浮法玻璃生產加工一體化智能生產模式初探

 

2016年以來，我國玻璃行業供給側結構性改革取得了一定的成果。2018年平板玻璃產量8.68億重量箱，行業利潤116億元，實現了近年來的最好水平。進入2019年，在房地產穩中調控、汽車行業周期性調整、光伏產業不確定性增加的大背景下，我國平板玻璃總體產能過剩仍是較突出的問題。需求減少，利潤下降，企業面臨的經營形勢依舊嚴峻。如何能夠走出結構性改革的膠著期、實現高質量發展呢？正如張佰恒會長指出的，“對玻璃行業來說，高質量發展既是解決當前問題和矛盾的必由之路，也是轉型升級、持續發展的目標。……是生產要素投入少、資源配置效率高、資源環境成本低、經濟社會效益好的發展……”。玻璃企業應該努力從產品上創新，從技術上創新，從模式上創新，從管理上創新，用創新思維對傳統制造業進行效率和效益的升級和再造。

 

本文的重點在于從浮法玻璃產業鏈的價值重構的角度，結合智能化生產技術和管理技術，以市場需求的結構性變化為契機，探討浮法玻璃生產加工一體化的智能生產模式的必要性和可能性，以實現高效率、低成本、高柔性、高效益的集約化生產體系，為開拓浮法玻璃生產經營的創新模式提供新的思路。

 

審視既有的浮法玻璃產業鏈，作為典型的傳統制造行業，浮法玻璃企業一直扮演著基礎材料生產商的角色。從其發展歷程來看先后經歷了四個階段，第一階段是高投資和高技術門檻的國企壟斷階段，第二階段是技術成熟、投資成本下降、民營資本快速進入的發展階段，第三階段是規模快速擴張、群雄逐鹿階段，第四階段是產能過剩、供需矛盾結構性分化階段。但是，不論在哪個階段，浮法玻璃企業都未曾改變過其在產業鏈中的角色，隨著市場供需關系的變化，浮法玻璃企業在產業鏈中的地位卻在發生著變化，同質化、低水平的競爭導致其在價值鏈中的價值占比逐步走低。我們用SIPOC模型來簡單分析一下既有浮法玻璃產業鏈的價值鏈活動：

 

在上述SIPOC的價值鏈活動中，我們可以清楚地看到，浮法玻璃產品單一，屬標準化基礎材料，附加值比較低。因此，只能依靠降低自身的生產成本來尋求價值空間。另外，寄希望于季節性供需關系和周期性供需變化所帶來的整體性增值機會。隨著產能過剩越來越顯著，供需關系所帶來增值機會的不確定性也越來越強，因此，企業的競爭逐漸聚焦在產品的增值空間上。

 

浮法玻璃企業如何能夠提高自身在價值鏈活動中的價值占比呢？筆者認為，應該有三個途徑，第一，就是在既有價值鏈中，努力降低過程輸入（I）的成本和加工過程（P）的成本，從而提高產品本身的增值空間；第二，就是在既有的價值鏈中，提高輸出（O）產品的質量和性能，從而提高客戶對產品和服務的價值感知；第三，就是提高產品的深加工程度，增加產品附加值，從而滿足更廣泛的客戶需求。這三個途徑要求浮法玻璃企業應重新定位其在價值鏈中的角色，不僅作為基礎材料的生產商，同時也在一定程度上兼具功能材料的加工商的角色，為此，需要對既有價值鏈進行重構，而重構價值鏈的前提是尋找到恰當的市場需求和客戶群體。

 

近幾年，隨著房地產行業的穩中調控，房屋新開工面積和竣工面積均呈現不同程度的下降，尤其是公共建筑項目的需求量降幅更加明顯。為應對市場形勢的變化，房地產開發商也及時調整經營戰略，朝著高質量、高效率、低成本、高適應性的發展方向轉變。在后向供應商合作策略上，主張戰略合作、集中采購，對與其合作的門窗加工廠和玻璃加工廠的規模和水平有了更高的要求，采購訂單的集中度越來越高。在追求高質量和準時交貨的同時，希望供應商有能力大幅度降低產品成本。而傳統產業鏈中的門窗加工廠和玻璃加工廠，已經努力將原材料成本和自身的運營成本降到底線，利潤微薄，若想持續降本，只能從整個產業鏈的視角，挖掘降本增利的空間。個別房地產開發商已經著手進行后向一體化整合，嘗試自建門窗加工廠和玻璃加工廠。

