加快推進(jìn)建材行業(yè)智能制造的探討

吳煥良

【摘要】水泥生產(chǎn)智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行等功能的新型生產(chǎn)方式，協(xié)調(diào)智能裝備、智能生產(chǎn)、智能管理、智能物流、優(yōu)化控制等組成部分，實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全流程的智能制造。

【關(guān)鍵詞】建材行業(yè);水泥;智能制造

水泥是典型的傳統(tǒng)行業(yè)，也是極為典型的流程工業(yè)，生產(chǎn)模式與鋼鐵、化工非常相似。目前，水泥智能制造行業(yè)存在諸多挑戰(zhàn)，比如：?jiǎn)误w智能設(shè)備尚未普及，成系統(tǒng)的智能設(shè)備集群基本沒有組建，大多數(shù)水泥生產(chǎn)廠商尚處在自動(dòng)化+人工參與階段。

1、智能生產(chǎn)平臺(tái)

該平臺(tái)下含數(shù)字化礦山智能管理系統(tǒng)、專家優(yōu)化控制系統(tǒng)、智能質(zhì)量控制系統(tǒng)和清潔包裝發(fā)運(yùn)四大系統(tǒng)。突出“以簡(jiǎn)為智、以優(yōu)為智”的特點(diǎn)，在行業(yè)率先實(shí)現(xiàn)“一鍵輸入、全程智控”的生產(chǎn)模式，即只需在自動(dòng)化驗(yàn)配料系統(tǒng)中輸入熟料或水泥的品質(zhì)預(yù)控目標(biāo)，系統(tǒng)則自動(dòng)根據(jù)原燃材料信息完成生產(chǎn)配料;據(jù)此向數(shù)字化礦山智能管理系統(tǒng)下達(dá)開采和配礦指令;專家優(yōu)化控制系統(tǒng)則按照配料參數(shù)和品質(zhì)要求在節(jié)能穩(wěn)產(chǎn)模式下自動(dòng)引導(dǎo)生產(chǎn)。進(jìn)入智能生產(chǎn)閉環(huán)后，開采的礦石品位和終端產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)則又會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集分析，用以不斷優(yōu)化生產(chǎn)方案，使產(chǎn)品品質(zhì)、能源消耗等控制目標(biāo)不斷逼近預(yù)設(shè)的最優(yōu)參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高產(chǎn)品品質(zhì)和降低資源能源消耗的運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。與此相對(duì)應(yīng)地，以前的模式是人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)度，生產(chǎn)組織滯后，質(zhì)量波動(dòng)較大，資源利用率低。協(xié)同智能生產(chǎn)平臺(tái)通過(guò)系統(tǒng)建設(shè)礦山的三維建模，對(duì)礦山的品類實(shí)現(xiàn)了采礦在線分析、放車調(diào)度優(yōu)化管理，改變了礦山傳統(tǒng)的開采模式，有效地提高了資源利用率和生產(chǎn)效率。還開發(fā)了專家自動(dòng)操作系統(tǒng)。水泥工業(yè)是典型的流程工業(yè)，整個(gè)的生產(chǎn)系統(tǒng)是由操作員進(jìn)行操作，存在的主要問(wèn)題是人工操作水平不足容易影響產(chǎn)品指標(biāo)的提高。另外，操作人員換班容易帶來(lái)工況及質(zhì)量波動(dòng)。隨著水泥生產(chǎn)的精細(xì)化，測(cè)控信號(hào)不斷增多，人工操作難度越來(lái)越大。由于缺乏過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)協(xié)同，人工操作偏向保守，不利于生產(chǎn)線指標(biāo)的優(yōu)化。針對(duì)這些問(wèn)題，還按照生產(chǎn)線專家操作經(jīng)驗(yàn)、過(guò)程機(jī)理知識(shí)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析建立模型，在DCS系統(tǒng)、數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)和智能質(zhì)量控制系統(tǒng)的協(xié)同下，以最優(yōu)調(diào)節(jié)方式來(lái)代替之前的傳統(tǒng)操作方式。對(duì)質(zhì)量控制系統(tǒng)，以前的方式是采用人工方式取樣、送樣、制樣和產(chǎn)品配比計(jì)算，存在化驗(yàn)室人員工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，取樣隨機(jī)性較大，樣品代表性不強(qiáng)，檢驗(yàn)和配比數(shù)據(jù)以人工方式通知中控操作員進(jìn)行操作調(diào)整，質(zhì)量控制的時(shí)效性不強(qiáng)等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，智能控制系統(tǒng)之質(zhì)量控制系統(tǒng)將材料在線檢測(cè)、過(guò)程產(chǎn)品自動(dòng)取樣檢測(cè)等融為一體，全面覆蓋公司生產(chǎn)用原料和產(chǎn)品，將檢測(cè)結(jié)果匯集到智能質(zhì)量控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)可視化、數(shù)據(jù)化，人員勞動(dòng)強(qiáng)度下降24%，化驗(yàn)頻次提高50%。

