一、案例简介

广州博依特智能信息科技有限公司（以下简称“博依特智能”）针对造纸企业节能减排、环保压力持续增大，原料成本高昂等关键共性痛点，围绕人工智能等新一代信息技术，以“工艺优化”为锚点，开发干燥部运行优化以及纸张质量预测等造纸行业“补短板”应用。同时，博依特智能还通过先行试点与推广应用相结合，探索了一条以低门槛为基础，以懂行人为牵引，以集群共性痛点为切入，以可预期收益为保障的务实转型路径，吸引集群内企业整体上平台，推动江门新会造纸集群从江门“制造”向江门“智造”转变。

二、具体举措

（一）江门新会造纸产业集群发展情况

江门造纸集群是亚洲最大的造纸产业集群之一，核心企业多在江门新会，形成了江门新会造纸产业集群。集群围绕广东银州湖纸业基地展开，汇集了维达纸业、中顺纸业、华泰纸业等国内外知名造纸企业。

2019年开始，博依特智能在江门市有关部门的支持下，基于自研的云桥工业互联网平台，持续打造江门新会造纸产业集群数据化运营管理系统平台，并不断通过人工智能等新一代信息技术与工业互联网技术相结合，在干燥部节能降耗、原料配方优化等方面打造成熟的数字化转型方案，为企业提供可带来直接经济效益的解决方案，促进企业转型升级绿色发展。

（二）江门新会造纸产业集群共性痛点

1．痛点一：节能减排、环保压力持续增大

在生产层面，造纸生产工艺一般耗能较高，产品单位产量电耗平均390 kW·h／t左右，产品单位产量综合能耗（标煤）400 kg／t左右，能源成本占生产成本比例达10%~14％。以维达集团为例，干燥过程能耗占造纸企业生产过程全部能耗的60%以上，是主要的耗能工序。除设备能耗管理水平较低的原因外，纸张的干燥工艺机理复杂、难以优化也是能耗高的一大原因。尤其是工艺涉及多设备、多装置之间的热量传递、热能的循环利用等复杂过程，各过程变量之间相互耦合、关系复杂，属于多变量、多目标运行优化问题，急需工艺AI等组件对干燥工艺进行优化处理。

2．痛点二：原料成本提高，企业利润降低

近年来，国家对进口废纸实施的严格管控和外国限制木浆出口的措施导致进口木浆价格不断攀升，企业成本上升，严重制约和影响造纸行业的健康持续发展。长短纤纸浆价格不同，如何在确保质量的情况下通过工艺AI等数字化组件优化长短纤配比等原料配方工艺，是有效降低企业生产成本的关键。

3．痛点三：排产调度难，人工经验判断易失误

由于造纸企业生产系统复杂，一线人员对复杂系统有限的驾驭能力成为制约技术进步和生产发展的瓶颈。虽然造纸过程自动程度高，但是集群内大多数造纸企业的设备和过程的操作运维等仍然十分依赖老师傅经验，尤其是和企业生产经营情况直接相关的订单完成率、及时率、产能浪费、原材料库存等关键指标，还是按照个人的经验进行排产和调度，这容易导致一线工人因工作量大出现判断失误错误。如果行业大数据和工业软件应用等手段能够通过工艺AI将各类工艺和经验进行沉淀并实现闭环优化，将能自动完成上述任务，从而在推进造纸过程的优化，拓展其中的效益空间。

（三）具体解决方案

针对上述痛点，博依特智能从江门新会造纸产业集群能耗高、生产成本高、排产调度难等痛点出发，基于人工智能技术，为江门新会造纸产业集群针对性开发包括干燥部优化算法、配方优化算法在内的工艺优化解决方案，并探索新式数字化转型路径，实现方案在产业集群中的快速推广，引领带动中小企业接入平台，逐步推进江门新会造纸产业集群整体数字化转型升级。

