內蒙古蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司（以下簡稱蒙牛）始建于1999年，總部設在內蒙古和林格爾縣盛樂經(jīng)濟園區(qū)。 作為中國領先的乳制品供應商，蒙牛專注于研發(fā)生產(chǎn)適合國人的乳制品，連續(xù)10年位列全球乳業(yè)20強。
乳品行業(yè)面臨成本攀升、一體化協(xié)同效率低、市場兩極化競爭激烈等問題，面對時代發(fā)展與企業(yè)自身轉型升級需求，蒙牛將“雙智”納入公司發(fā)展戰(zhàn)略，啟動“智慧供應鏈+智能制造”建設，并獲得工信部智能制造示范項目支持。
一、項目概況
1. 項目背景
智能時代已經(jīng)到來，智能制造不僅被世界各國視為國家發(fā)展戰(zhàn)略，也是企業(yè)面臨內外部壓力與競爭，尋求轉型升級的重要選擇。
圖 1 智能制造是國家和企業(yè)的發(fā)展選擇
乳品行業(yè)面臨成本攀升、一體化協(xié)同效率低、市場兩極化競爭激烈等問題，面對時代發(fā)展與企業(yè)自身轉型升級需求，蒙牛將“雙智”納入公司發(fā)展戰(zhàn)略，啟動“智慧供應鏈+智能制造”建設，并獲得工信部智能制造示范項目支持。
圖 2 乳品行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
2. 項目簡介
2016年，蒙牛啟動了涉及8大業(yè)務域、全國56個工廠、88種角色的調研分析，最終明確智能工廠建設目標、藍圖、業(yè)務架構與達成路徑。同時，以金華、高科為試點，啟動智能工廠建設，旨在形成模板、凝練模式，打造樣板間。通過IT與OT的融合，依托數(shù)采、大數(shù)據(jù)、知識圖譜等技術，實現(xiàn)管理業(yè)務橫向互聯(lián)，制造業(yè)務縱向集成，數(shù)據(jù)信息上下互通，使生產(chǎn)過程全面數(shù)字化、透明化，指導未來數(shù)字化工廠的推廣與復制，為企業(yè)管理由“事后”變?yōu)椤皩崟r”賦能。
圖 3 全產(chǎn)業(yè)鏈融合優(yōu)化
3. 項目目標
在現(xiàn)有局部自動化和智能化的基礎上，打破信息孤島，實現(xiàn)管理業(yè)務橫向互聯(lián)，制造業(yè)務縱向集成，數(shù)據(jù)信息上下互通，通過建設現(xiàn)代化乳制品智能工廠（先試點、后推廣），實現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化、質量管控數(shù)字化、成本控制精細化管理，打造乳品行業(yè)智能制造新模式工廠，進而推動行業(yè)的整體建設。
具體目標包括：
（1）質量管控智能化：質量控制自動化、管理數(shù)字化、一鍵式質量追溯；
（2）生產(chǎn)管控智能化：生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動采集、實時監(jiān)控，有效挖掘改進點；
（3）智能安全云平臺：形成軟硬件一體化的安全管理模式；
（4）生產(chǎn)效率提升、成本降低、不良品率降低。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
（1）數(shù)字工廠藍圖
以數(shù)字化工廠為核心，大數(shù)據(jù)與互聯(lián)互通為基礎，將訂單需求與物料供應、生產(chǎn)制造、倉儲物流、市場分銷有機整合，形成供應鏈管理數(shù)據(jù)生態(tài)圈，實現(xiàn)有效食品安全治理。采用先進的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，對生產(chǎn)執(zhí)行做到狀態(tài)感知、實時分析、自動決策、精準執(zhí)行，讓生產(chǎn)更高效、質量更安全、過程更可靠、成本更精準、管理更便捷，從而實現(xiàn)透明化生產(chǎn)、數(shù)據(jù)化管理、一鍵化追溯的數(shù)字化工廠。
圖 4 智能制造藍圖
（2）依托的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺
乳品數(shù)字工廠基于申報單位北京智通云聯(lián)科技有限公司（以下簡稱智通云聯(lián)）的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺I.Smart，其四層架構如下圖所示：
圖5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺I.Smart架構示意圖
I.Smart既符合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標準，又凸顯了智通云聯(lián)特色。特別是在P層，是三域三中心的架構，除了通用的應用開發(fā)域和運營管理域，在技術組件域中知識圖譜、大數(shù)據(jù)等智能技術作為核心能力形成了三大中心，數(shù)據(jù)中心，知識中心和業(yè)務中心，確保了業(yè)務的數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)的知識化、知識的業(yè)務化，三大中心的聯(lián)動運轉形成的知識圖譜作為行業(yè)大腦的核心，支撐了企業(yè)全業(yè)務鏈（研產(chǎn)供銷服）的數(shù)字化，并支撐業(yè)務運行的決策支持服務。
