礦渣微粉企業(yè)智能工廠管理系統(tǒng)介紹

劉遠征，陳友斌（南京南鋼嘉華新型建材有限公司，江蘇 南京210032）

0 前言

近年來，工業(yè)制造行業(yè)不斷用軟件定義產(chǎn)品功能和性能，增強對以自動化、信息化軟件為主導(dǎo)的創(chuàng)新的重視程度，使得制造業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)生價值的來源從硬件轉(zhuǎn)移到了以自動化、信息化軟件為主導(dǎo)，因而也提升了制造業(yè)的生產(chǎn)效率。智能制造基于新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，是具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

早在2015年1月，工業(yè)及信息化部發(fā)布的《原材料工業(yè)兩化深度融合推進計劃》中便提出了智能工廠示范工程，鼓勵建設(shè)基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進技術(shù)的智能生產(chǎn)線。在智能制造2025背景下，制造行業(yè)正以“堅持推行自動化、信息化軟件替代硬件，不斷提升信息化、智能化水平”為方向，努力將各類硬件功能通過傳感器、機器、工件和IT系統(tǒng)相互聯(lián)接，實現(xiàn)跨設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和分析，靈活高效地生產(chǎn)出“低價高質(zhì)”的商品，提高生產(chǎn)效率從而保證軟件在通用性、可靠性、集成化水平不斷提高的同時，信息化、智能化程度取得較大突破。

礦渣微粉企業(yè)屬于原材料工業(yè)范疇，也是資源再利用、循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)范疇。在生產(chǎn)制造過程中需對重點設(shè)備的工作狀態(tài)未雨綢繆、防患未然，需要軟件管理系統(tǒng)來控制處理銷售計劃、備件物資采購計劃，執(zhí)行層中的生產(chǎn)計劃、過程質(zhì)量數(shù)據(jù)、制造成本信息、倉庫出入庫管理等多層級計劃，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、采購計劃的關(guān)聯(lián)跟蹤，通過底層數(shù)據(jù)層的建立，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、工作參數(shù)、設(shè)備動作信息接收等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時反饋與目標(biāo)分析。提升礦渣微粉企業(yè)智能制造水平有利于改善工人勞動條件，減少人工干預(yù)，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品能耗、提升管理能效具有重大戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實經(jīng)濟價值。

1 公司規(guī)模簡介及礦渣粉行業(yè)特征

南京南鋼嘉華新型建材有限公司（以下簡稱“我公司”）設(shè)計礦渣微粉總產(chǎn)能240萬t，共有三條生產(chǎn)線，包括一條年產(chǎn)120萬t德國萊歇立磨生產(chǎn)線及兩條60萬t德國Polysius立磨生產(chǎn)線，主機設(shè)備均為德國進口，生產(chǎn)采用了DCS控制操作系統(tǒng)。

礦渣微粉行業(yè)特征可概括為：

（1）物流量大，存貨庫存高，一般來說，存貨量最少可達一周以上存貨；

（2）生產(chǎn)過程自動化程度高，生產(chǎn)線控制基本采用DCS遠程操作系統(tǒng)，對設(shè)備可靠性要求高；

（3）成品出貨量大，日出貨量少則幾千噸，多則上萬噸；

（4）相對水泥而言，產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)較為單一，以控制比表面積為主；

（5）工藝系統(tǒng)鏈較短，僅有粉磨、烘干及產(chǎn)品收集環(huán)節(jié)，便于智能化控制。

可以看出，隨著礦渣微粉企業(yè)的發(fā)展，人員規(guī)模的擴大，產(chǎn)能的提升，必然會面臨復(fù)雜多樣的管理問題。為了應(yīng)對市場競爭業(yè)務(wù)的復(fù)雜性和多變性，通過智能制造系統(tǒng)平臺來解決面對公司高速成長所帶來的管理任務(wù)重、數(shù)據(jù)分散、工作量大、信息不暢、人力嚴重不足等問題顯得至關(guān)重要。

