浮法玻璃生产加工一体化智能生产模式初探

 

2016年以来，我国玻璃行业供给侧结构性改革取得了一定的成果。2018年平板玻璃产量8.68亿重量箱，行业利润116亿元，实现了近年来的最好水平。进入2019年，在房地产稳中调控、汽车行业周期性调整、光伏产业不确定性增加的大背景下，我国平板玻璃总体产能过剩仍是较突出的问题。需求减少，利润下降，企业面临的经营形势依旧严峻。如何能够走出结构性改革的胶着期、实现高质量发展呢？正如张佰恒会长指出的，“对玻璃行业来说，高质量发展既是解决当前问题和矛盾的必由之路，也是转型升级、持续发展的目标。……是生产要素投入少、资源配置效率高、资源环境成本低、经济社会效益好的发展……”。玻璃企业应该努力从产品上创新，从技术上创新，从模式上创新，从管理上创新，用创新思维对传统制造业进行效率和效益的升级和再造。

 

本文的重点在于从浮法玻璃产业链的价值重构的角度，结合智能化生产技术和管理技术，以市场需求的结构性变化为契机，探讨浮法玻璃生产加工一体化的智能生产模式的必要性和可能性，以实现高效率、低成本、高柔性、高效益的集约化生产体系，为开拓浮法玻璃生产经营的创新模式提供新的思路。

 

审视既有的浮法玻璃产业链，作为典型的传统制造行业，浮法玻璃企业一直扮演着基础材料生产商的角色。从其发展历程来看先后经历了四个阶段，第一阶段是高投资和高技术门槛的国企垄断阶段，第二阶段是技术成熟、投资成本下降、民营资本快速进入的发展阶段，第三阶段是规模快速扩张、群雄逐鹿阶段，第四阶段是产能过剩、供需矛盾结构性分化阶段。但是，不论在哪个阶段，浮法玻璃企业都未曾改变过其在产业链中的角色，随着市场供需关系的变化，浮法玻璃企业在产业链中的地位却在发生着变化，同质化、低水平的竞争导致其在价值链中的价值占比逐步走低。我们用SIPOC模型来简单分析一下既有浮法玻璃产业链的价值链活动：

 

在上述SIPOC的价值链活动中，我们可以清楚地看到，浮法玻璃产品单一，属标准化基础材料，附加值比较低。因此，只能依靠降低自身的生产成本来寻求价值空间。另外，寄希望于季节性供需关系和周期性供需变化所带来的整体性增值机会。随着产能过剩越来越显著，供需关系所带来增值机会的不确定性也越来越强，因此，企业的竞争逐渐聚焦在产品的增值空间上。

 

浮法玻璃企业如何能够提高自身在价值链活动中的价值占比呢？笔者认为，应该有三个途径，第一，就是在既有价值链中，努力降低过程输入（I）的成本和加工过程（P）的成本，从而提高产品本身的增值空间；第二，就是在既有的价值链中，提高输出（O）产品的质量和性能，从而提高客户对产品和服务的价值感知；第三，就是提高产品的深加工程度，增加产品附加值，从而满足更广泛的客户需求。这三个途径要求浮法玻璃企业应重新定位其在价值链中的角色，不仅作为基础材料的生产商，同时也在一定程度上兼具功能材料的加工商的角色，为此，需要对既有价值链进行重构，而重构价值链的前提是寻找到恰当的市场需求和客户群体。

 

近几年，随着房地产行业的稳中调控，房屋新开工面积和竣工面积均呈现不同程度的下降，尤其是公共建筑项目的需求量降幅更加明显。为应对市场形势的变化，房地产开发商也及时调整经营战略，朝着高质量、高效率、低成本、高适应性的发展方向转变。在后向供应商合作策略上，主张战略合作、集中采购，对与其合作的门窗加工厂和玻璃加工厂的规模和水平有了更高的要求，采购订单的集中度越来越高。在追求高质量和准时交货的同时，希望供应商有能力大幅度降低产品成本。而传统产业链中的门窗加工厂和玻璃加工厂，已经努力将原材料成本和自身的运营成本降到底线，利润微薄，若想持续降本，只能从整个产业链的视角，挖掘降本增利的空间。个别房地产开发商已经着手进行后向一体化整合，尝试自建门窗加工厂和玻璃加工厂。