2. 網(wǎng)絡、平臺或安全互聯(lián)架構
數(shù)字化工廠解決方案總體分為四個層面，一是建立智能工廠數(shù)據(jù)標準體系與運營體系；二是設備數(shù)采，優(yōu)化設備數(shù)據(jù)采集，結合自動化設備改造，實現(xiàn)設備數(shù)采標準化、平臺化；三是打造數(shù)據(jù)平臺與行業(yè)大腦，充分融合設備數(shù)采數(shù)據(jù)，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，外部信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，打破信息孤島，構建乳品行業(yè)知識圖譜；四是實現(xiàn)工廠智能輔助決策，利用大數(shù)據(jù)分析技術，支撐生產(chǎn)效率提升，設備綜合產(chǎn)能分析和工廠關鍵績效指標分析等。
圖6 數(shù)字工廠平臺架構示意圖
（1）互通互聯(lián)
通過對設備數(shù)據(jù)的實時采集和系統(tǒng)集成，打通各個生產(chǎn)相關系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈條貫通，質量管控數(shù)據(jù)化，對乳品行業(yè)標準加工設備聯(lián)通率可達100%，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集率95%以上。例如通過MES系統(tǒng)與LIMS系統(tǒng)以及工廠地磅與設備的對接，實現(xiàn)了奶車從進廠到出廠的全過程管理。
圖7 數(shù)據(jù)采集融合示意圖
（2）生產(chǎn)過程可視化與管理精益化
實現(xiàn)生產(chǎn)指標動態(tài)可視化監(jiān)控，通過獲取生產(chǎn)實時信息及制約信息，提升生產(chǎn)效率，為降本增效提供有效支撐；生產(chǎn)訂單、原輔料耗用、質檢等信息的動態(tài)收集與應用，輔助生產(chǎn)業(yè)務協(xié)同效率提升、挖掘生產(chǎn)過程改善點。
圖8 生產(chǎn)監(jiān)控管理示意圖
（3）全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與質量追溯
通過對全產(chǎn)業(yè)鏈管理實現(xiàn)原輔料驗收、生產(chǎn)過程管理、成品儲運的信息標識和全程網(wǎng)狀信息追溯。例如對生奶、原輔料、轉序樣品、成品等檢驗結果進行自動化采集，并將檢驗信息數(shù)字化、標準化，滿足追溯管理需求。系統(tǒng)可以將追溯時間從一次2小時提升到10秒鐘。
圖9 乳品質量信息收集與追溯示意圖
3. 具體應用場景和應用模式
基于數(shù)字工廠架構，在數(shù)據(jù)驅動的生產(chǎn)執(zhí)行、監(jiān)控、管理與輔助決策方面，形成了251個工業(yè)APP集。
圖10 乳品生產(chǎn)賦能工業(yè)APP集示意圖
在生產(chǎn)運營、經(jīng)營管理和企業(yè)決策等不同層面的具體應用場景以及對應的功能如下圖所示：
圖11 應用場景示意圖
（1）主要場景和功能
在生產(chǎn)執(zhí)行單位管理場景中，具備原輔料管理、計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)執(zhí)行與監(jiān)控、生產(chǎn)防錯管理，以及生產(chǎn)統(tǒng)計分析等功能。
圖12 生產(chǎn)執(zhí)行管理應用場景功能示意圖
在質量管理場景中，具備質量控制、監(jiān)控、追溯、統(tǒng)計分析等功能。
圖13 質量管理應用場景功能示意圖
在設備管理場景中，具備設備臺賬、設備監(jiān)控、設備維護、備品備件管理等功能。
圖14 設備管理應用場景功能示意圖
在庫存管理場景中，具備物料識別、出入庫管理、庫存管理等功能。
圖15 庫存管理應用場景功能示意圖
（2）業(yè)務優(yōu)化
收奶
收奶過程自動化，有效幫助控制奶車在廠時間，控制原奶質量，提升收奶效率。
圖16 收奶過程示意圖
預處理
預處理工段實時監(jiān)控各品相蛋白和干物質平均含量，有效控制原奶成本。
圖17 預處理過程示意圖
防錯
防錯系統(tǒng)實時報警，避免投料、配料、噴碼等錯誤出現(xiàn)，避免質量事故，產(chǎn)生早產(chǎn)奶。
圖18 噴碼防錯系統(tǒng)現(xiàn)場圖
質量監(jiān)控檢測
通過對質量檢測數(shù)據(jù)的集成，減輕操作工繁瑣的質檢結果查詢工作量，實時監(jiān)控半成品/成品檢驗結果，及時發(fā)現(xiàn)問題，并實現(xiàn)灌裝機即時停機，避免質量損失和質量事故的發(fā)生。
圖19 質量監(jiān)控與追溯界面
設備維護