我公司通過開發(fā)引進五大智能管控系統(tǒng)，搭建了高速、安全、穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用、方便操作的智能制造管理平臺，全面實現(xiàn)生產(chǎn)管理智能化、信息資源共享化、審批移動化、決策智能化，實現(xiàn)與生產(chǎn)有關(guān)的各應(yīng)用管理系統(tǒng)的整合。

2 智能工廠管理系統(tǒng)

2.1 原材料進廠管理系統(tǒng)

水渣作為生產(chǎn)礦渣微粉的主要原材料，一般來源于鋼廠，存在汽車運輸和皮帶機（管帶機）運輸兩種進廠方式。在生產(chǎn)線滿負荷工作條件下，水渣平均日進廠量為8 000～10 000 t，車輛次數(shù)維持在300車次左右，生產(chǎn)任務(wù)之重，車輛、人員活動頻率之高，顯而易見。在智能化進廠系統(tǒng)的支撐下，司機可通過刷自助IC卡快速進廠，同時，系統(tǒng)能夠自行對車輛進行多點拍照并存檔，系統(tǒng)自動抓拍車牌號和車廂水渣裝載情況，自動生成文件包存檔，自動記錄水渣進廠數(shù)據(jù)，其中包括車牌號、凈重、毛重、皮重等信息，可在較大程度上簡化原材料進廠工序。同時，在進行水渣費用成本結(jié)算時，擁有高集成度的大數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)可與鋼廠水渣銷售數(shù)據(jù)進行快速、精確、科學(xué)對比，防止少算、漏算、多算情況的出現(xiàn)，確保原材料進廠工作的穩(wěn)定運行。

2.2 產(chǎn)品銷售管理系統(tǒng)

產(chǎn)品銷售管理系統(tǒng)包括價格管理，貨款管理，銷售計劃管理，無人值守過磅稱量管理，發(fā)貨裝車管理，GPS運輸管理，銷售區(qū)域電子圍欄通行管理等，通過對多部位、多環(huán)節(jié)實行智能化管理，規(guī)避了人為操作控制的風(fēng)險，可有效防止竄貨現(xiàn)象的發(fā)生。同時，數(shù)據(jù)自動化采集功能及多角度監(jiān)控拍照記錄，建立了高度集成數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)可查詢追溯功能。操作流程如下：

（1）司機憑提貨單+IC卡及車載RFID，刷卡過無人值守皮重，同時，系統(tǒng)會自動顯示并記錄提貨單位、車輛信息、可提貨量等客戶信息。

（2）到指定下料口刷IC卡，待車輛信息與IC卡信息自動對比并確認無誤情況后予以裝車，可遠程監(jiān)控，自動裝車。

（3）車輛滿載后過磅稱毛重，系統(tǒng)可自動打單，自動扣款，確保車輛快速出廠。

（4）為踐行環(huán)保要求，車輛須經(jīng)過通過式自動車輛清洗通道，以保證車輛的整潔干凈。

（5）車載GPS可自動跟蹤并反饋此車所達銷售區(qū)域客戶信息，有效防止竄貨現(xiàn)象的發(fā)生。

所有數(shù)據(jù)均可與銷售管理系統(tǒng)進行有效結(jié)合，對于公司名稱、授權(quán)運輸單位、車輛信息、貨款金額、提貨量、單價等在內(nèi)的客戶信息，系統(tǒng)可實現(xiàn)自動記錄及提貨自動扣款功能，確?？畹桨l(fā)貨。

2.3 存貨庫存管理系統(tǒng)

（1）原材料水渣存貨。原材料水渣存貨是以進廠數(shù)（進貨管理系統(tǒng)試車生產(chǎn)消耗量）實時顯示庫存，從而了解原材料庫存情況，便于生產(chǎn)組織。

（2）產(chǎn)品（礦粉）存貨。由DCS系統(tǒng)自動發(fā)出指令，每半小時自動檢測一次庫位，實時顯示在DCS系統(tǒng)和存貨管理系統(tǒng)中，從而實時顯示庫存量，便于組織發(fā)貨和生產(chǎn),并與喂料秤產(chǎn)量實時比對。

