散裝水泥行業數字化平臺的建設與應用研究

摘? 要：隨著制造業進入工業4.0時代，以大數據、人工智能、工業互聯網、云計算、新一代通信技術（如5G）和智能設備廣泛應用為代表的新型制造方式正在出現。水泥行業逐漸向自動化方向轉變，通過散裝水泥行業數字化平臺建設，有利于實現水泥的精細化管理，達到“信息化管理、指尖上生產、可視化監管”的效果。基于此，文章對大數據環境下散裝水泥行業數字化平臺的建設與應用展開深入探討，希望能為相關工作人員提供參考。

關鍵詞：散裝水泥；數字化平臺；工業4.0；智能設備

中圖分類號：TP311；TQ172.6 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2023）10-0133-04

Abstract： With the manufacturing industry entering the era of Industry 4.0， new manufacturing methods， represented by big data， Artificial Intelligence， industrial Internet， cloud computing， new generation communication technologies （such as 5G） and the wide application of intelligent devices， are emerging. The cement industry is gradually changing to the automation direction. The construction of the digital platform for the bulk cement industry is conducive to achieving the fine management of cement and achieving the effect of “information management， fingertip production and visual supervision”. Based on this， this paper conducts an in-depth discussion on the construction and application of the digital platform for bulk cement industry under the big data environment， hoping to provide reference for relevant staff.

Keywords： bulk cement; digital platform; Industry 4.0; intelligent device

0? 引? 言

隨著科技創新的深入實施，以數字化、網絡化、智能化為特點的智能制造正在成為一種工業化的趨勢。信息化是當代建筑施工的新興技術手段，它具有提供內容準確、數據分析科學、管理手段多樣、運用操作便捷等優點。水泥制造工廠包含各種典型的操作系統，通過數字化平臺建設，能使得操作員的工作更加簡便，全面提升工作效率，進而有助于水泥廠實現最大收益。

1? 項目背景

近年來，隨著城市經濟社會的快速發展，城市化進程的提速，建筑業也快速發展，隨著近年來城市建設發展進程加快，高樓大廈鱗次櫛比，如雨后春筍般拔地而起，而且愈來愈呈現出高密度、超常規的態勢，導致商用混凝土（商砼）需求量急劇上升。但是散裝水泥、預拌混凝土、預拌砂漿的生產和運輸監管連續性弱，在各個環節出現了大量的漏洞。2022年“十四五”規劃中明確提出“加快數字化發展，發展數字經”。政府關于制定“十四五規劃”和2035年遠景目標的建議指出，要大力發展數字經濟，扎實推進傳統產業數字化賦能改造提升，本項目建設場景對應“浙里安全”安全生產跑道散裝水泥行業數字化管理，力爭通過信息化監管手段，提高對散裝水泥行業的監管水平，實現整個行業的數字化。

2? 散裝水泥行業數字化建設的總體思路

本系統涵蓋了散裝水泥行業的整個產業鏈，是全國第一家全產業鏈平臺。平臺以商品混凝土為核心，統籌全產業鏈上下游企業，包括原材料中轉庫，預拌砂漿企業等。企業一直秉持著清潔環保生產、車輛安全運輸的原則。如圖1所示為產品效果圖。

2.1? 工程設計智能化建設

工程設計智能化建設需要從數字化、精細化以及模型仿真等各方面著手，打造數字化工廠孿生模型，從設計到數字化運維，將數字化管理深入到PLM系統的全生命周期，確保新建生產線與相關改造項目能夠得到全面的數字化管控。

2.2? 生產過程控制智能化建設

利用先進的檢測設備與能夠實現在線檢測的相關儀器，使過程控制參數更高的聚合程度，全面推動智能優化控制系統完善性構建。先進的過程控制系統，實現生石破碎、粉磨、烘焙、水泥粉磨、包裝線全過程。