2、智慧管理平臺(tái)

該平臺(tái)包含生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)和營(yíng)銷物流管理系統(tǒng)，旨在利用工業(yè)和商業(yè)信息化的深度融合，推動(dòng)工廠的卓越運(yùn)營(yíng)。通過(guò)制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各大工業(yè)智能系統(tǒng)的全面融合，建成以產(chǎn)品生產(chǎn)為主線，貫穿生產(chǎn)調(diào)度、物資、能源、設(shè)備、質(zhì)量、安全環(huán)保、統(tǒng)計(jì)等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)全過(guò)程管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程信息化、可視化、無(wú)紙化和智慧化，使企業(yè)始終以最經(jīng)濟(jì)、最穩(wěn)定的方式生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。營(yíng)銷物流管理系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)銷售、工廠智能發(fā)運(yùn)和水泥運(yùn)輸在線監(jiān)管全面融合，實(shí)現(xiàn)工廠訂單處理、產(chǎn)品發(fā)運(yùn)、貨物流向監(jiān)控等業(yè)務(wù)流程無(wú)人化和數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化，提升服務(wù)質(zhì)量與效率、互動(dòng)參與度以及便捷性，提供更為方便、快捷的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)公司營(yíng)銷、管理模式的創(chuàng)新和升級(jí)。

3、應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證工業(yè)大數(shù)據(jù)與制造業(yè)的結(jié)合應(yīng)用，選擇在多家水泥企業(yè)運(yùn)行管理中進(jìn)行了探索實(shí)踐。多家水泥企業(yè)分布在各個(gè)地域，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)的集中管理，在國(guó)內(nèi)總部也部署一套系統(tǒng)。總部的系統(tǒng)和工廠本地的系統(tǒng)進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)同步，本地系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)總部系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的變化并采用“拉”的方式同步用戶、權(quán)限、系統(tǒng)配置等公共數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)分析本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)日志將本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采用“推”的方式同步到總部數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

OPC數(shù)據(jù)采集客戶端：在海外工廠部署分布式控制系統(tǒng)（DCS）通過(guò)其OPC接口將現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)（溫度、壓力、壓差等）以及設(shè)備的維護(hù)記錄等一系列結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)經(jīng)專網(wǎng)傳輸至實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)集群中。

3.2數(shù)據(jù)應(yīng)用與分析。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、故障數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并傳輸，基于大數(shù)據(jù)分析，逐步實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)與產(chǎn)品良率穩(wěn)定提升，確保資源充足供給。

工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)整體采用成熟的 Hadoop 分布式架構(gòu)，在核心數(shù)據(jù)中心以外采用邊緣計(jì)算方式，初步進(jìn)行分析和處理，經(jīng)分析后的數(shù)據(jù)再通過(guò)全球鏈路，傳輸至核心機(jī)房。不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)成較好的設(shè)備系統(tǒng)，同時(shí)在數(shù)據(jù)安全方面有較好的分層加密應(yīng)用。平臺(tái)通過(guò)分布式運(yùn)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)在線和離線的深度挖掘分析;通過(guò)大數(shù)據(jù)引擎，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行流式處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的時(shí)效性;通過(guò)大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)，各層級(jí)管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)隨機(jī)或異常信息，進(jìn)行及時(shí)決策和不斷改進(jìn);通過(guò)統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，各個(gè)層級(jí)管理人員能夠快速直觀了解到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全部信息，包括：設(shè)備的電量、開關(guān)狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如原料消耗、生料產(chǎn)量、熟料產(chǎn)量、產(chǎn)品產(chǎn)量、能耗數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，以及當(dāng)日的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備臺(tái)時(shí)、電量消耗、綜合能耗等。一旦出現(xiàn)異常，及時(shí)采取相應(yīng)措施，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。同時(shí)從中也能夠發(fā)現(xiàn)需要不斷革新改善的項(xiàng)目，達(dá)到舊價(jià)值改善、新價(jià)值開發(fā)的創(chuàng)新管理模式。

結(jié)語(yǔ)：

目前，國(guó)家水泥生產(chǎn)線自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的技術(shù)進(jìn)步，但是，在該設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)比還有很大差距，需要不斷提升水泥生產(chǎn)線設(shè)備自動(dòng)化程度，積極引入新型自動(dòng)化技術(shù)，打開水泥自動(dòng)化生產(chǎn)新局面。

參考文獻(xiàn)：

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