（3）備品備件及物料管理。智能物資管理主要包括公司生產(chǎn)經(jīng)營過程中所需的機電備件、大宗備件、低值易耗品和勞防用品等的實時動態(tài)管控，主要涵蓋以下幾個模塊。

①備件編碼管理，根據(jù)規(guī)范的編碼規(guī)則，實現(xiàn)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、全生命周期管理。

②采購供應(yīng)商管理，包括供應(yīng)商的新增、修改管理等。根據(jù)多維度的評估類別生成評估報告實現(xiàn)供應(yīng)商評估的全系統(tǒng)化。

③備件倉庫管理，用于維護倉庫基礎(chǔ)信息

④采購計劃管理，包括月度正常采購計劃、應(yīng)急采購計劃，跟蹤采購計劃全流程。

⑤采購合同管理，包括采購合同錄入、審批、到貨跟蹤、報支跟蹤，跟蹤合同整個生命周期。

⑥驗收入庫管理，質(zhì)量驗收，指定入庫倉庫，確認入庫操作。

⑦領(lǐng)料出庫管理，領(lǐng)料計劃申報、領(lǐng)料計劃審批、領(lǐng)料出庫確認。備件領(lǐng)用采用掃碼形式，每個備件均配置一個單獨的條形碼，條形碼中記錄了此備件的型號、規(guī)格、實時庫存等情況，可以在手機APP上完成整個領(lǐng)料過程。

⑧庫存管理，支持對各種庫存業(yè)務(wù)進行管理，包括備件的收貨、領(lǐng)用、庫存盤點、庫存調(diào)撥，實現(xiàn)與庫存管理相關(guān)的財務(wù)帳務(wù)處理等。

2.4 生產(chǎn)智能化系統(tǒng)

一般礦渣微粉生產(chǎn)線都是通過DCS系統(tǒng)進行遠程中央控制，在運行過程中，往往是通過有一定操作經(jīng)驗的中控員輸入指令來對參數(shù)進行調(diào)整，該運行方式存在兩個缺點：

（1）系統(tǒng)工藝參數(shù)及生產(chǎn)參數(shù)的調(diào)整和設(shè)定均由人工進行操作，是否合理往往取決于操作員的經(jīng)驗和精力，存在一定的不確定性；

（2）中控員需8h不間斷緊盯屏幕，極易出現(xiàn)視覺、身心疲勞現(xiàn)象；尤其是夜班，中控員往往精力不易集中，容易引起設(shè)備事故和工藝事故，對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定及能耗的降低有不利影響。

為此，我們開發(fā)了礦渣微粉生產(chǎn)智能化系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程控制中引進了多個在線監(jiān)測控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在現(xiàn)有DCS生產(chǎn)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，加以智能化控制系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)具備自感知，自學(xué)習(xí)，自決策，自適應(yīng)，自執(zhí)行的專家系統(tǒng)，可有效代替中控操作員人工操作，提高效率，減輕員工工作強度，使生產(chǎn)系統(tǒng)更可靠，產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，能耗更低。其中，智能化專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫來源于以前各類生產(chǎn)線總結(jié)的成功經(jīng)驗，并以此為基礎(chǔ)形成智能化操作系統(tǒng)。

2.4.1 在線成品比表分析系統(tǒng)

比表面積是衡量礦渣粉質(zhì)量的一個重要參數(shù)，行業(yè)常規(guī)取樣方式采用一個自動取樣器實時取料，1h左右由化驗人員去現(xiàn)場將樣品取回化驗，得出上一個小時的平均比表面積，中控操作人員據(jù)此進行立磨的相關(guān)調(diào)整，但是同樣因時間差的影響，如果出現(xiàn)質(zhì)量問題，前一個小時的不合格粉料已經(jīng)入庫，很有可能造成質(zhì)量事故。全自動比表儀采用在線實時取樣實時化驗出結(jié)果的方式，基本可以做到10min甚至1min出一個比表面積數(shù)據(jù)，這樣就可以保證如果出現(xiàn)不合格品可以及時處置保證質(zhì)量。

