冶金企業(yè)智能生產(chǎn)線建設(shè)研究

宋志斌

（河鋼集團(tuán)承鋼分公司自動化中心，河北 承德 067000）

1 冶金企業(yè)智能生產(chǎn)線建設(shè)概述

隨著市場的劇烈變化，想要實(shí)現(xiàn)公司客戶高端、產(chǎn)品高端的目標(biāo)，需要解決當(dāng)前用戶高質(zhì)量、多品種、小批量產(chǎn)品需求與金屬冶煉企業(yè)大規(guī)模、連續(xù)性生產(chǎn)的矛盾[1]。如何開展個性化定制，解決大生產(chǎn)與小批量之間的矛盾，是公司亟需解決的問題，但現(xiàn)有系統(tǒng)對這方面的支持能力相對不足。智能生產(chǎn)線建設(shè)已成為驅(qū)動冶金企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展機(jī)制、突破增長極限、保障企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要動力。

針對前期需求調(diào)研，制定智能生產(chǎn)線建設(shè)主要包括如下3個方面的內(nèi)容：①以大數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的冶煉廠數(shù)據(jù)庫建設(shè)；②3D可視化建設(shè)；③以設(shè)備智能監(jiān)控、生產(chǎn)能源智能平衡、質(zhì)量智能管控、成本智能分析為目標(biāo)的冶煉廠生產(chǎn)線智能化平臺建設(shè)[2]。將搭建冶煉廠智能生產(chǎn)線數(shù)據(jù)庫平臺和3D可視化建設(shè)作為第一階段的建設(shè)內(nèi)容,通過搭建基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)庫平臺，整合并挖掘數(shù)據(jù)價值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度感知，為智能生產(chǎn)線建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐，通過3D可視化平臺建設(shè)，搭建基于云服務(wù)集成統(tǒng)一的可視化平臺,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全程可視化，關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)監(jiān)控，提升生產(chǎn)組織效率，設(shè)備管理水平。

2 智能生產(chǎn)線總體架構(gòu)

智能生產(chǎn)線總體架構(gòu)結(jié)構(gòu)共分為三層平臺建設(shè)、分別是數(shù)據(jù)采集層、大數(shù)據(jù)管理層、生產(chǎn)線智能化應(yīng)用層，各個平臺內(nèi)部業(yè)務(wù)集中，管理集中，具備良好的可操作性，平臺間耦合度較低，職責(zé)分工明確，具備良好的可擴(kuò)展性，下面分別對這三層架構(gòu)進(jìn)行介紹。

2.1 數(shù)據(jù)采集平臺

數(shù)據(jù)采集平臺是智能工廠架構(gòu)的底層組件，負(fù)責(zé)從各個自動化與信息化系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集平臺需要具備PLC采集能力、PDA/QDR/ODG文件采集和解析能力、開放協(xié)議解析采集能力、監(jiān)控視頻采集能力、數(shù)據(jù)庫采集能力、文件系統(tǒng)采集能力和主動文件上傳與主動數(shù)據(jù)錄入功能。

（1）PLC數(shù)據(jù)采集，可以采用專用的網(wǎng)關(guān)機(jī)設(shè)備進(jìn)行，目前市場上的網(wǎng)關(guān)機(jī)一般支持主流的通訊協(xié)議，比如西門子S7-200、西門子S7-300、西門子S7-400、西門 子 S7-1200、OMRON(歐姆龍HOST-LINK)、GEETHERNET(GE以 太 網(wǎng))、ABETHERNET/IP CIP協(xié) 議(SLC500系 列)、AB-LOGIC-TCP(5000系 列)，特殊 的PLC通訊協(xié)議需要具體分析。

（2）IBA-PDA數(shù)據(jù)采集，需要產(chǎn)線具備IBA-PDA服務(wù)器，這種采集方式可以提供較快的數(shù)據(jù)采集頻率，但是一般為數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)會根據(jù)數(shù)據(jù)包的生成時間有一定延遲。

（3）針對儀表數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場二次儀表需滿足一般的通用的通訊協(xié)議，比如Modbus_RTU、DL/T 614-1997、DL/T 645-2007等協(xié)議。

（4）共享數(shù)據(jù)采集一般是指從其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)，需要該系統(tǒng)開放訪問數(shù)據(jù)庫的權(quán)限并且根據(jù)需求提供相對應(yīng)的數(shù)據(jù)及格式。