 

除工程類門窗之外，近幾年，由于人民生活水平的逐步提高，消費者對于新購房屋和既有房屋的門窗個性化改造的需求快速增長。原來路邊門窗店的產品和服務水平，已經遠遠不能滿足消費者的需求。隨著國外先進的系統門窗技術和生產服務體系的引入，以及國內部分有規模和實力的門窗企業的加入，國內家裝零售門窗無論從產品種類、產品質量、生產和服務規模、分銷渠道和服務體系等多方面都得到了指數級迅猛的發展，從而使門窗市場需求發生了結構性變化。同時，為了彌補玻璃加工廠在零售門窗玻璃生產和供應方面的短板，已有部分大型門窗加工廠自建了中空玻璃加工車間，通過外購鋼化玻璃來滿足定制化訂單的需求。

 

上述兩個變化，分別從兩個方向對玻璃生產和加工企業提出了新的要求，一個方向是優化整體產業鏈的結構和效率，以獲得高質量、高產能、高效率、低成本的工程類門窗玻璃產品和供應體系；另一個方向是再造工業流程，以獲得高質量、高效率、高柔性、成本適中的定制化門窗玻璃產品和適應大規模定制的生產供應體系。

 

若想達到上述要求，既有的玻璃加工廠是無法實現的，因為這不僅需要有原料優勢、規模優勢和成本優勢，還需要借助智能化技術建立應對大規模定制的生產體系，同時，還要有能力在既有產業鏈中進行價值鏈重構。所以，只有浮法玻璃企業具備這一優勢。浮法玻璃企業可以通過向玻璃深加工的前向延伸來實現這個整合。

 

本文所談及的浮法玻璃產業鏈延伸，是站在縱向一體化戰略思維的角度，使浮法玻璃生產、玻璃深加工和門窗加工這三個具有緊密關聯的上下游產業通過智能化管理技術和智能化生產技術重新整合成新的產業價值鏈。以門窗加工的訂單需求為價值鏈的需求拉動端，在共享的信息化平臺上，完成門窗用浮法玻璃原片的規模化生產和門窗用定尺玻璃的批量加工或大規模定制加工，最大程度地提高價值鏈傳遞效率、減少非增值的環節和活動、降低價值鏈的整體運營成本。

 

目前門窗用玻璃產業的價值鏈由浮法玻璃生產企業、玻璃加工企業和門窗加工企業這三類不同流程特點的企業構成，業務環節多，企業運營獨立性強，業務響應度差，物流成本高，生產成本高，庫存水平高，不能實現準時化生產，無法建立高效的供應鏈體系。只有通過智能化生產技術和管理技術的有機組合，才能跨越三類不同生產流程，建立高效率、高柔性、低成本并存的全新生產流程，實現浮法玻璃企業的前向一體化策略。

 

所幸的是，近幾年，智能生產技術在工業4.0的大背景下得到了突飛猛進的發展，在玻璃生產和加工以及門窗加工的產業鏈中，其智能化技術已經具備了完善的技術基礎和應用基礎，各項傳感技術、識別技術、數據傳輸與處理技術、智能機械與裝備、ERP軟件系統、MES生產執行系統、物流過程控制技術、機器人技術等等，都為我們智能化應用提供了技術保障。前些年引進的智能化玻璃深加工系統經過近10年的運行，為我們提供了可靠的實踐經驗和教訓。現在我們要做的，就是利用這些智能化技術和與之相配套的生產管理技術，將產業鏈的業務流程進行重構，以尋求更有效、更快捷、更低成本的新的流程模式。

 

基于上述分析，筆者提出了浮法玻璃產業鏈重構的一種思路----浮法玻璃生產加工一體化。

 

