統，調用目標系統功能?；谝陨系倪壿嬫?，當發生業務需求時，無須對多個管理系統的源程序進行更改，只要配置對應日志攔截，即可實現對多系統應用層功能的調用。解決工業互聯網環境下集成的系統包含了大量非開源系統，以及因集成復雜而出現的多向業務、時間阻滯和流程嵌套問題。如此，在工業互聯網整體架構下，所有調整都解耦成面向應用的單例功能，可降低多系統協同環境的修改成本和復雜度。

圖5 多個管理系統的協同系統以及協同架構

四、玻璃纖維企業工業互聯網平臺建設實例

下面以某玻纖行業龍頭企業的工業互聯網實踐為例。該企業從頂層規劃確定供應鏈生態圈打造的發展需求，結合當地的風電產業鏈企業集群現狀，分別通過“內生集成、自主優化和產業互聯”3 種能力打造玻纖工業互聯網平臺。

通過“內生集成”串聯企業內部信息系統，利用工業互聯網平臺的“數據采集層”采集生產各部分、組件、設備、系統的多源異構數據，從數據層面建立集成模式?！皟壬伞蹦芰ㄔO旨在全線貫通內部生產制造與企業經營的數據鏈，并橫向復制、擴展、覆蓋所有生產基地與經營實體，實現產品全生命周期、經營管控全領域的數字化轉型，進而在企業內部實現效率、質量、成本、效益的優勢打造，探索企業全要素信息集成環境下數據價值的實現途徑。

通過“自主優化”建立工業APP 開發體系，利用多個管理系統的協同系統以及協同架構解決各企業信息系統快速集成和獨立建設的需求?！白灾鲀灮蹦芰ㄔO是結合玻纖產業實際特點，從上游供應商和下游客戶的關聯流程入手，結合信息技術自研開發能力，打造基于上下游需求的玻纖能力場景；建立解決上下游實際需求的快速反應能力，為供應鏈伙伴提供共性難題的解決方案。

通過“產業互聯”建立上下游產品研發、工藝迭代、質量改進的聯合體系，利用工業互聯網平臺的“數據采集層”和“平臺技術層”，將獲得的數據進行開發利用，嵌入上下游企業流程，實現業務功能的創新提升?！爱a業互聯”能力建設是在后續環節上采取跨企業的供需前置、靈活營銷價格管理、產品協同研發、質量檢測共享等模式，結合為上下游企業定制化二開、改造和建立APP 等手段，建立基于采購、銷售、生產、質量、成本優化的“產業互聯”服務體系，為上下游企業提供研發創新、成果轉化、協同制造、檢測檢驗、快捷金融、專家咨詢、行業分析、技術標準、資源需求、信息服務等服務。

目前，該玻纖企業的工業互聯網平臺運營建立了工業APP 38 個，服務上下游企業1980 家，在各自應用的場景開展數據整合，向上延伸至礦石磨粉、化工、能源、包材等加工產業，向下輻射到風電、熱塑（TP）、電子（IT）、汽車、建筑、軌道交通等領域，貫通產業鏈上下游各環節，推動玻璃纖維產業及其上下游協同發展[4]；實現研發效率、訂單量、庫存周轉率、資金回款效率、生產效率、生產成本等指標的不同程度的提升。此外，利用該互聯網平臺，推動了玻璃纖維產業鏈中小企業上云，助力了行業中小企業數字化轉型，利用產業集群優勢實現區域“資源共享，產能共享”，科學合理地解決行業“原料價格波動大、能源成本高”的問題。同時，其供應鏈流程互通模式有效帶動了區域協同制造的能力，也以所在地風電產業集群為核心，輻射了周邊協同配套能力，實現產業鏈關聯企業的整體的智能化和綠色化提升，最終推動產業質量變革、效率變革、動力變革，為制造強省、強國建設提供引領和示范。

五、結論

工業互聯網是加快新一代信息技術與制造業深度融合的主要途徑，它在結合智能制造的同時，在產業鏈與供應鏈上下游擴展研發設計、生產制造、經營管理、銷售服務等能力。工業互聯網平臺縱向打通決策、業務和生產，橫向聯通企業、工廠、工段、設備，以數據流為線索，開展協同生產、協同研發，縮短產品研制周期；建立生產過程控制、生產管理的跨企業業務互通，極大提升了產能控制、生產效率、能源利用，有效降低運營成本、不良品率；并在此過程中形成一批發明專利及企業、行業的相關標準。

綜上所述，本文從行業需求、建設內容、技術架構、企業案例四項內容開展論述，提供了一種玻璃纖維行業發展工業互聯網的有效借鑒，可以引導同類企業開展協同創新、成果轉化、協同制造、檢測檢驗、專家智庫、數字貿易、行業數據、人才服務等能力建設，共同強化玻璃纖維行業優勢。