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王德吉（1975-），博士后、博士生導師、首席培訓師。主要從事互聯網+、網絡安全、工業4.0研究，全國煙草行業勞動模范，全國煙草行業優秀教師。兼中科院、清華大學、西安交大、湖南農大研究生導師，國家工程實驗室、國家標委會、中科協、IFAC、IAENG 、Siemens等專家。先后在微軟、微陽研究院、中科院從事客座研究，掛職肥東縣副縣長從事科研應用普及，主持省部級“數字工廠”等重大專項1項和企業項目16項，參與國家重大項目“機器人”“先進制造”“制造業信息化”3項。獲省部級科技獎10項，省部級教學獎50項。發表論文64篇，其中SCI、EI檢索25篇。申報發明專利15項，獲發明專利9項，實用新型15項，獲軟件著作權12項，著作7本。
自從德國提出“工業4.0”概念，我國政府也在2015年5月8日發布的《中國制造2025》戰略規劃中首次強調把“智能制造”作為我國制造業發展的主攻方向，將智能化生產技術列為重要研究內容，希望通過政府主導，企業和科研院所合作實施，大力促進智能制造的發展。新形勢下，為貫徹落實《中國制造2025》及“互聯網+”戰略，各煙草企業紛紛行動起來，在煙機產品智能化、生產過程智能化等方面開展積極探索。但對于中國煙草來說，雖然經過多年的發展和努力，初步實現了工廠的自動化，但按照智能化工廠的要求，還存在很多薄弱環節和亟需突破的瓶頸。本刊記者特別采訪煙草行業知名專家王德吉博士，請他解讀煙草行業智能制造之路所面臨的挑戰和發展重點。
《自動化博覽》：請介紹一下煙草行業“智能制造”涉及的范圍？國家對于煙草行業“智能制造”的未來發展有何規劃？
王德吉：2015年，工信部批準了46個智能制造試點示范項目和94個智能制造專項，發布了國家智能制造標準體系建設指南（2015版），分類并持續推進流程制造、離散制造、智能裝備和產品、智能制造新業態新模式、智能化管理、智能服務等六方面試點。對于煙草行業來說，從煙機設備的制造到煙葉的種植、煙葉的復烤、煙絲的加工、煙支的卷制等，這些流程均涉及到智能制造的技術。比如智能制造系統架構中的儀器儀表、物資溯源、可編程控制器（PLC）、現場總線控制系統（FCS）、MES系統，ERP系統等，都在煙草行業里廣泛應用。可以說中國“智能制造”里涵蓋的內容在煙草行業都會涉及。目前煙草行業的農、工、商、貿、管各個領域初步實現了卷煙產品開發客服化，生產過程自動化，管理決策信息化，物流輸送自動化，最終實現決策智能化。煙草行業智能制造的“智能”還處于Smart的層次，智能制造系統具有數據采集、數據處理、數據分析的能力，能夠準確執行指令，能夠實現閉環反饋；行業智能制造的趨勢是真正實現“Intelligent”，要求制造系統各個環節能夠實現自主學習、自主決策，不斷優化。
國家煙草專賣局提出要堅韌不拔加大科技創新的力度，實現創新驅動發展。卷煙生產向數字化、信息化、智能化的邁進，正是這一要求的集中體現。在卷煙智能制造的金字塔中，智能產品與智能服務可以幫助煙草企業帶來卷煙商業模式的創新；智能裝備、智能產線、智能車間到智慧工廠，可以幫助卷煙企業實現生產模式的創新；智能研發、智能管理、智能物流與供應鏈則可以幫助煙草企業實現運營模式的創新；而智能決策則可以幫助煙草企業實現科學決策。煙草企業在漸進式、理性地推進這十項智能技術的應用。
從Smart到Intelligent，雖然中國卷煙企業任重而道遠，但毫無疑問，隨著世界經濟的發展，《中國制造2025》戰略的實施，必將引領卷煙企業發展模式的革新，對于中國的卷煙企業來說，轉型已是必然選擇。
《自動化博覽》：請您描繪一下對于煙草生產過程智能化（智能工廠）未來發展的設想？