所謂一體化，指的是浮法玻璃生產線產出的部分浮法玻璃直接在線分片給同場地接續或并行安裝的玻璃深加工系統，按客戶訂單進行切割、磨邊、清洗和鋼化加工，制成鋼化玻璃產品，銷售給客戶(玻璃加工廠和門窗加工廠)的生產模式。

5.1一體化智能生產模式的基本構成

 

一體化智能生產模式（IMP of FG）是基于智能化生產系統，將浮法玻璃的原片堆垛、倉儲、傳輸、轉運、切割、剔次、磨邊、清洗、鋼化、排序、分片等功能高度集成于一套生產執行系統（MES）下的智能生產體系。其基本構成如下：

 

既有浮法玻璃生產線+分片傳輸系統+智能倉儲系統+智能切割系統(可附帶剔除缺陷功能)+自動磨邊清洗+智能鋼化爐排片系統+鋼化設備+智能鋼化成品分片系統

5.2一體化智能生產模式的運行原理

 

5.2.1首先，我們可以通過分布式ERP系統的理念和實時動態數據傳送與應用，將浮法玻璃生產企業的ERP系統、玻璃加工企業的ERP系統和門窗企業的ERP系統有效貫穿起來，完成需求信息、計劃信息、生產信息、質量信息、物流信息的共享；同時，我們可以在玻璃加工系統實現ERP系統與MES系統的數據實時交互，這就有效地解決了ERP系統只能進行事后批量完工統計，而不能反映實時加工過程數據的問題，對生產過程效率管控、訂單的符合性與完整性控制、訂單的柔性切換、質量返修與返工的管理等提供了有效的管控方法和手段。

 

5.2.2當門窗企業將客戶訂單輸入ERP系統后，會直接轉化出BOM清單，其中包括對玻璃的種類、規格、數量、安裝位置等要求，該BOM清單可與玻璃加工的ERP系統和MES系統共享，當BOM清單轉化為玻璃訂單并經供需雙方確認之后，玻璃加工系統的MES系統就將按照ERP系統的主生產計劃和作業計劃進行相應的加工，同時，MES系統也將對浮法玻璃備用庫中的數據進行檢索，并可以向浮法玻璃生產線提交需求數據。

 

5.2.3我們可在浮法玻璃生產線冷端堆垛前設置分片傳輸系統，將需要分給加工系統的浮法玻璃分離傳送。這些浮法玻璃的尺寸和品種的數據既可以由浮法玻璃生產線的作業管理系統（ERP或MES）自動傳送給加工系統的MES系統，也可以在分片傳輸系統中加入尺寸測量設備，自動檢測浮法玻璃的外形尺寸。這些浮法玻璃可以直接傳入加工系統進行加工，也可以按規格分類，暫時落架作為備用庫存。

 

5.2.4加工系統的客戶訂單被輸入到ERP系統中，由計劃部門根據客戶交貨計劃制定主生產計劃和作業計劃。當作業計劃數據被導入生產執行系統（MES）之后，MES系統會自動生成切割排版優化方案，切割機會自動調用相應規格的浮法玻璃原片，由智能倉儲或自動上片系統輸送給玻璃切割機進行自動切割。MES系統還具有動態切割排版優化的功能，不僅可以實現多訂單混排、多客戶混排，而且還能高效處理補單和插單，并將其納入混排優化方案中。

 

5.2.5若有必要，浮法玻璃和玻璃加工系統還可以安裝或啟用質量缺陷檢測裝置，對全線的玻璃質量進行檢測和分類。利用智能切割系統的智能剔除缺陷功能，還可以將浮法玻璃原片上的內部缺陷剔除，并與切割的邊角料隔離存放，既可以避免因玻璃內部缺陷而使鋼化玻璃存在自爆的隱患，還能有效避免這些雜質作為熟料再次混入浮法玻璃原料中。

 