將智能制造平臺與在線比表面積檢測設(shè)備進行結(jié)合，在實時監(jiān)控生產(chǎn)工藝和作業(yè)系統(tǒng)的同時，提供代表性、準(zhǔn)確性、一致性的檢測結(jié)果，使全自動閉環(huán)控制成為可能，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管控智能化，為提產(chǎn)節(jié)能降耗開辟了一條實行有效的捷徑。

2.4.2 在線微波水分分析系統(tǒng)

礦渣粉行業(yè)中水渣水分是立磨運行操作的重要指標(biāo)，入磨水渣含水量影響立磨料層從而對立磨是否穩(wěn)定運行起到至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)做法是每小時測一次水份，中控員據(jù)此進行操作，但是由于時間差的原因，如果出現(xiàn)水分異常時往往調(diào)整滯后，造成立磨震動甚至停機。在線水分自動檢測儀可以實時測量并傳輸?shù)较到y(tǒng)中，對于中控操作提供及時支持。

在智能制造全流程平臺大背景下，引入在線水分檢測系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€生產(chǎn)過程進行持續(xù)、穩(wěn)定測量，同時針對不同測量標(biāo)準(zhǔn)可實現(xiàn)一站式輕松校準(zhǔn)，實時把握原材料性能，對生產(chǎn)管理過程中產(chǎn)品質(zhì)量的控制與提高起到關(guān)鍵作用。

2.4.3 熱耗控制系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)涉及熱風(fēng)爐控制、磨機進口溫度、磨機出口溫度、主排風(fēng)機進出口溫度、循環(huán)回風(fēng)溫度等多部位溫度。同時，熱風(fēng)爐的溫控涉及爐膛溫度、爐膛出口溫度、煤氣閥門開度、一次風(fēng)調(diào)節(jié)控制、二次風(fēng)風(fēng)量等參數(shù)，這些參數(shù)共同構(gòu)成了一個自動智能控制系統(tǒng)，并與磨機熱耗控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了熱耗智能化高度集成。為了減少燃氣消耗、排放，保持磨機出口溫度的穩(wěn)定顯得至關(guān)重要，是該智能制造系統(tǒng)的主要控制目標(biāo)。

2.4.4 設(shè)備管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的設(shè)備管理模式為原則，通過對設(shè)備管理業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化整合，固化設(shè)備管理的各項業(yè)務(wù)流程，加強公司內(nèi)部資產(chǎn)的管理，提高設(shè)備綜合利用效率，提高對設(shè)備故障隱患的預(yù)防和預(yù)警能力，降低設(shè)備故障率，減低設(shè)備停機率，確保主要設(shè)備安全運行、穩(wěn)定可靠運行。根據(jù)模塊功能的不同，分為以下幾個功能模塊：

（1）設(shè)備編碼管理。設(shè)備編碼管理模塊根據(jù)編碼規(guī)則生成設(shè)備編碼，實現(xiàn)設(shè)備編碼標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）設(shè)備電子檔案管理。每個設(shè)備檔案信息由多個部分組成，主要包括：①設(shè)備基本信息，包括原有設(shè)備代號，以及設(shè)備名稱、規(guī)格型號、設(shè)備編碼、設(shè)備類型、設(shè)備標(biāo)識、功率、生產(chǎn)廠商、供應(yīng)商等固有屬性；②設(shè)備外觀圖像，以圖片形式展示的設(shè)備外觀形狀，保證用戶在面對各種不同設(shè)備時可以通過照片影像對設(shè)備有一個準(zhǔn)確的了解；③設(shè)備相關(guān)維修、保養(yǎng)、檢修和巡檢計劃，以及故障處理記錄；④設(shè)備文檔：關(guān)聯(lián)查詢設(shè)備相關(guān)文檔。

（3）設(shè)備狀態(tài)管理。設(shè)備狀態(tài)管理包含作業(yè)線停機信息管理、設(shè)備參數(shù)異常管理兩部分。①設(shè)備停開機管理：包含設(shè)備連續(xù)停機和開機時長，累計停機和開機時長以及停機原因；②根據(jù)系統(tǒng)采集到的設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)定參數(shù)報警，及時推送異常信息，發(fā)現(xiàn)并消除潛在的設(shè)備隱患，生成設(shè)備異常信息表。