2.3? 設備運維智能化建設

對于以往預警與診斷技術存在的不足及缺陷，可使用在線振動監測、智能設備維護以及巡檢等手段來完善，實現接收設備全周期管理。利用數字化備件倉庫技術、預測性維護以及缺陷預警可以進一步優化維修與維護，對集團級備件采購采取放置手段，做到對備件庫存的動態優化，從而進一步降低備件投入成本。

2.4? 生產管理智能化建設

智能MES生產管理系統共涉及了五個維度，分別為環保、質量安全、設備、能源以及程度，能夠將當前所有信息系統與DCS系統集成一塊，提供豐富的數據交互接口。尤其是與脫硝脫硫系統、DCS系統、稱重系統數據等進行交互，能夠做到對原料和來料的計量平衡、統計和盤點，實現自動登記生產數據，并且還能實時監控。

2.5? 供應鏈物流智能化建設

通過構建智能供應鏈物流體系，實現供應鏈管理、物流、采購、倉儲、營銷一體化，以及供應-MAS上下文控制、生產-生產控制和客戶運營；通過集團化管理，實現區域智能部署通過現場設備、自動化控制系統、MES的生產管理系統、ERP系統中的供應鏈物流系統進行管理和垂直數字化控制；通過高度集成、開放的MES平臺，在生產管控中貫穿物流、供應鏈管理的橫向數字化通道；從廠到廠、從廠到區、從區到集團級的數字化設備。

3? 平臺技術創新

1）實時監控糾正，嚴格執行配合比。為適應砂、碎石等原材料中含水量的變化和不同強度混凝土配合比的變化，拌合站試驗人員需要按規定程序對水泥進行動態調整、試拌。

2）保證攪拌時間。提高水泥工作性和勻質性的基本途徑就是要保證其拌制時問。

3）及時發現和校正計量誤差。在操作中，即時掌握和校正拌和機的計量系統誤差，減少質量隱患。

4）加大過程管控力度，確保材料用量符合規定。基于設計數據前提下，水泥具體用量需要存在一些波動，這種現象屬于正常范圍，若超出標準，那么就說明未能嚴格遵循規定來執行施工工藝標準。

5）利用事中主動管控，減少事后被動控制。生產期間，基于傳統管理模式前提下，各工點控制電腦中，分析工作量較大，需要收集的相關數據也較多，無法實現統計分析，反饋處理問題不及時，對水泥生產管理效果造成了嚴重影響。

6）創新管理手段、提高管理效率、降低管理成本。信息化是建設項目管理的發展趨勢，是適應當前國家基礎建設大環境管理要求的新技術、新手段。

4? 以往散裝水泥業管理期間面臨的問題

4.1? 門禁系統現狀

分廠現有門衛3名，主要負責日常車輛、人員進出廠秩序的維持及地磅系統的監控維護。人員實行三班兩運行。現有電子門禁4套、地磅2臺（無人值守）。人員工作強度較大，物流車輛較多時而出現物流混亂。

4.2? 水泥庫側水泥散裝計量

現階段，散裝水泥車輛到達裝車地點通過現場人員指揮，或者通過做的標記點將車輛罐口與水泥下料口對應上，司機下車進行刷卡驗證物料信息，由分廠放料人員進行放料裝車。由于散裝無計量設備，分廠放料人員人工操作，經常性多裝或少裝，司機頻繁卸車、補料，嚴重影響發貨出廠效率的同時造成司機抱怨，有時會因為排隊補料等問題造成司機之間糾紛，引起吵架、打架等治安事件。

4.3? 水泥庫側散裝系統人工裝車

分廠散裝為水泥庫側裝車，現有6個水泥庫，6臺散裝機。生產季節日出廠量約4 500噸左右。現有4名員工。存在的問題是當班員工崗位工效低，員工技能提升空間受限，且在水泥多品種同時發放時因精力不足導致發貨效率降低，有客戶投訴現象。

5? 散裝水泥行業數字化平臺的具體應用

5.1? 門禁方面的應用

通過集思廣益，借助數字化平臺對上述問題進行應用集成：門禁系統本質上是對門和人的管理，對門的管理要求的是精確，對人的管理要求的是唯一性。借助已經成熟應用的智能二維碼云門禁系統實現對門禁系統內物流和人員的行動軌跡進行一個精細化、實時型、可追溯的管理，在現有門禁、視頻監控設備的基礎上將該系統集成至分廠中控室，如圖2所示。

