加快推進建材行業智能制造的探討

吳煥良

【摘要】水泥生產智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術，貫穿于設計、生產、管理、服務等活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行等功能的新型生產方式，協調智能裝備、智能生產、智能管理、智能物流、優化控制等組成部分，實現水泥生產運營全流程的智能制造。

【關鍵詞】建材行業;水泥;智能制造

水泥是典型的傳統行業，也是極為典型的流程工業，生產模式與鋼鐵、化工非常相似。目前，水泥智能制造行業存在諸多挑戰，比如：單體智能設備尚未普及，成系統的智能設備集群基本沒有組建，大多數水泥生產廠商尚處在自動化+人工參與階段。

1、智能生產平臺

該平臺下含數字化礦山智能管理系統、專家優化控制系統、智能質量控制系統和清潔包裝發運四大系統。突出“以簡為智、以優為智”的特點，在行業率先實現“一鍵輸入、全程智控”的生產模式，即只需在自動化驗配料系統中輸入熟料或水泥的品質預控目標，系統則自動根據原燃材料信息完成生產配料;據此向數字化礦山智能管理系統下達開采和配礦指令;專家優化控制系統則按照配料參數和品質要求在節能穩產模式下自動引導生產。進入智能生產閉環后，開采的礦石品位和終端產品的質量數據則又會由系統自動實時采集分析，用以不斷優化生產方案，使產品品質、能源消耗等控制目標不斷逼近預設的最優參數，最終實現降低人員勞動強度、提高產品品質和降低資源能源消耗的運營目標。與此相對應地，以前的模式是人工經驗調度，生產組織滯后，質量波動較大，資源利用率低。協同智能生產平臺通過系統建設礦山的三維建模，對礦山的品類實現了采礦在線分析、放車調度優化管理，改變了礦山傳統的開采模式，有效地提高了資源利用率和生產效率。還開發了專家自動操作系統。水泥工業是典型的流程工業，整個的生產系統是由操作員進行操作，存在的主要問題是人工操作水平不足容易影響產品指標的提高。另外，操作人員換班容易帶來工況及質量波動。隨著水泥生產的精細化，測控信號不斷增多，人工操作難度越來越大。由于缺乏過程質量數據的實時協同，人工操作偏向保守，不利于生產線指標的優化。針對這些問題，還按照生產線專家操作經驗、過程機理知識和生產數據分析建立模型，在DCS系統、數字化礦山管理系統和智能質量控制系統的協同下，以最優調節方式來代替之前的傳統操作方式。對質量控制系統，以前的方式是采用人工方式取樣、送樣、制樣和產品配比計算，存在化驗室人員工作勞動強度大，取樣隨機性較大，樣品代表性不強，檢驗和配比數據以人工方式通知中控操作員進行操作調整，質量控制的時效性不強等問題。針對這些問題，智能控制系統之質量控制系統將材料在線檢測、過程產品自動取樣檢測等融為一體，全面覆蓋公司生產用原料和產品，將檢測結果匯集到智能質量控制系統中，實現了堆場可視化、數據化，人員勞動強度下降24%，化驗頻次提高50%。

2、智慧管理平臺

該平臺包含生產制造執行系統和營銷物流管理系統，旨在利用工業和商業信息化的深度融合，推動工廠的卓越運營。通過制造執行系統，實現了各大工業智能系統的全面融合，建成以產品生產為主線，貫穿生產調度、物資、能源、設備、質量、安全環保、統計等環節的生產全過程管理平臺，實現整個制造過程信息化、可視化、無紙化和智慧化，使企業始終以最經濟、最穩定的方式生產運營。營銷物流管理系統將互聯網銷售、工廠智能發運和水泥運輸在線監管全面融合，實現工廠訂單處理、產品發運、貨物流向監控等業務流程無人化和數據應用智能化，提升服務質量與效率、互動參與度以及便捷性，提供更為方便、快捷的服務，實現公司營銷、管理模式的創新和升級。

3、應用實例

為了驗證工業大數據與制造業的結合應用，選擇在多家水泥企業運行管理中進行了探索實踐。多家水泥企業分布在各個地域，為了實現對國外現場的集中管理，在國內總部也部署一套系統。總部的系統和工廠本地的系統進行雙向的數據同步，本地系統實時監測總部系統數據庫的變化并采用“拉”的方式同步用戶、權限、系統配置等公共數據，同時通過實時分析本地數據庫日志將本地業務數據采用“推”的方式同步到總部數據庫。

3.1數據采集及數據存儲

OPC數據采集客戶端：在海外工廠部署分布式控制系統（DCS）通過其OPC接口將現場所有設備的運行參數（溫度、壓力、壓差等）以及設備的維護記錄等一系列結構化的數據經專網傳輸至實時數據庫集群中。

3.2數據應用與分析。

設備運行狀態、工藝參數、故障數據實時采集并傳輸，基于大數據分析，逐步實現設備預防性維護與產品良率穩定提升，確保資源充足供給。

工業大數據平臺整體采用成熟的 Hadoop 分布式架構，在核心數據中心以外采用邊緣計算方式，初步進行分析和處理，經分析后的數據再通過全球鏈路，傳輸至核心機房。不同節點構成較好的設備系統，同時在數據安全方面有較好的分層加密應用。平臺通過分布式運算架構，實現海量數據在線和離線的深度挖掘分析;通過大數據引擎，對數據進行流式處理，實現數據分析的時效性;通過大數據可視化平臺，各層級管理人員能夠及時發現隨機或異常信息，進行及時決策和不斷改進;通過統一的大數據可視化系統，各個層級管理人員能夠快速直觀了解到生產現場的全部信息，包括：設備的電量、開關狀態、電機轉速等運行狀態，當前的生產數據，如原料消耗、生料產量、熟料產量、產品產量、能耗數據、環境監測數據等，以及當日的統計數據，如設備運行時間、設備臺時、電量消耗、綜合能耗等。一旦出現異常，及時采取相應措施，確保生產順利進行。同時從中也能夠發現需要不斷革新改善的項目，達到舊價值改善、新價值開發的創新管理模式。

結語：

目前，國家水泥生產線自動化技術已經取得了長足的技術進步，但是，在該設備生產領域的競爭力和技術水平與發達國家的先進技術比還有很大差距，需要不斷提升水泥生產線設備自動化程度，積極引入新型自動化技術，打開水泥自動化生產新局面。

參考文獻：

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