（4）巡檢管理。巡檢方式采用二維碼與GPS相結(jié)合：①二維碼方式：移動終端會自動調(diào)用掃描二維碼軟件，掃描出的信息包括設(shè)備主信息、當(dāng)前時間、巡檢員，巡檢過程中可上傳圖片，數(shù)據(jù)信息會自動傳輸?shù)絇C端的對應(yīng)功能模塊；②GPS定位：客戶端軟件在提交設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)時，通過GPS獲取當(dāng)前位置并對數(shù)據(jù)進行分析后，上傳設(shè)備當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信息。巡檢管理模塊還包括巡檢點管理、巡檢計劃管理、巡檢記錄管理和巡檢計劃考核等模塊。巡檢內(nèi)容由專業(yè)工程師負責(zé)維護，可根據(jù)設(shè)備當(dāng)前運行狀況實時調(diào)整巡檢內(nèi)容及其它要求，同時系統(tǒng)PC端可以按照班、日、月等方式查詢巡檢完成率等信息。

（5）設(shè)備檢修管理。設(shè)備檢修管理模塊分為臨時檢修、計劃定修和計劃大修幾個模塊。

（6）設(shè)備異常故障管理。設(shè)備異常故障管理模塊包括設(shè)備異常查詢、設(shè)備故障登記、設(shè)備故障處理、設(shè)備故障分析、設(shè)備故障整改處理等功能模塊。

（7）設(shè)備維修保養(yǎng)管理。設(shè)備維修保養(yǎng)管理模塊根據(jù)維修保養(yǎng)周期自動生成維修保養(yǎng)計劃。2.4.5 立磨粉磨控制系統(tǒng)

礦渣微粉生產(chǎn)工藝較為簡單，立磨及粉磨作為最重要的兩個組成部分，其性能的好壞與否可直接決定產(chǎn)品質(zhì)量。圍繞立磨粉磨應(yīng)運而生的智能制造系統(tǒng)為全流程智能化平臺核心部分，涉及較多的參數(shù)和控制，有工業(yè)參數(shù)：喂料量、入磨水渣水分、磨機入口溫度、研磨壓力、外循環(huán)量、選粉機轉(zhuǎn)速、主電機電流、磨機振動、主排風(fēng)機轉(zhuǎn)速（風(fēng)量）、磨機出口溫度、成品斗提電流、收塵器壓差、產(chǎn)品比表面積等參數(shù)控制。該系統(tǒng)是基于磨機過去運行所積累的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗，加以計算分析判斷，并給出相應(yīng)調(diào)整參數(shù)，從而實現(xiàn)大數(shù)據(jù)智能化管控。以Polysius 51/26立磨為例，其中幾個重要控制參數(shù)的邏輯關(guān)系見表1。

表1 控制參數(shù)的邏輯關(guān)系

3 結(jié)語

我公司智能管控系統(tǒng)平臺的建立，極大程度上解決了原材料進廠、生產(chǎn)、銷售等管理上的痛點，提高了企業(yè)生產(chǎn)服務(wù)質(zhì)量，提升了企業(yè)管理水平，實現(xiàn)了企業(yè)信息共享平臺的建立，有效整合了與生產(chǎn)有關(guān)的各工作環(huán)節(jié)管理系統(tǒng)，強化了已有信息管理系統(tǒng)中較薄弱的流程審批和定制功能板塊，為公司未來信息系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。同時，目前在生產(chǎn)管理優(yōu)化和制造過程智能化程度上仍有較大發(fā)展空間，自動化生產(chǎn)控制的精準(zhǔn)程度還未達到一定的高度。

隨著企業(yè)業(yè)務(wù)精細化要求的提升，對操作、管理智能化的要求也越來越高。對人員安全管理、廠內(nèi)物流、財務(wù)管理、成本分析等信息技術(shù)的發(fā)展，需實行進一步優(yōu)化完善，建立“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)生產(chǎn)、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的新型管理機制，從中發(fā)現(xiàn)新知識、創(chuàng)造新價值、提升新能力。