5.2.6玻璃切割之后，可選擇人工掰片或者自動掰片兩種作業模式，經自動分片系統傳輸分配給兩套磨邊機組。切割加工的半成品數據可以作為磨邊加工的作業指導電子看板來呈現，也可以驅動磨邊設備的作業。磨邊機組可選擇自動倒棱機（針對于門窗用薄玻璃），也可以選擇自動四邊磨邊機。如果需要精磨邊的產品，還可以選配一套高速雙邊磨機組。需要注意的是，在訂單混排模式下，磨邊工序容易成為整個生產系統的瓶頸工序，所以在磨邊機的選型和產能規劃方面，應嚴格按照產品定位和加工要求的特點來選型和規劃，以確保該工序在產能匹配和技術要求方面滿足加工的要求。如果有必要，也可以在切割機與磨邊機之間選配智能緩沖倉儲系統（BUFFER），以增強磨邊工序的加工效率。

 

5.2.7磨邊機組出片端接續配置一套智能緩沖倉儲系統（BUFFER），其作用是調整供給鋼化工序的玻璃次序。MES系統可以根據BUFFER系統中的緩沖庫存數據，對鋼化爐上片排布方案進行優化，既保證較高的得爐率，又能兼顧鋼化玻璃的質量。在MES系統的驅動下，通過自動上片系統，完成鋼化爐的上片，并保證鋼化爐的生產節拍。

 

5.2.8鋼化加工好的成品玻璃，通過智能輔助識別技術，確認尺寸信息之后，被輸送到鋼化工序后的智能緩沖倉儲系統（BUFFER）中，通過這個BUFFER的智能排序、理片，實現按客戶、按訂單、按分架、按次序落架的功能。

 

5.2.9 MES系統可以將落架的玻璃成品通過AGV智能小車按照ERP系統的倉儲指令或發貨指令送到指定存儲區域的指定位置，為實現智能物流奠定基礎。

 

5.2.10在加工過程中，智能系統或人工所發現的不合格品或玻璃毀損，可以通過自動計入和手工輸入兩種方式計入玻璃補片系統，MES系統會自動將其作為補片訂單（可設置人工確認）進入切割混排優化序列當中。同時，補片訂單也可以被定義成更高優先級優先進行切割優化和加工。

 

與既有的傳統生產模式相比，一體化智能生產模式的優點在于：

 

6.1提高浮法玻璃的直接加工率

 

6.1.1浮法玻璃的生產加工一體化，使浮法玻璃快速轉化成加工制品，其效率和成本優勢對于下游客戶具有很強的吸引力，市場會越來越關注并需求這種價值讓渡。

 

6.1.2依照玻璃行業智能化生產技術領先者奧地利李賽克公司的水平，其智能化全自動生產系統的效率可以實現單線12秒/片（制品），雙線6秒/片（制品）的流程速度。我們以21.6小時/天來計（開機率90%），該系統（雙線）每天可生產12960片以上的制品，按每片制品的面積0.65平方米計算，保守估計該系統每天加工產量超過8400平方米。每年產量在300萬平方米以上。

 

6.1.3如果針對一條日熔化量800噸的浮法玻璃生產線而言，上述這個加工量可以達到浮法玻璃日產量的13%以上，大大提升了浮法玻璃的直接加工率，提高了產品附加值。

 

6.2節省了浮法玻璃的包裝

 

浮法玻璃的生產加工一體化，可以實現在線分片功能和自動上片功能，因此，占浮法玻璃生產總量的13%以上的玻璃將不再需要額外的包裝成本。

 

6.3去除了浮法玻璃原片運往玻璃深加工廠的運費

 

既有模式下，浮法玻璃向玻璃加工廠轉運需要花費大量的運輸和吊卸成本，約占售價的6—10%，而這部分成本在價值鏈中不產生任何對客戶有益的增值。在一體化模式下，這部分成本將被消除，可直接轉換成對客戶的價值讓渡。

 

6.4可以利用大版面浮法玻璃來提高玻璃的切裁率、降低庫存成本、提高生產效率

 

6.4.1既有傳統模式下，由于玻璃加工廠的加工條件制約和運輸道路條件的限制，多數加工廠不愿意采購和使用大版面的浮法玻璃，這也導致了玻璃加工廠的玻璃切裁率降低。

 

6.4.2為了彌補這一缺陷，加工廠一般采取增加庫存玻璃規格的方式來解決，客觀上導致庫存增大、庫存周轉率下降、資金占用較多、管理成本升高，還時常造成庫損。

 