 

除工程类门窗之外，近几年，由于人民生活水平的逐步提高，消费者对于新购房屋和既有房屋的门窗个性化改造的需求快速增长。原来路边门窗店的产品和服务水平，已经远远不能满足消费者的需求。随着国外先进的系统门窗技术和生产服务体系的引入，以及国内部分有规模和实力的门窗企业的加入，国内家装零售门窗无论从产品种类、产品质量、生产和服务规模、分销渠道和服务体系等多方面都得到了指数级迅猛的发展，从而使门窗市场需求发生了结构性变化。同时，为了弥补玻璃加工厂在零售门窗玻璃生产和供应方面的短板，已有部分大型门窗加工厂自建了中空玻璃加工车间，通过外购钢化玻璃来满足定制化订单的需求。

 

上述两个变化，分别从两个方向对玻璃生产和加工企业提出了新的要求，一个方向是优化整体产业链的结构和效率，以获得高质量、高产能、高效率、低成本的工程类门窗玻璃产品和供应体系；另一个方向是再造工业流程，以获得高质量、高效率、高柔性、成本适中的定制化门窗玻璃产品和适应大规模定制的生产供应体系。

 

若想达到上述要求，既有的玻璃加工厂是无法实现的，因为这不仅需要有原料优势、规模优势和成本优势，还需要借助智能化技术建立应对大规模定制的生产体系，同时，还要有能力在既有产业链中进行价值链重构。所以，只有浮法玻璃企业具备这一优势。浮法玻璃企业可以通过向玻璃深加工的前向延伸来实现这个整合。

 

本文所谈及的浮法玻璃产业链延伸，是站在纵向一体化战略思维的角度，使浮法玻璃生产、玻璃深加工和门窗加工这三个具有紧密关联的上下游产业通过智能化管理技术和智能化生产技术重新整合成新的产业价值链。以门窗加工的订单需求为价值链的需求拉动端，在共享的信息化平台上，完成门窗用浮法玻璃原片的规模化生产和门窗用定尺玻璃的批量加工或大规模定制加工，最大程度地提高价值链传递效率、减少非增值的环节和活动、降低价值链的整体运营成本。

 

目前门窗用玻璃产业的价值链由浮法玻璃生产企业、玻璃加工企业和门窗加工企业这三类不同流程特点的企业构成，业务环节多，企业运营独立性强，业务响应度差，物流成本高，生产成本高，库存水平高，不能实现准时化生产，无法建立高效的供应链体系。只有通过智能化生产技术和管理技术的有机组合，才能跨越三类不同生产流程，建立高效率、高柔性、低成本并存的全新生产流程，实现浮法玻璃企业的前向一体化策略。

 

所幸的是，近几年，智能生产技术在工业4.0的大背景下得到了突飞猛进的发展，在玻璃生产和加工以及门窗加工的产业链中，其智能化技术已经具备了完善的技术基础和应用基础，各项传感技术、识别技术、数据传输与处理技术、智能机械与装备、ERP软件系统、MES生产执行系统、物流过程控制技术、机器人技术等等，都为我们智能化应用提供了技术保障。前些年引进的智能化玻璃深加工系统经过近10年的运行，为我们提供了可靠的实践经验和教训。现在我们要做的，就是利用这些智能化技术和与之相配套的生产管理技术，将产业链的业务流程进行重构，以寻求更有效、更快捷、更低成本的新的流程模式。

 

基于上述分析，笔者提出了浮法玻璃产业链重构的一种思路----浮法玻璃生产加工一体化。

 