王德吉：未來煙草智能工廠應是生產過程高度自動化、透明化、可視化、精益化，輔以精準的在線產品檢測系統，能夠通過質量檢驗和分析實時調節生產過程控制參數，生產物流與生產過程融為一體，根據庫存情況智能調節生產進度，組成一個自適應、反饋靈敏、可靠性強、可信賴的智能制造生態系統。工廠的車間之間的數據流動暢通、透明，智能化的首要前提就是定量化，量化的前提就是數字化，所以未來智能工廠是基于信息高速公路高度發達下的工廠。同時未來煙草智能工廠更進一步的發展是智慧工廠，與消費者的聯系更為密切，將消費行為數據化，通過大數據分析為產品配方提供指引，這也是所有智能工廠努力的方向。智能工廠必須依賴無縫集成的信息系統支撐，主要包括PLM、ERP、CRM、SCM和MES五大核心系統。煙草企業已初步實現了上述五大核心業務。要實現真正智能工廠，還需要實現五個化：需求定制化、設計大數據化、生產智能化、物流智慧化、產品可追溯化。通過五個化把產品、設備、客戶、數據、生產者集成起來，通過網絡形成超級大腦“信息物理系統CPS”，實現橫向、縱向和端對端的高度集成，實現生產系統的實時感知、動態控制和信息服務。隨著信息技術的飛速發展，我們離智能制造會越來越近。
《自動化博覽》：您認為與其他行業相比，煙草行業的智能制造發展具有哪些獨特之處？
王德吉：煙草行業早在2000年就開始了信息化與工業化的兩化融合，在智能制造領域進行著積極探索，其中玉溪卷煙廠剛剛通過了工信部“兩化融合”管理體系的現場評估審核，為全行業在智能領域積累了寶貴經驗，而且行業的裝備水平基本與發達國家處于同一水平，這為煙草行業率先邁入智能制造奠定了基礎。與其它行業相比，煙草行業智能制造有如下特點。
第一，卷煙生產過程的復雜性要求企業進行數字工廠仿真設計。煙草工業是典型的流程制造工業，生產過程為連續生產或較長一段時間連續生產的工業，原材料通過一系列連續的化學反應和物理變化得到要求的產品，生產過程連續短間斷，其機理復雜、數據信息量大、處理難度高，對管理控制的協調性、實時性、可靠性要求較高。因此，卷煙企業很早就開始了數字仿真研究。
第二，煙草專賣體制推動了數字煙草工程，推動了數字煙廠對各類管理軟件融合。所謂“數字煙草”，就是將貫穿煙草行業生產經營管理的各個環節、各個流程復雜多變的煙草信息轉變為可以量化的數據，通過數字分析，為各企業乃至整個產業的發展提供決策依據。煙草企業從20世紀80年代就進行了管理信息系統（如MRPⅡ、ERP、MES、SCM等）融合研究。
第三，卷煙生產計劃優化需要通過智能仿真來實現。由于整個卷煙生產流程非常復雜，在分組加工的條件下，作業計劃制定需要考慮煙絲銜接、貯絲柜煙絲存量、生產次序的安排、各種貯柜的調度以及工藝參數和工作條件等眾多因素。在線計算機方法并不能很好地解決許多突發事件，特別是新型號、新品種的產品生產需要重新制定計劃，而人工的生產調度依賴于調度人的調度經驗以及風險最小化的調度策略，這種調度顯然不能夠達到利益最大化，而且實際生產隨機情況很多，純粹依靠經驗難免出現錯誤。其弊端在于經常造成生產線上各工序間的物料流動不均衡：一方面某些工序出現物料“堵塞”現象；與此同時，另外一些工序又處于“空間”狀態，致使生產線上有關設備處于待機或停機狀態，不僅影響了卷煙生產線的生產率，而且也降低了設備的利用率。為了解決以上問題，通過智能算法對其進行工藝參數優化仿真，通過仿真模擬整個生產過程，這不僅能確定工藝參數制定的合理性程度，還能預測異常事件發生時對整個計劃執行的影響程度，進而采取相應的措施來保證生產的效率。
第四，煙機專賣使得煙機制造企業，能夠建立統一的智能開放研發平臺，能夠多方協同研發，能夠進行虛擬設計和驗證。
綜上所述，煙草行業由于專賣制度，整個行業能夠集中力量進行智能工廠研究及應用，率先實現對卷煙的物質形態和制造過程模擬和可視化，實現對卷煙生產方案預測、評價和優化，簡化產品測試實驗的過程，縮短新產品上市周期，降低產品的開發成本，提高產品的市場競爭力。
《自動化博覽》：當前，我國煙草生產過程智能化的發展現狀如何？近年來取得了哪些成果？
