科技日报记者金凤
编者按近日，国家标准化管理委员会、工业和信息化部发布第二批智能制造标准应用试点项目名单，建材行业智能制造标准应用试点等76个项目入选。今起本报推出“微观‘中国智造’”系列报道，聚焦试点单位在智能制造领域的有益探索，以小见大展现中国制造业向高端化、智能化、绿色化转型的鲜活实践和生动图景。
陶瓷是在泥与火的交融中演绎东方美学的传统材料，而在现代工业的淬炼“雕琢”下，它可以摇身一变，成为生物发酵、药物提取、水处理与资源化利用等行业的“灵魂”——陶瓷膜。
陶瓷膜是一种精密陶瓷过滤材料，可用于解决资源、能源、环境等领域的瓶颈问题。5月28日，记者走进江苏久吾高科技股份有限公司（以下简称“久吾高科”）桥林厂区高度智能化陶瓷膜工厂，只见一根根陶瓷膜在工业机器人的抓取、传递中逐渐成型；一台台自动搬运车（AGV）穿梭在检测车间和窑炉之间，与机械臂配合，为“新鲜出炉”的陶瓷膜“体检”；在后台的制造执行系统（MES）中，每一根陶瓷膜从成型到出厂的“轨迹”都能被追溯。
近日，工信部公布第二批智能制造标准应用试点项目名单，久吾高科牵头打造的“高度智能化陶瓷膜工厂建设标准应用试点”位列其中。
机器“巧手”融入传统经验
久吾高科生产的陶瓷膜主要由氧化铝构成，在每根长约1.2米、直径约3厘米的圆柱形膜上，贯穿着密密麻麻的小孔。通道内壁一次或多次涂敷不同厚度、粒度的氧化铝、氧化钛、氧化锆等无机材料后，将形成一层层过滤膜。
“当待处理的溶液被输送进陶瓷膜后，液体中的小分子会沿着小孔内膜层的垂直方向朝外渗透，液体中的大颗粒会被膜截留下来，从而实现液体的分离、纯化、浓缩。”常冬杰介绍，根据应用场景的需要，通道内的膜层分离精度分为微米级、纳米级等不同规格。
陶瓷膜产业涉及材料科学、分离工程及相关下游应用领域的众多前沿技术。随着市场需求持续增长和环保要求的提高，企业亟须对传统生产模式进行智能化改造、提升产品竞争力。
“2017年我们启动建立智能生产线，但当时国内并没有陶瓷膜智能制造经验，为了把老工人的生产经验和智能制造相融合，我们和设计商一起，将传统工艺融入智能化装备，先后制定了几十版方案。”常冬杰举例说，陶瓷膜在传统挤出成型时，原来靠人工牵引坯体，产品质量依靠师傅的操作经验；如果操作欠妥，在切割时会导致陶瓷膜变形，表面还可能出现凹凸不平等情况。
后来，久吾高科与技术供应商合作，用机器人识别工人的动作，再提取重要工艺参数，将关键动作指令植入机器人，同时设计生产线，用机器人进行陶瓷膜的自动切割、牵引、翻滚，提高了生产质量和效率。
技术供应商相关负责人介绍，为确保陶瓷膜挤出成型的一致性，公司设计了机器人夹具来模拟人手的动作，并让夹具的移动时间与挤出机的挤出速度保持同步。为了减少牵引过程中重力对陶瓷膜形状的影响，公司还在承托的“气托”上设计了一层“气膜”，让陶瓷膜能悬浮在气托上。在陶瓷膜成型下线时，公司又通过对机器人的程序和电机进行控制，避免陶瓷膜跌落或者人为触碰带来的变形。
“高度智能化陶瓷膜工厂建成后，订单准时交付率提高至99%，生产效率提升100%，设备综合利用率从80%提升至85%，单位产品能耗降低了20%。”久吾高科陶瓷膜生产部副经理常冬杰告诉科技日报记者，借助人工智能等技术，工厂进行数字化改造、智能化升级，实现产能翻番，产品远销韩国、印度、俄罗斯、哈萨克斯坦等40多个国家和地区。