所谓一体化，指的是浮法玻璃生产线产出的部分浮法玻璃直接在线分片给同场地接续或并行安装的玻璃深加工系统，按客户订单进行切割、磨边、清洗和钢化加工，制成钢化玻璃产品，销售给客户(玻璃加工厂和门窗加工厂)的生产模式。

5.1一体化智能生产模式的基本构成

 

一体化智能生产模式（IMP of FG）是基于智能化生产系统，将浮法玻璃的原片堆垛、仓储、传输、转运、切割、剔次、磨边、清洗、钢化、排序、分片等功能高度集成于一套生产执行系统（MES）下的智能生产体系。其基本构成如下：

 

既有浮法玻璃生产线+分片传输系统+智能仓储系统+智能切割系统(可附带剔除缺陷功能)+自动磨边清洗+智能钢化炉排片系统+钢化设备+智能钢化成品分片系统

5.2一体化智能生产模式的运行原理

 

5.2.1首先，我们可以通过分布式ERP系统的理念和实时动态数据传送与应用，将浮法玻璃生产企业的ERP系统、玻璃加工企业的ERP系统和门窗企业的ERP系统有效贯穿起来，完成需求信息、计划信息、生产信息、质量信息、物流信息的共享；同时，我们可以在玻璃加工系统实现ERP系统与MES系统的数据实时交互，这就有效地解决了ERP系统只能进行事后批量完工统计，而不能反映实时加工过程数据的问题，对生产过程效率管控、订单的符合性与完整性控制、订单的柔性切换、质量返修与返工的管理等提供了有效的管控方法和手段。

 

5.2.2当门窗企业将客户订单输入ERP系统后，会直接转化出BOM清单，其中包括对玻璃的种类、规格、数量、安装位置等要求，该BOM清单可与玻璃加工的ERP系统和MES系统共享，当BOM清单转化为玻璃订单并经供需双方确认之后，玻璃加工系统的MES系统就将按照ERP系统的主生产计划和作业计划进行相应的加工，同时，MES系统也将对浮法玻璃备用库中的数据进行检索，并可以向浮法玻璃生产线提交需求数据。

 

5.2.3我们可在浮法玻璃生产线冷端堆垛前设置分片传输系统，将需要分给加工系统的浮法玻璃分离传送。这些浮法玻璃的尺寸和品种的数据既可以由浮法玻璃生产线的作业管理系统（ERP或MES）自动传送给加工系统的MES系统，也可以在分片传输系统中加入尺寸测量设备，自动检测浮法玻璃的外形尺寸。这些浮法玻璃可以直接传入加工系统进行加工，也可以按规格分类，暂时落架作为备用库存。

 

5.2.4加工系统的客户订单被輸入到ERP系统中，由计划部门根据客户交货计划制定主生产计划和作业计划。当作业计划数据被导入生产执行系统（MES）之后，MES系统会自动生成切割排版优化方案，切割机会自动调用相应规格的浮法玻璃原片，由智能仓储或自动上片系统输送给玻璃切割机进行自动切割。MES系统还具有动态切割排版优化的功能，不仅可以实现多订单混排、多客户混排，而且还能高效处理补单和插单，并将其纳入混排优化方案中。

 

5.2.5若有必要，浮法玻璃和玻璃加工系统还可以安装或启用质量缺陷检测装置，对全线的玻璃质量进行检测和分类。利用智能切割系统的智能剔除缺陷功能，还可以将浮法玻璃原片上的内部缺陷剔除，并与切割的边角料隔离存放，既可以避免因玻璃内部缺陷而使钢化玻璃存在自爆的隐患，还能有效避免这些杂质作为熟料再次混入浮法玻璃原料中。

 