1．整体规划

如图1所示，造纸产业集群数字化转型，首先，将依托于博依特云桥工业互联网平台的SaaS应用服务能力，针对集群共性痛点，提供低门槛、高可靠、高回报的轻量化、低耦合的解决方案，吸引一批优质的造纸企业整体上云；其次，在造纸企业上云的基础上，通过平台分批将造纸产业中包括设备制造商、辅材生产商等上、下游连接起来，实现以客户订单拉动的全过程数据、业务集成，真正帮助江门新会造纸集群实现转型升级，提升整体竞争力。

图1  产业集群转型路径

在第一阶段，平台将牵引造纸集群企业上云，根据企业自身发展模式和发展战略针对性开发普适性解决方案，吸引集群内企业上平台，平台将逐步实现覆盖生产全过程和连接产业链上、下游的数字化网络化。

在第二阶段，将搭建企业工业软件和智能化微平台，形成覆盖整个集群，打通造纸产业链上、下游的工业互联网平台，从而实现生产、运营、产品、企业协同的闭环优化。

目前，江门新会造纸产业集群正处于从第一阶段向第二阶段的过渡过程中。平台目前已吸引数十家集群内企业接入，为下一步打通产业上、下游、加强集群内分工合作打下基础。

2．关键技术赋能解决方案

（1）节能降耗：干燥部运行优化解决方案

传统的生产过程中，干燥部参数的调节直接影响干燥能耗，现有的参数调节方法缺乏科学的计算作为指导，主要依靠操作工人经验，致使干燥部通常不是在最优的工况下运行。为解决这一问题，如图2所示，博依特智能基于人工智能技术，围绕纸页干燥动力学模型公式，采用Ridge（岭回归）算法，针对性开发造纸能源管理模型。该模型以降低吨纸干燥成本为目标，在满足纤维叩解度等生产工艺的约束条件下，输出最优工艺参数的设定，以达到节能降耗的效果。

图2  纸页干燥过程模拟模型建模技术路线

（2）原料优化：“长纤配比”优化解决方案

工厂采购的纸浆原料分为长纤维纸浆和短纤维纸浆，生产厂家一般会以不同的比例将两种纤维混合，进而生产不同品质的纸张。比起短纤维纸浆，长纤维纸浆每吨约贵800元。因此，在保证纸张质量合格的前提下，博依特智能针对性地开发“长纤配比”优化解决方案，通过将多盘垫层浆改为短纤，能够有效降低长纤用量，稳定长纤维浓度波动变化，降低生产成本。

（3）质量预测：质量软测量解决方案

大部分造纸企业仅能通过对成品纸张进行采样检测以评估整体产品质量，只能在生产质量出现问题后进行补救性质的工艺调整，容易因质量问题而造成浪费。为解决这一问题，博依特智能基于工业大数据的造纸产品质量物理指标在线预测技术，通过建立梯度回归决策树（GBRT）、随机森林（RF）、强化集成学习（AdaBoost）数据模型，实现造纸产品的抗张强度、松厚度、吸水性等指标在线预测，解决了检测时间滞后和生产过程中无法对所有原纸产品进行纸张关键物理指标检测的问题，可及时监控生产异常并调整和优化工艺，达到稳定产品质量、降低成纸不合格率的目的。

（4）最佳排产：计划排产推荐解决方案

如图3所示，为解决排产依赖人工经验、工作交接困难、排产计划耗时长、准确性低等问题，博依特智能围绕物料、设备、工艺及加工顺序等约束因素，针对完工时间、转产次数、物料损耗、能耗以及其他生产成本在内的优化目标开发计划排产推荐解决方案，有效缩短了计划排产时间，降低了生产成本。