鑒于ISCS訪客門禁聯動系統能有效地對來訪人員進行簡便、規范化的管理，能實現訪客權限訪問控制、優化訪客體驗、提升工作效率，一并集成至分廠中控室，ISCS后臺管理軟件如圖3所示。

為應對智能二維碼云門禁系統、ISCS訪客門禁聯動系統操作及故障可能帶來不便，將基于IP網絡架構，技術成熟的可視對講門禁系統一并集成至分廠中控室，結合現有門禁視頻監控系統可以及時發現問題，通過中控室（監控中心）與現場對講進行遠程指導、開啟道閘電鎖等工作，軟件系統基本結構如圖4所示，硬件系統如圖5所示。

5.2? 水泥庫側散裝計量系統+自助式散裝水泥裝車系統

散裝水泥自助裝車系統，以數字化平臺為依托，通過利用物聯網、智能控制技術，實現對散裝車輛進行一個精細化、實時型的管理。為實現定量散裝水泥裝車的需要，公司經過長時間多廠家散裝計量設備應用后，本次選用維鯨粉體散裝計量系統對分廠水泥散裝進行計量改造的同時應用視頻監控及對講系統，實現了散裝水泥自助裝車的目的，使散裝水泥裝車無人值守、準確定量裝車成為現實。具體做法是散裝車輛到達裝車點后通過現場安裝的攝像機監視器畫面，不下車且在沒有人員指揮的情況即可將車輛準確的停到下料口位置，司機通過現場的可視對講呼叫至中控室，將所要裝的品種信息、噸位告訴操作員，由中控操作員在水泥下料系統上輸入噸位進行啟動下料，流量稱進行計量后完成裝車。現場裝料員工及司機不用再上車頂觀察裝料量，在提高現場裝車人員安全保障的同時，發運效率大幅提升。系統控制界面如圖6所示。

6? 取得的效果

我司分廠自開工建設起，共擁有兩套3.8 m×13 m管磨+輥壓粉磨水泥生產線，具備200萬噸水泥粉磨能力，現有員工54人。多年來以國家免檢產品、優質的服務為能源基地及周邊區域經濟發展做出了貢獻。近年來，該分廠在公司的有力支持下，以問題為導向，以科技進步、智能化、信息化運用為動力，立足生產現場，找出身邊的問題，達到“降本、提質、增效”目標。通過上述數字化平臺在散裝水泥行業應用后，分廠7名員工從重復、低技能的崗位調整到其他工作崗位，工作實效提升了12.9%；庫側散裝水泥裝車過程多裝或少裝，司機頻繁卸車、補料現象消失，司機抱怨及由排隊補料等造成司機之間摩擦、糾紛等治安事件有效解決；庫側散裝作業區域內員工頻繁上下樓梯、司機上下灌車頂部觀察裝料數量等隱含的安全事故發生的概率得到有效控制。

7? 結? 論

水泥企業在現有生產工藝和設備基礎上，將數字化嵌入整個水泥制造全流程，能提升產品品質和生產效率，降低水泥生產成本，有力推進水泥工廠實現數字化、智能化管控。智能工廠管理系統為企業的運行管理人員提供科學有效的管理分析方法，為加強企業管理提供了信息化手段，可以促進企業的精細化、可持續節能。由此可見，水泥行業數字化平臺建設是推動智能制造信息化的核心系統，對于實現“中國制造2025”具有極其重要的意義，從而全面提升我國制造業的發展水平及國際競爭力。

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作者簡介：鄭永君（1982.09—），男，漢族，浙江溫嶺人，總經理，本科，研究方向：軟件技術開發、物聯網設備制造、物聯網技術服務、生態環境監測及檢測儀器儀表制造、氣象/水文儀器及裝置零件及附件制造、通信設備制造。