5.2.6玻璃切割之后，可选择人工掰片或者自动掰片两种作业模式，经自动分片系统传输分配给两套磨边机组。切割加工的半成品数据可以作为磨边加工的作业指导电子看板来呈现，也可以驱动磨边设备的作业。磨边机组可选择自动倒棱机（针对于门窗用薄玻璃），也可以选择自动四边磨边机。如果需要精磨边的产品，还可以选配一套高速双边磨机组。需要注意的是，在订单混排模式下，磨边工序容易成为整个生产系统的瓶颈工序，所以在磨边机的选型和产能规划方面，应严格按照产品定位和加工要求的特点来选型和规划，以确保该工序在产能匹配和技术要求方面满足加工的要求。如果有必要，也可以在切割机与磨边机之间选配智能缓冲仓储系统（BUFFER），以增强磨边工序的加工效率。

 

5.2.7磨边机组出片端接续配置一套智能缓冲仓储系统（BUFFER），其作用是调整供给钢化工序的玻璃次序。MES系统可以根据BUFFER系统中的缓冲库存数据，对钢化炉上片排布方案进行优化，既保证较高的得炉率，又能兼顾钢化玻璃的质量。在MES系统的驱动下，通过自动上片系统，完成钢化炉的上片，并保证钢化炉的生产节拍。

 

5.2.8钢化加工好的成品玻璃，通过智能辅助识别技术，确认尺寸信息之后，被输送到钢化工序后的智能缓冲仓储系统（BUFFER）中，通过这个BUFFER的智能排序、理片，实现按客户、按订单、按分架、按次序落架的功能。

 

5.2.9 MES系统可以将落架的玻璃成品通过AGV智能小车按照ERP系统的仓储指令或发货指令送到指定存储区域的指定位置，为实现智能物流奠定基础。

 

5.2.10在加工过程中，智能系统或人工所发现的不合格品或玻璃毁损，可以通过自动计入和手工输入两种方式计入玻璃补片系统，MES系统会自动将其作为补片订单（可设置人工确认）进入切割混排优化序列当中。同时，补片订单也可以被定义成更高优先级优先进行切割优化和加工。

 

与既有的传统生产模式相比，一体化智能生产模式的优点在于：

 

6.1提高浮法玻璃的直接加工率

 

6.1.1浮法玻璃的生产加工一体化，使浮法玻璃快速转化成加工制品，其效率和成本优势对于下游客户具有很强的吸引力，市场会越来越关注并需求这种价值让渡。

 

6.1.2依照玻璃行业智能化生产技术领先者奥地利李赛克公司的水平，其智能化全自动生产系统的效率可以实现单线12秒/片（制品），双线6秒/片（制品）的流程速度。我们以21.6小时/天来计（开机率90%），该系统（双线）每天可生产12960片以上的制品，按每片制品的面积0.65平方米计算，保守估计该系统每天加工产量超过8400平方米。每年产量在300万平方米以上。

 

6.1.3如果针对一条日熔化量800吨的浮法玻璃生产线而言，上述这个加工量可以达到浮法玻璃日产量的13%以上，大大提升了浮法玻璃的直接加工率，提高了产品附加值。

 

6.2节省了浮法玻璃的包装

 

浮法玻璃的生产加工一体化，可以实现在线分片功能和自动上片功能，因此，占浮法玻璃生产总量的13%以上的玻璃将不再需要额外的包装成本。

 

6.3去除了浮法玻璃原片运往玻璃深加工厂的运费

 

既有模式下，浮法玻璃向玻璃加工厂转运需要花费大量的运输和吊卸成本，约占售价的6—10%，而这部分成本在价值链中不产生任何对客户有益的增值。在一体化模式下，这部分成本将被消除，可直接转换成对客户的价值让渡。

 

6.4可以利用大版面浮法玻璃来提高玻璃的切裁率、降低库存成本、提高生产效率

 

6.4.1既有传统模式下，由于玻璃加工厂的加工条件制约和运输道路条件的限制，多数加工厂不愿意采购和使用大版面的浮法玻璃，这也导致了玻璃加工厂的玻璃切裁率降低。

 

6.4.2为了弥补这一缺陷，加工厂一般采取增加库存玻璃规格的方式来解决，客观上导致库存增大、库存周转率下降、资金占用较多、管理成本升高，还时常造成库损。

 

