淺談水泥行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向

尹軍 中國(guó)電信股份有限公司江西分公司 江西省南昌市 330000

0 前 言

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和5G萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)，以工業(yè)傳感、智能穿戴、視頻監(jiān)控、工業(yè)控制器等智能設(shè)備，構(gòu)建水泥全工藝環(huán)節(jié)DCS、質(zhì)量、物料、人員、環(huán)境等數(shù)據(jù)的泛在感知和控制網(wǎng)格；采用5G和NB-IOT等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建超低時(shí)延、超高帶寬、超大容量連接數(shù)的網(wǎng)絡(luò)體系，形成滿足水泥工藝全業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量要求的開放式數(shù)據(jù)通道，將生產(chǎn)、監(jiān)控、環(huán)境、操作和管理數(shù)據(jù)，匯聚到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、人、機(jī)、環(huán)境、質(zhì)量、能效、工藝流程等同時(shí)在線，并采用人工智能技術(shù)，將水泥行業(yè)一線資深技術(shù)專家的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)嵌入到水泥工業(yè)管理和控制全過程，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線智能輔助決策，具有重要的科學(xué)價(jià)值。通過智能傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器、數(shù)據(jù)的交互融合和無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)更加安全、精準(zhǔn)、高效的生產(chǎn)運(yùn)維管理模式成為水泥企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新方向。

1 水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求探索

針對(duì)水泥行業(yè)十大工藝流程：礦山開采、原料破碎、均化與儲(chǔ)存、原料配料、原料粉磨、生料均化、熟料燒成、熟料入庫(kù)、配料及粉磨、貯存發(fā)運(yùn)，打通企業(yè)數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流、管理流，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗、柔性生產(chǎn)提供可靠保證，實(shí)現(xiàn)水泥行業(yè)高效、智能、綠色、低碳、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求總結(jié)起來(lái)主要有以下四個(gè)方面：

（1）安全可控。可避免人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還可為企業(yè)控制生產(chǎn)過程中的污染物的排放及有毒氣體的釋放對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)低碳生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)的環(huán)境目標(biāo)提供有力的安全支撐。

（2）提質(zhì)增效。根據(jù)在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷智能服務(wù)平臺(tái)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、故障頻次、部件故障程度等設(shè)備運(yùn)行信息的實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)，可對(duì)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備及備件進(jìn)行真實(shí)有效的質(zhì)量評(píng)估，其不僅可方便企業(yè)選擇優(yōu)質(zhì)設(shè)備供應(yīng)商，還可為設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)、生產(chǎn)工藝提升、設(shè)計(jì)缺陷提供真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)企業(yè)提質(zhì)增效，帶動(dòng)行業(yè)綠色健康發(fā)展。

（3）節(jié)能降耗。生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行效能、效益、停產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)等信息直接或間接對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理起著輔助作用，通過在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可獲知生產(chǎn)效益變化趨勢(shì)，為企業(yè)制定月、季度、年的生產(chǎn)計(jì)劃提供有利的真實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，能有效避免產(chǎn)能過剩引起的資源浪費(fèi)及軟亂市場(chǎng)正常生態(tài)環(huán)境。

（4）促進(jìn)轉(zhuǎn)型。針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理存在信息孤島現(xiàn)象、過程數(shù)據(jù)/基礎(chǔ)數(shù)據(jù)控制不佳、經(jīng)濟(jì)成本控制不佳等現(xiàn)實(shí)情況，通過構(gòu)建5G定制網(wǎng)、在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷智能服務(wù)平臺(tái)，提供5G、NB-IOT、人工智能等先進(jìn)的技術(shù)，為企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的智能化、生產(chǎn)管理智能化、經(jīng)營(yíng)管理的智能化提供網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)及技術(shù)支撐，加快企業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 水泥行業(yè)5G技術(shù)方案及應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 5G+礦山質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻采集系統(tǒng)

使用5G+全景+人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)開采平臺(tái)質(zhì)量分析及進(jìn)廠搭配策略智能決策，實(shí)現(xiàn)礦山的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和礦山資源的充分高效利用。

2.2 5G+機(jī)器視覺識(shí)別在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用

為了解決工業(yè)領(lǐng)域的視覺識(shí)別問題，設(shè)計(jì)四類產(chǎn)品組件，每個(gè)產(chǎn)品都承擔(dān)著獨(dú)立的功能，相互間以微服務(wù)的方式進(jìn)行解耦，實(shí)現(xiàn)模型迭代訓(xùn)練業(yè)務(wù)的閉環(huán)。這樣的好處是產(chǎn)品架構(gòu)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施進(jìn)行部分調(diào)整，并且功能可做客制化開發(fā)，以及本地私有云部署。

（1）AI訓(xùn)練系統(tǒng)：提供模型的迭代訓(xùn)練計(jì)劃，內(nèi)置通用和定制化算法模型鏡像，提供算法模型的迭代訓(xùn)練和模型對(duì)比評(píng)估等應(yīng)用。