王德吉：煙草行業的硬件條件和技術儲備、人才培養在全國制造業中處于領先水平，在自動化、信息化系統運用方面也有很多成熟的實踐項目和經驗，特別是煙草行業全國一體化的整體架構，順暢有效的指令和信息傳遞系統等，都構成了智能化工廠建設的堅實基礎。煙草企業在整個卷煙供應鏈的角度上，積極打造“智慧工廠”，在實現人、機、產品之間無障礙交流的基礎上，不斷優化企業價值鏈，朝著“資源最優利用、產品依客戶需求生產、效益最大化”的目標穩步邁進。
其一，行業專注智能制絲生產線的研究，建成了一批集低碳環保節能、食品安全標準、數字化可追溯、全程主動防御及歐盟安全標準于一身的煙絲智能生產線，這種智能生產線加工精細、流程簡捷、工藝獨特，實現了卷煙生產的系統化、柔性化和智能化。煙絲智能生產線具體體現在如下幾個方面：
（1）智能多線加工。受種植環境影響，不同產區的煙葉特征也各有差異，傳統的單一生產線對各種原料一直保持“來者不拒”的加工工藝，但同時也扼殺了不同原料的獨特個性。 智能生產線采用智能多線加工技術，為不同原料定制加工模式，消除了以往單線生產模式帶來的質量波動，真正讓進入工藝配方的煙葉特性得到最大程度的發揮。
（2）智能加香加料。以往單系統、單工序添加的方式容易導致煙絲品質不穩定，智能生產線所獨有的三大優勢，有效保證了煙絲料香施加均勻一致。一是采用多工序添加，使加香加料更加均勻穩定。二是采用國際物流標準識別系統，讓每個保溫輸料罐都有了自己的“身份證”，使其移動和輸料實現了全程可追溯。三是采用雙系統加香加料設備，解決了單系統設備在更換產品時牌號易混淆、清罐不及時、雜物有殘留等弊病，有效消除了加香加料過程中的不可控因素。
（3）智能激光選葉。智能生產線在行業首次啟用激光選葉技術，從光譜、形狀、顏色等角度選葉，“片片精選”達到了食品級的生產標準。
（4）智能九式烘絲。以前對于不同品種、不同品質的烘絲處理都是“一鍋燴”，導致煙絲處理有好有壞，而智能生產線引進九模式烘絲機，創造性地將烘絲模式“由1變9”，為每一種煙絲定制個性化烘絲加工模式，并通過二段式低溫輕處理，最大程度保留煙草本香，去除雜氣，確保煙氣更醇和。同時智能生產線還引進了全球處理溫度最低、體積最小的氣流式低溫處理烘絲機，將煙絲處理溫度由常規設備的230℃降至160℃，較好地保留了煙絲的有用物質。
（5）智能分貯醇化。智能生產線采用全過程恒溫恒濕控制，在不同工序之間保持煙絲隨時貯存在最佳溫濕度環境中，使煙絲在每個工藝環節都得到充分醇化，保證養分平衡，吸收均衡。此外，該生產線還對成品煙絲采用進口木箱密封分箱存放，煙絲箱采用激光導引智能小車實現配送。
其二，行業深入研究數據挖掘技術，鼓勵企業利用大數據實現對企業進行智能管控，打造 “智慧工廠”，持續提升決策能力、管理水平從粗放走向精益。
在卷煙生產過程中，構建了基于數據倉庫技術的生產績效測量分析平臺，通過對設備綜合效率、質量指數、庫存周轉次數、生產物耗指數四大指標進行多層級、多維度分析，對涉及生產運營管理的海量數據進行梳理，從中分析出生產短板，并以此為依據實現對生產短板的快速、精確定位，促進企業實現優質基礎上的低耗。以OEE（設備綜合效率）指標為例。在OEE分析平臺上，從全年來看，該指標可以查看哪一天的效率最低，也可以從時間維度切換到區域維度；查看卷接機與包裝機的OEE對比，再查看卷接機的計劃性停機損失率；還可以從卷接機的計劃性停機損失率向上查找到整個生產區域的計劃性停機損失率，真正實現了數據的全方位、多角度、立體式分析。大數據分析意味著企業能夠從這些新的數據中獲取新的洞察力，并將其與已知業務的各個細節相融合。大數據分析的本質其實是通過智能化實現企業管理的精益化，而這也正是“智慧工廠”所追求的目標。
其三，行業在流通領域積極采用物聯網技術，初步實現了可知、可控，物流管理更精準、更高效、更科學，各級安全管控能力更強，大大提高了卷煙物流配送服務質量水平。
建立了關鍵節點可控、運作協同、質量可溯的行業電子商務服務網絡，實現供應鏈管理的精益化，提高行業資源的最優配置、降低行業的經濟成本和時間成本，大幅度提高物流系統運作效率，提升經營效益。
《自動化博覽》：您認為當前煙草行業智能制造發展面臨著哪些挑戰？亟待解決或改進的關鍵問題有哪些?