6.4.3同时，由于使用原片规格较多，厂内吊运切换频次增加，生产效率下降，生产成本增高。

 

6.4.4一体化模式下，应用大版面玻璃将不再成为难点，尤其是部分浮法玻璃生产企业可以生产3300*6000MM和3000*6000MM的规格。统一的大版面可实现切裁率的理想优化，减少版面切换和吊运，减少生产中断，裁切工序的生产效率至少提高20%。

 

6.5可以利用订单混排和智能分片技术进一步提高玻璃切裁率

 

6.5.1既有生产模式下，由于多数采用人工的方式来管理和调度生产现场的作业流转，因此，只能选取一至三个订单进行适度的组合来提高浮法玻璃原片的利用率，无法实现多订单混单优化切割方案，这在客观上影响了原片的切裁率，其成本也转嫁给了客户。

 

6.5.2一体化模式下，因为有智能分片技术和原片玻璃资源的支撑，我们可以在交货期允许的条件下，实现多订单混排优化，使玻璃利用率最大化，其节约的成本可直接为客户带来增值。

 

6.6玻璃边角料可直接由浮法生产线回收，节省逆向物流费用

 

6.6.1既有模式下，浮法玻璃企业需要花费一定的成本从社会上回收玻璃余料作为生产的熟料，而这些余料多来自玻璃加工厂的切割余料，按照门窗玻璃通常的切裁率90—92%来估算，最少8%的浮法玻璃余料成本已计入加工厂的生产成本并转嫁给了客户。而余料回收的逆向物流所产生的费用又将计入浮法玻璃生产企业的生产成本再次转嫁给了玻璃加工厂，产业链中这种成本的传递对客户而言是不增值的。

 

6.6.2在一体化模式下，加工玻璃的余料直接在浮法玻璃生产厂内循环，其节省的综合成本是相当可观的，应该占浮法玻璃生产成本的5%左右。

 

6.7识别并剔除浮法玻璃缺陷，减少杂质对浮法玻璃质量的系统化影响

 

6.7.1既有模式下，浮法玻璃企业回收的玻璃余料，其质量参差不齐，杂质较多。这些带有杂质的余料一旦被循环应用，则会直接影响浮法玻璃的质量，但目前浮法玻璃企业没有更好的办法解决这个问题。

 

6.7.2一体化生产模式提供了一个新的解决思路，我们可以利用识别技术在浮法玻璃冷端识别浮法原片的结石、气泡等缺陷，并将其位置数据随玻璃数据一起发给智能生产系统，系统可以在智能排版优化时将这些杂质和缺陷排除在有效面积之外，在切割玻璃时将这些缺陷剔除，并将带有缺陷的余料单独分离，确保不再被循环使用，从而从根本上杜绝了这个对玻璃质量产生系统性影响的造次因素。

 

6.8玻璃深加工所需要的水电气可与浮法玻璃生产线的公用工程统筹规划、综合利用，以降低玻璃加工的成本

 

6.8.1既有模式下，玻璃加工厂为满足钢化炉、均质炉、夹层线、高压釜、镀膜线等耗电量较大的设备的电力需求，需要配备较大功率的变压器，加工厂不得不为此负担高额的基本容量费，但事实上，大多数玻璃加工厂的设备稼动率偏低，而且受季节需求和订单进度的影响，其生产均衡性较差，经常呈现“浪涌现象”，用电量波动也较大，所以，装机容量常常冗余，企业承担的力率调节费也比较高。

 

6.8.2一体化生产模式恰恰可以体现能源综合利用的优势，我们可以将浮法玻璃生产用电与加工玻璃用电统筹一起来考虑，从而获得较低的投资成本和用电成本。

 

6.8.3不仅是用电，包括用水和用气，通过综合统筹，一体化生产模式都能获得更低的生产成本和更优化的资源配置。

 

6.9玻璃加工订单的集中度提高，有助于连续式钢化炉生产，从而提高生产效率和产品质量，降低单位产品能耗

 