6.4.3同時，由于使用原片規格較多，廠內吊運切換頻次增加，生產效率下降，生產成本增高。

 

6.4.4一體化模式下，應用大版面玻璃將不再成為難點，尤其是部分浮法玻璃生產企業可以生產3300*6000MM和3000*6000MM的規格。統一的大版面可實現切裁率的理想優化，減少版面切換和吊運，減少生產中斷，裁切工序的生產效率至少提高20%。

 

6.5可以利用訂單混排和智能分片技術進一步提高玻璃切裁率

 

6.5.1既有生產模式下，由于多數采用人工的方式來管理和調度生產現場的作業流轉，因此，只能選取一至三個訂單進行適度的組合來提高浮法玻璃原片的利用率，無法實現多訂單混單優化切割方案，這在客觀上影響了原片的切裁率，其成本也轉嫁給了客戶。

 

6.5.2一體化模式下，因為有智能分片技術和原片玻璃資源的支撐，我們可以在交貨期允許的條件下，實現多訂單混排優化，使玻璃利用率最大化，其節約的成本可直接為客戶帶來增值。

 

6.6玻璃邊角料可直接由浮法生產線回收，節省逆向物流費用

 

6.6.1既有模式下，浮法玻璃企業需要花費一定的成本從社會上回收玻璃余料作為生產的熟料，而這些余料多來自玻璃加工廠的切割余料，按照門窗玻璃通常的切裁率90—92%來估算，最少8%的浮法玻璃余料成本已計入加工廠的生產成本并轉嫁給了客戶。而余料回收的逆向物流所產生的費用又將計入浮法玻璃生產企業的生產成本再次轉嫁給了玻璃加工廠，產業鏈中這種成本的傳遞對客戶而言是不增值的。

 

6.6.2在一體化模式下，加工玻璃的余料直接在浮法玻璃生產廠內循環，其節省的綜合成本是相當可觀的，應該占浮法玻璃生產成本的5%左右。

 

6.7識別并剔除浮法玻璃缺陷，減少雜質對浮法玻璃質量的系統化影響

 

6.7.1既有模式下，浮法玻璃企業回收的玻璃余料，其質量參差不齊，雜質較多。這些帶有雜質的余料一旦被循環應用，則會直接影響浮法玻璃的質量，但目前浮法玻璃企業沒有更好的辦法解決這個問題。

 

6.7.2一體化生產模式提供了一個新的解決思路，我們可以利用識別技術在浮法玻璃冷端識別浮法原片的結石、氣泡等缺陷，并將其位置數據隨玻璃數據一起發給智能生產系統，系統可以在智能排版優化時將這些雜質和缺陷排除在有效面積之外，在切割玻璃時將這些缺陷剔除，并將帶有缺陷的余料單獨分離，確保不再被循環使用，從而從根本上杜絕了這個對玻璃質量產生系統性影響的造次因素。

 

6.8玻璃深加工所需要的水電氣可與浮法玻璃生產線的公用工程統籌規劃、綜合利用，以降低玻璃加工的成本

 

6.8.1既有模式下，玻璃加工廠為滿足鋼化爐、均質爐、夾層線、高壓釜、鍍膜線等耗電量較大的設備的電力需求，需要配備較大功率的變壓器，加工廠不得不為此負擔高額的基本容量費，但事實上，大多數玻璃加工廠的設備稼動率偏低，而且受季節需求和訂單進度的影響，其生產均衡性較差，經常呈現“浪涌現象”，用電量波動也較大，所以，裝機容量常常冗余，企業承擔的力率調節費也比較高。

 

6.8.2一體化生產模式恰恰可以體現能源綜合利用的優勢，我們可以將浮法玻璃生產用電與加工玻璃用電統籌一起來考慮，從而獲得較低的投資成本和用電成本。

 

6.8.3不僅是用電，包括用水和用氣，通過綜合統籌，一體化生產模式都能獲得更低的生產成本和更優化的資源配置。

 

6.9玻璃加工訂單的集中度提高，有助于連續式鋼化爐生產，從而提高生產效率和產品質量，降低單位產品能耗

 