图3  计划排产推荐解决方案建模思路

三、取得成效

（一）提高企业能源利用率，降低能耗

以集群内中小企业代表简彩纸业为例，接入平台并应用相关解决方案后，有效提升了年产量、能源利用率并降低能耗。年产量方面，2021年上半年系统上线前产量为18358.91万㎡，2022上半年系统上线后产量为19314.64万㎡，同比提升5.21%；能源利用率方面，2021上半年系统上线前产品单耗为0.01485吨标煤/平方米纸，2022年系统上线后产品单耗为0.01059吨标煤/平方米纸，同比下降28.687%，能源利用率提高；综合能源消费量方面，2021上半年系统上线前综合能源消耗量为1735.892tce，2022上半年系统上线后综合能源消耗量为1107.732tce，同比下降36.187%。

（二）降低原料成本，提高产品竞争力

以集群内龙头企业维达纸业为例，在应用“长纤配比”优化解决方案后，已有效降低长纤用量和生产成本。一是在垫层浆改为全短纤后，长纤浆料浓度、打浆度稳定，以超韧软轴（13 g）产品为例，长纤占比由35%下降至31.7%，长纤占比下降3.3%；二是在长纤维纸浆和短纤维纸浆每吨价格差价约为800元的情况下，按照超韧软轴（13 g）产品月产量约4500吨计算，解决方案能够实现每月成本下降71280元，即年降本费用约为85.54万元。

（三）实现质量实时软预测，填补行业技术空白

该解决方案和企业MES系统相结合，为纸机工艺操作参数的调节提供价值指导。截至目前，该解决方案运行稳定，全部6个指标模型的软测量可在1分钟内完成，运行速度满足生产需求，模型软测量精度良好。经应用企业实际采样检测和验证，在某纸种A的预测中，松厚度预测MRE为1.19%，平均柔软度MRE为3.93%。同时，在纸种B的预测中，解决方案吸水性预测MRE为0.59%，平均柔软度MRE为3.34%，结果满足实时的质检误差需求，可为监督和发现异常生产提供依据，为稳定质优化生产工艺，降低原料成本提供价值指导。

（四）优化排产，增强生产调控能力

在集群内某应用企业为期16天的实际验证中，通过应用计划排产优化解决方案，企业实现了成本节约4%，且智能优化算法排产出来的结果比人工排产缩短744分钟等效果。

（五）探索数字化转型新路径，降低数字化转型门槛

为进一步激发产业集群内企业接入平台的意愿，解决企业“不愿转、不会转、不敢转”的难题，博依特智能通过先行试点与推广应用相结合，探索了一条以低门槛为基础，以懂行人为牵引，以集群共性痛点为切入，以可预期收益为保障的务实转型路径。

1．以低门槛为基础

在研发过程中，博依特智能致力于开发轻量化、低耦合的产品，通过降低集群整体上平台门槛，提高接入平台企业数量，为实现平台真正“用好用活”打下基础。在现场实施和运维方面，平台运维将以远程运维为主，版本迭代优化平均周期为2周，无须企业自费升级，不干扰企业正常生产。

2．以懂行人牵引切入集群共性痛点

博依特科技以造纸行业懂行人为牵引，依托懂行人一线业务经验与知识积累，找准集群痛点的“最大公约数”，抓准能耗成本高等关键问题，规划了造纸行业整体数字化转型路径。为尽可能地为产业集群内企业提供服务，博依特智能在研发中只抓集群关键共性痛点问题进行针对性研发，从而吸引更多集群内企业上平台。

3．以可预期收益为保障

为消除企业顾虑，博依特智能从原材料成本、电费成本等看得见的成本进行切入，先通过轻量化的基于人工智能的各类降本解决方案，让企业切实感受到可量化的数字化转型收益，增强其数字化转型信心，之后进一步推广质量管理、设备管理等系统，让企业从降本到增效全流程感受数字化转型的成效。

4．先行试点与推广应用相结合

针对中小企业在数字化转型中数字化转型试错空间小、试错成本高昂的问题，博依特智能通过先行试点打样形成成熟数字化转型范例，再基于成熟路径为集群内中小企业开展推广应用的路径，显著降低了中小企业的转型风险。