6.9.1既有模式下，国内大多数玻璃加工厂很难组织起足够的、连续的、批量的钢化玻璃订单来通过连续式钢化炉进行生产。

 

6.9.2但是，一体化生产模式就拥有得天独厚的优势了。一个是原片来源得到充分保证，而且可以快速转运、上片、加工和切换；其二是产品的综合成本低，显著的成本优势带来强劲的市场竞争能力，从而可以获得更高的订单集中度；智能化生产系统和管理技术完美支持批量订单或大规模定制化订单的生产和交付。从而支撑企业采用连续式钢化炉生产钢化玻璃产品。

 

6.10一体化模式可以利用智能化生产系统和设备，实现全流程智能化无人生产，有效降低劳动力成本、排除人员操作的波动性、实现准时化生产

 

6.10.1既有模式下，玻璃加工厂主要依靠设备商对于加工设备的智能化配置水平来实现单机或单工序局部的智能化技术应用，以提高生产效率、提高加工工艺稳定性和产品质量的稳定水平、降低生产员工的劳动强度、减少劳动力配置、降低生产管理者管理工作的复杂程度。比如带有自动取片和掰边装置的玻璃切割机、带有尺寸识别和自动开合功能的玻璃双边磨、带有自动排片和智能工艺选择功能的玻璃钢化炉、带有自动上片和尺寸测量功能的中空线等等。也有个别玻璃深加工企业借助国产设备商的智能化仓储技术、玻璃识别技术、自动化传输与分片技术、自动上下片技术、智能理片技术进行生产系统的升级或再造。但是这些改造和升级多数是关注局部效率而忽视整体效率，多使用自动化技术而非智能化系统，多计算人工成本而忽视综合成本，再加上国内设备商在智能生产模式的管理技术上缺少系统化的知识和实践，因此至今尚未在智能化生产系统的建设方面取得实质性突破。

 

6.10.2一体化生产模式下，可以构建全流程无人智能生产的系统环境和硬件装备，同时可以在门窗ERP软件和MES系统、玻璃加工ERP软件和MES系统之间的数据和信息交互、协同计划和协同作业，为供应链协同作业与管理提供更多可能的解决方案。

 

6.11可按订单分片、排序和落架，实现玻璃加工的大规模定制

 

6.11.1传统玻璃加工生产模式呈现典型的批量移动的间歇式生产的特点，尽管近几年国内也有很多企业尝试用ERP的管理思路解决大规模定制所带来的生产组织、流转和管理的麻烦，但是始终未能突破过程实时动态控制及运行管理逻辑的难题。

 

6.11.2而一体化生产模式较好地解决了这些问题，它不依赖于操作人员对于生产过程的干预而实现全流程无人智能运行。可实现按照订单要求进行过程中的分片、排序、同步匹配、按次序落架等技术和管理要求。为零散订单和大规模定制化订单的生产和交付奠定了坚实的技术基础。

 

6.12拓宽了客户范围，使浮法玻璃生产厂不仅可以为玻璃加工厂服务，也可以为有效运输半径内的门窗加工厂服务，通过一体化智能生产模式，真正为浮法玻璃生产企业建立了创新发展的第二曲线，打开新的业务增长空间。这不仅是生产技术和管理技术的创新，更是营销战略的创新和商业模式的创新。

 

综上所述，浮法玻璃生产加工一体化智能生产开创了玻璃生产和加工的全新工业化模式，为浮法玻璃生产企业实施纵向一体化战略提供了技术基础，为玻璃行业的产业结构向高质量、高效率、低成本和敏捷服务转型提供了新的思路和实现路径，为玻璃企业的集约化经营、精细化管理和智能化生产提供了全新的解决方案。

 

在此，笔者还要诚挚地感谢中国建筑玻璃与工业玻璃协会赵占庶先生对本文前言的审改以及对“浮法玻璃生产加工一体化”定名的贡献。

来源：李赛克