王德吉：對于中國煙草來說，雖然經過多年的發展和努力，初步實現了工廠的自動化和智能化，但按照智能化工廠的要求，還存在很多薄弱環節和亟需突破的瓶頸。從智能化工廠的必要條件來說，目前行業在以下幾方面仍需要努力：
一是全面感知系統不完善。目前部分卷煙智能倉儲系統只能識別卷煙產品的生產時間、貨位等簡單信息，無法進行進一步統計和分析應用，對于專賣防偽等領域不具備完整的應用價值，無法滿足智能化工廠的信息要求。
二是互通互聯尚未實現。各省市煙草工商企業建立的物流系統、信息管理系統等無法達到信息共享、數據互聯的水平，必要的數據交換不實時，準確性無從驗證。這使得省級工商企業之間、煙草行業與輔材供應商之間的完整供應鏈的互通互聯遠未實現。
三是智能應用水平較低。這體現在國家局需要的工商數據一定程度上依賴各省級工商企業人工填報，無法實時收集、管控，并且由人工上報的數據不可避免面臨人為修改的風險。目前的數據收集不全面、不統一、不實時，造成行業對數據的智能化分析和處理不夠。對于已經收集的數據，也面臨著數據倉庫建設滯后、對海量數據不能充分使用等問題。
四是還沒有達到全行業規模化運作。物聯網系統，需要把行業內所有的人、財、物都貼上信息標簽，實時識別和管控，才能實現整體運營的規模優勢。而現有的物聯網技術應用還停留在物流、倉儲等領域，在煙葉物流、卷煙生產物流、工商一體化物流等方面的應用仍需進一步探索。
五是還未出現廣泛適用的智能化工廠建設模式。目前，一些卷煙工廠實施的基于RFID（射頻識別）的倉儲物流、部分3D可視化等，都是零星的、區域性的智能化，還未達到整體化的智能生產管理水平。
當然除了以上五點，長遠看來，應該加強大數據研究，建立智能工廠模型、參數優化等。煙草行業正在全行業推進精益管理，將智能制造與精益管理有機結合起來，從提高效率與效益入手，緊緊聯系實際情況開展工作，加大人才的培養與儲備，立足長遠，讓智能制造在生產領域真正發揮出作用，有序推進，因地制宜，在實施智能制造的過程中，重視與鼓勵技術創新與管理創新，轉變機制，激發企業內生活力，釋放員工的潛能，掌握核心技術，提高核心競爭力。
《自動化博覽》：您認為要實現煙草生產過程智能化急需哪些創新或突破？發展重點有哪些？
王德吉：行業工業企業需要全面了解、深入研究智能化工廠技術，搭建與之相適應的系統平臺的整體框架和結構，將傳感設備、嵌入式分析系統、智能控制系統和通信設施通過云端平臺整合在一起，形成一個智能化網絡，使人、機、服務三方面之間能夠互聯，共享信息，從而代替過去傳統的固定式流水線作業模式，使智能化生產成為可能。
只要行業做好整體策劃，通過全體員工的積極探索，選擇合適的試點項目，充分利用大數據、云計算的現代技術和工具，積累經驗后總結推廣，把原有的設備自動化向工廠智能化、省際互聯、行業互通發展，直至形成從煙葉種植、卷煙生產、成品銷售的實物流和生產計劃、銷售信息、客戶反饋、貨款結算的信息流完整融合，就能夠建設一個全國范圍、更廣意義上的煙草智能化網絡，構建中國煙草核心競爭力。
摘自《自動化博覽》2016年6月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號