智能“烤验”实现华丽蜕变
陶瓷制品须经过一番火的淬炼方能“成器”。
在高度智能化陶瓷膜工厂尽头，6排52米长的高温窑炉并列排开。橙红色的火焰跳动，等待一场华丽蜕变。窑炉旁，成型后的陶瓷膜坯体被AGV运载到这里，等待进入窑炉接受“烤验”。
“从成型车间到高温窑炉区大约有100米，陶瓷膜在尚未定型、结构强度不够时，要减少在环境中的暴露时间，否则膜会膨胀或收缩，影响产品性能，这对物流运送时间提出了很高的要求。”前述技术供应商相关负责人介绍，为了掌握配送时间，该公司规划了AGV的行驶路线，确保陶瓷膜能在适宜的时间抵达高温窑炉区。
烧制是决定陶瓷膜性能的关键环节之一。陶瓷膜要经过5至7天的烧制，如果烧制时间过短，则陶瓷膜的强度不够，就容易掰断；如果烧制时间过长，陶瓷膜的孔径会更加致密，影响过滤效率和液体通量。
“现在通过智能设备，可以控制窑车进出窑炉的速度，从而确保烧制质量。”常冬杰说。
高温烧制成型的陶瓷膜支撑体，再经过一次次涂上膜层，低温烧制后，才终于初步定型，但它们还要走完最后一程——出厂前的质量检测。
在质量检测环节，一辆辆AGV载着陶瓷膜行驶到检测池前停下，协作机器人的机械臂依次夹取陶瓷膜浸入水中。如果有气泡低于设定压力渗出，意味着这根膜质量不合格。这时，站立在一旁手持平板电脑的工人，手指一滑，残次品便被机械臂吊取放到固定的报废区域。
“借助AGV和机械臂，我们可以实现陶瓷膜的自动检测、产能翻番，并降低工人劳动强度。”常冬杰说。
智慧“大脑”记录“生命信息”
对一根陶瓷膜来说，它经受的每一次“淬炼”，在智能工厂里都有迹可循。
“每根陶瓷膜的外壁上，都有一个激光雕刻的编码和二维码，这相当于陶瓷膜的身份证。”常冬杰指着一根刚刚下线的陶瓷膜说，生产过程中扫描二维码，就可以定位到陶瓷膜从原材料到成品的全流程，查看其生产过程中的工艺条件、设备状态和操作人员信息等关键参数。
抬眼向车间高处望去，窑炉内有多少根陶瓷膜在烧制、已经检测了多少根、不合格率多高，都一目了然。
更值得关注的是，生产流程的所有信息，都被MES悉数掌控。它就像精准调度生产信息的智慧“大脑”。在MES中，记者看到，工业排产、物流配送、质量追溯和改进、产品运营、智能运维等数据都被悉数收入。
常冬杰点开检测页面，最新一批陶瓷膜的水压、泡压、膜面积、水通量等数据清晰可见。“我们在成型设备、AGV、窑炉中安装了许多传感器。如果某批次陶瓷膜产品出现质量异常，可以通过MES迅速查询到该批次产品的历史生产数据，包括原材料供应商、生产设备运行状态以及工艺参数等。通过分析这些数据，就发现问题的根源，从而及时调整供应链并优化生产工艺，避免了类似问题的再次发生。”常冬杰说。
以数字化赋能工业生产，以智慧化提升产品质量，让久吾高科收获了更低的生产成本、更高的生产效率。常冬杰介绍，如今，公司每年可降低人工成本约100万元，设备故障率降低50%，设备维护成本降低25%。同时，公司产品研发周期缩短50%，设计效率提升30%，产品不良率下降8%，质量追溯时间从原来的数小时缩短至几分钟，追溯准确率超99%。
“我们希望通过高度智能化陶瓷膜工厂的互联互通和数字化精细管理，推动陶瓷膜行业的技术进步。”常冬杰说。