智能化生成保養(yǎng)/點檢/大修任務，實時監(jiān)控任務的執(zhí)行情況，有效降低設備故障率。
圖20 設備管理維護過程示意圖
管理決策
通過對奶倉，半成品，暫存罐、訂單完成情況、質檢時間等數(shù)據(jù)的分析，實時體現(xiàn)物料消耗情況，訂單完工率，質檢的綜合時間。綜合分析工廠生產(chǎn)總體情況，即時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)改進點，實現(xiàn)生產(chǎn)過程透明化。
圖21 數(shù)字工廠可視化大屏
4. 其他亮點
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的第一性原理，就是聯(lián)接一切可以聯(lián)接的工業(yè)要素和生態(tài)要素。基于知識圖譜智能技術的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案，充分發(fā)掘事物背后的隱性關系，將隱性關系變成數(shù)據(jù)，并以可視化的形式展示在人們面前，將“三不”變?yōu)椤叭伞保磳ⅰ斑^去不可見的要素可見，過去不可計算的要素可計算，過去不可聯(lián)接的要素可聯(lián)接”。如問題解決的經(jīng)驗、工作機理、專業(yè)知識、設備維修的各種屬性等全部變?yōu)橹R內容可見可察，先可視化，然后再實現(xiàn)聯(lián)接、計算等，基于“三不”變“三可”實現(xiàn)更加深入的業(yè)務洞察，提高工業(yè)要素協(xié)同優(yōu)化配置能力。
三、下一步實施計劃
計劃1：更全面的推廣
蒙牛數(shù)字工廠按照業(yè)務調研與藍圖設計、試點、推廣的路徑分步實施。目前，已完成高科、金華兩個工廠的試點建設，并于2020年啟動了另外7個工廠的建設。
圖23 數(shù)字工廠推進路徑
計劃2：更廣泛的聯(lián)接
在試點工廠，以MES平臺建設為核心，通過數(shù)采平臺建設，與7類相關設備及系統(tǒng)集成，實現(xiàn)工廠內部的設備互聯(lián)、系統(tǒng)互通。
圖 24 項目系統(tǒng)集成示意圖
后續(xù)，還將實現(xiàn)集團級的互通互聯(lián)。更進一步，未來要建立乳品行業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)標準規(guī)范，建立一體化的數(shù)據(jù)集成模型、技術協(xié)議、接口規(guī)范，實現(xiàn)設備和軟件為一體的解決方案，形成行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。
計劃3：更深入的應用
目前，已經(jīng)將工業(yè)視覺、大數(shù)據(jù)智能、知識圖譜等人工智能技術在數(shù)字工廠建設中進行了應用，未來，將繼續(xù)與業(yè)務場景結合，實現(xiàn)更加深入的融合應用。例如，在生產(chǎn)排產(chǎn)方面，實現(xiàn)滿足班組人員、機臺設備、物料庫存、生產(chǎn)工藝、現(xiàn)場布局、日歷等各種生產(chǎn)約束條件的自動化工序機臺作業(yè)計劃與物料計劃制定；在設備管理維護方面，進一步實現(xiàn)基于知識驅動的預知性維護，提高設備故障預測預警能力、分析問題與解決能力。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
（1）一套方法論與模板指導實施
形成有效支撐乳品數(shù)字化工廠建設的方法體系、模型體系以及方法論DAPOSI（音譯“大博士”）。
圖 25 數(shù)字化工廠實施方法論DAPOSI示意圖
（2）兩個智能制造范式并行
中國工程院在2018年發(fā)布的《中國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》中指出，國內智能制造有“三種基本范式”，第一種范式是基于數(shù)字化技術的智能制造；第二種范式是基于CPS技術的智能制造；第三種范式是基于新一代人工智能的智能制造。本解決方案同時應用了第二種范式和第三種范式。
（3）三種人工智能技術融合
基于大數(shù)據(jù)智能、融合知識與機器學習的交互優(yōu)化技術、知識圖譜等新一代人工智能技術開發(fā)的“基于工業(yè)圖譜的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺”，解決了乳品行業(yè)業(yè)務過程中產(chǎn)生和需要的多源、多維、異構、海量數(shù)據(jù)采集與融合的技術問題，實現(xiàn)從采購、生產(chǎn)到銷售的過程一體化集成，貫通了供應鏈、生產(chǎn)過程、營銷、財務等全流程的數(shù)據(jù)和應用集成，從原奶收料到前處理，從灌包裝到成品倉儲，再到每一箱/盒乳品的追溯，讓食品安全和生產(chǎn)效率這兩個最重要的目標得到了根本性的保證。
2. 實施效果
推廣應用實現(xiàn)了企業(yè)的計劃優(yōu)化、成本降低、業(yè)務協(xié)同、質量保證與效率提升，僅單包克重一項，每廠每年節(jié)約費用200多萬元。
圖 26 數(shù)字化工廠應用效益總結