（2）AI推理系統(tǒng)：作為模型的在線部署和運(yùn)行系統(tǒng)，提供算法模型的微服務(wù)管理、在線部署服務(wù)、模型運(yùn)行監(jiān)控和資源調(diào)度管理。

（3）智能標(biāo)注系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)400路視頻流的一站式標(biāo)注處理，通過深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)預(yù)標(biāo)注，提供在線專家審核功能。

（4）工業(yè)線上應(yīng)用系統(tǒng)：實(shí)時(shí)在線模型調(diào)度平臺(tái)，同時(shí)提供與外部的智慧工廠平臺(tái)的集成服務(wù)。支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化查看、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表推送，可根據(jù)用戶需求定制報(bào)表推送服務(wù)，支持與企業(yè)ERP端口對(duì)接。

2.3 有限數(shù)據(jù)集和規(guī)則算法的混合模型設(shè)計(jì)

為解決水泥生產(chǎn)線能提供的有效數(shù)據(jù)集數(shù)量有限的問題，利用有限數(shù)據(jù)集訓(xùn)練出分類器，然后為每條記錄貼上標(biāo)簽，對(duì)其進(jìn)行分類，基于專家控制規(guī)則的分類任務(wù)也是如此。這樣一來(lái)，可將兩類算法統(tǒng)一管理，方便代碼部署和維護(hù)。

◎ 基于規(guī)則的分類器的分類質(zhì)量用覆蓋率(Coverage)和準(zhǔn)確率(Accuracy)來(lái)度量，二者的定義分別為覆蓋率：觸發(fā)了規(guī)則的記錄在數(shù)據(jù)集中所占的比例；準(zhǔn)確率：在觸發(fā)了規(guī)則的記錄中，分類正確的記錄所占比例；支持度和信任度分別滿足用戶給定閾值的規(guī)則。

◎ 關(guān)聯(lián)混合規(guī)則的過程分為兩個(gè)步驟：第一步通過迭代，檢索出事務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有頻繁項(xiàng)集，即支持度不低于用戶設(shè)定的閾值的項(xiàng)集；第二步利用頻繁項(xiàng)集構(gòu)造出滿足用戶最小信任度的規(guī)則。其中，挖掘或識(shí)別出所有頻繁項(xiàng)集是該算法的核心，占整個(gè)計(jì)算量的很大部分。

2.4 水泥綜合能效實(shí)時(shí)在線分析系統(tǒng)

在水泥全工藝流程，采用低時(shí)延、超高帶寬、超大容量連接數(shù)的網(wǎng)絡(luò)體系，將生產(chǎn)、監(jiān)控、環(huán)境、操作和管理數(shù)據(jù)，匯聚到云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)是企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、工藝參數(shù)、故障診斷 、流程優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。

2.5 基于AI智能算法的ECS專家控制與監(jiān)督系統(tǒng)

采用人工智能技術(shù)將水泥行業(yè)一線資深技術(shù)專家的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)嵌入到水泥工業(yè)管理和控制全過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、人員、采礦區(qū)、能效、虛擬管控的智能化閉環(huán)。

2.6 三維模型中深層數(shù)據(jù)穿透技術(shù)

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，使用Big SQL Federation 一種Hadoop遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)源的集成技術(shù)。通過Federation，管理員或應(yīng)用程序可使用標(biāo)準(zhǔn)SQL透明地查詢Big SQL(Hadoop) 和RDBMS 表；訪問HDFS、HBase、Hive等Big SQL表或視圖；訪問Oracle、Teradata、MSSQL Server、DB2、Informix、Netezza的RDBMS表或視圖；跨任意數(shù)據(jù)源查詢數(shù)據(jù)（project、restrict、join、union、子查詢、內(nèi)置函數(shù)）；調(diào)用數(shù)據(jù)源的特定SQL；收集統(tǒng)計(jì)信息和檢查詳細(xì)執(zhí)行計(jì)劃等。

通過這項(xiàng)技術(shù)，能方便的從單一設(shè)備設(shè)備管理直接穿透到子項(xiàng)數(shù)據(jù)集，如檢修管理、實(shí)時(shí)DCS、能效管理、預(yù)期維護(hù)方案、預(yù)期操作方案等。發(fā)現(xiàn)管理中的問題，最終做到既“治標(biāo)”又“治本”。

2.7 5G+安全管理

基于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及技術(shù)狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。基于5G健康手環(huán)，實(shí)時(shí)了解員工安全情況、位置信息和消息交互。

3 結(jié)束語(yǔ)

水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型尚處在探索初期，行業(yè)內(nèi)企業(yè)具有較高的應(yīng)用積極性，利用5G提供的邊緣計(jì)算能力，融合專業(yè)控制算法和人工智能算法，通過高速信息傳輸和算法快速計(jì)算，實(shí)現(xiàn)全流程智能控制與優(yōu)化，初步形成了一批典型的應(yīng)用場(chǎng)景。隨著5G技術(shù)的進(jìn)一步成熟，5G+應(yīng)用的進(jìn)一步探索，商業(yè)價(jià)值的逐步顯現(xiàn)，必將成為水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要推動(dòng)力和重要途徑。