6.9.1既有模式下，國內大多數玻璃加工廠很難組織起足夠的、連續的、批量的鋼化玻璃訂單來通過連續式鋼化爐進行生產。

 

6.9.2但是，一體化生產模式就擁有得天獨厚的優勢了。一個是原片來源得到充分保證，而且可以快速轉運、上片、加工和切換；其二是產品的綜合成本低，顯著的成本優勢帶來強勁的市場競爭能力，從而可以獲得更高的訂單集中度；智能化生產系統和管理技術完美支持批量訂單或大規模定制化訂單的生產和交付。從而支撐企業采用連續式鋼化爐生產鋼化玻璃產品。

 

6.10一體化模式可以利用智能化生產系統和設備，實現全流程智能化無人生產，有效降低勞動力成本、排除人員操作的波動性、實現準時化生產

 

6.10.1既有模式下，玻璃加工廠主要依靠設備商對于加工設備的智能化配置水平來實現單機或單工序局部的智能化技術應用，以提高生產效率、提高加工工藝穩定性和產品質量的穩定水平、降低生產員工的勞動強度、減少勞動力配置、降低生產管理者管理工作的復雜程度。比如帶有自動取片和掰邊裝置的玻璃切割機、帶有尺寸識別和自動開合功能的玻璃雙邊磨、帶有自動排片和智能工藝選擇功能的玻璃鋼化爐、帶有自動上片和尺寸測量功能的中空線等等。也有個別玻璃深加工企業借助國產設備商的智能化倉儲技術、玻璃識別技術、自動化傳輸與分片技術、自動上下片技術、智能理片技術進行生產系統的升級或再造。但是這些改造和升級多數是關注局部效率而忽視整體效率，多使用自動化技術而非智能化系統，多計算人工成本而忽視綜合成本，再加上國內設備商在智能生產模式的管理技術上缺少系統化的知識和實踐，因此至今尚未在智能化生產系統的建設方面取得實質性突破。

 

6.10.2一體化生產模式下，可以構建全流程無人智能生產的系統環境和硬件裝備，同時可以在門窗ERP軟件和MES系統、玻璃加工ERP軟件和MES系統之間的數據和信息交互、協同計劃和協同作業，為供應鏈協同作業與管理提供更多可能的解決方案。

 

6.11可按訂單分片、排序和落架，實現玻璃加工的大規模定制

 

6.11.1傳統玻璃加工生產模式呈現典型的批量移動的間歇式生產的特點，盡管近幾年國內也有很多企業嘗試用ERP的管理思路解決大規模定制所帶來的生產組織、流轉和管理的麻煩，但是始終未能突破過程實時動態控制及運行管理邏輯的難題。

 

6.11.2而一體化生產模式較好地解決了這些問題，它不依賴于操作人員對于生產過程的干預而實現全流程無人智能運行。可實現按照訂單要求進行過程中的分片、排序、同步匹配、按次序落架等技術和管理要求。為零散訂單和大規模定制化訂單的生產和交付奠定了堅實的技術基礎。

 

6.12拓寬了客戶范圍，使浮法玻璃生產廠不僅可以為玻璃加工廠服務，也可以為有效運輸半徑內的門窗加工廠服務，通過一體化智能生產模式，真正為浮法玻璃生產企業建立了創新發展的第二曲線，打開新的業務增長空間。這不僅是生產技術和管理技術的創新，更是營銷戰略的創新和商業模式的創新。

 

綜上所述，浮法玻璃生產加工一體化智能生產開創了玻璃生產和加工的全新工業化模式，為浮法玻璃生產企業實施縱向一體化戰略提供了技術基礎，為玻璃行業的產業結構向高質量、高效率、低成本和敏捷服務轉型提供了新的思路和實現路徑，為玻璃企業的集約化經營、精細化管理和智能化生產提供了全新的解決方案。

 

在此，筆者還要誠摯地感謝中國建筑玻璃與工業玻璃協會趙占庶先生對本文前言的審改以及對“浮法玻璃生產加工一體化”定名的貢獻。

來源：李賽克