通過全面的數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)源從原有生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)擴(kuò)展到冶金企業(yè)信息化體系中的方方面面，使工廠數(shù)據(jù)庫不再局限于提供過程追溯能力，而是可以提供真正意義上產(chǎn)品全生命周期追溯。

2.2 大數(shù)據(jù)管理平臺

大數(shù)據(jù)管理平臺應(yīng)具備數(shù)據(jù)存儲分析功能、數(shù)據(jù)處理功能、數(shù)據(jù)發(fā)布功能，其中數(shù)據(jù)存儲分析包括三個集群，分別是原始數(shù)據(jù)存儲集群、結(jié)果數(shù)據(jù)存儲集群和大數(shù)據(jù)分析挖掘集群。

2.3 冶煉廠智能化應(yīng)用平臺

冶煉廠智能化應(yīng)用平臺是智能化生產(chǎn)線建設(shè)的頂層設(shè)計，通過將大數(shù)據(jù)處理平臺中的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，開發(fā)面向業(yè)務(wù)，面向用戶的智能軟件，為不同層級的業(yè)務(wù)管理人員提供決策支持，通過面向不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用層智能系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程3D可視化、重點(diǎn)設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)過程的能源平衡等功能。

2.3.1 設(shè)備智能監(jiān)控分析

針對軋線中關(guān)鍵設(shè)備（如電機(jī)、軸承、風(fēng)機(jī)）等，通過安裝相關(guān)的檢測設(shè)備（振動、溫度、壓力等傳感器），對其中的振動、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號值進(jìn)行實(shí)時采集和集中顯示，并根據(jù)歷史趨勢以及安全閾值進(jìn)行預(yù)警。主要功能包括電氣、液壓、機(jī)械等不同模塊的顯示預(yù)警，利用工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)時采集設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)，并將其存儲于大數(shù)據(jù)平臺，利用相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘手段，實(shí)時對設(shè)備狀態(tài)、故障預(yù)測以及整體維修等進(jìn)行分析。

2.3.2 能源智能管理

按照扁平、高效、集中統(tǒng)一與高度融合的基本原則，實(shí)現(xiàn)1780產(chǎn)線能源管控模式、能源管控系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)施，通過能源數(shù)據(jù)采集、能源在線動態(tài)監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)卓有成效的管理應(yīng)用，整體目標(biāo)如下：①整合冶煉廠現(xiàn)有能源管理資源，優(yōu)化和建立能源集中管控模式；②以數(shù)據(jù)采集平臺為數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)能源設(shè)備在線過程監(jiān)控、能源調(diào)度、能源管理一體化管控功能，建立安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效的智慧能源管理系統(tǒng)；③以計量檢測為基礎(chǔ)，改造提高能源系統(tǒng)的技術(shù)裝備水平；④完善企業(yè)的計量、能耗指標(biāo)考核及評價體系，實(shí)現(xiàn)能源一級計劃管制和智能運(yùn)行。

2.3.3 質(zhì)量智能管控。

以大數(shù)據(jù)管理平臺為為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)線的質(zhì)量數(shù)據(jù)的整理和歸集；實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)分析和判定，提高過程控制能力，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的預(yù)判；實(shí)現(xiàn)質(zhì)量判定功能，提高質(zhì)量判定精度，根據(jù)質(zhì)量判定規(guī)則實(shí)現(xiàn)質(zhì)量等級劃分、質(zhì)量報表等。在使用過程中，可根據(jù)自身管理現(xiàn)狀（包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備情況）逐步深化質(zhì)量管理。

2.3.4 成本智能分析

冶煉廠生產(chǎn)線成本智能分析的重心應(yīng)放在了生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，通過精益化管控，達(dá)到降低產(chǎn)品成本的目的。工序級成本分析是面向車間級精益管理的重要管控，通過對生產(chǎn)環(huán)節(jié)各類成本、能源相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、在線監(jiān)測，動態(tài)診斷生產(chǎn)運(yùn)行過程中的成本狀況；結(jié)合統(tǒng)計學(xué)、人工智能方法構(gòu)建成本分析、評估模型；制定降本增效措施，深入挖潛并提煉降本潛力。最終為管理層動態(tài)把握生產(chǎn)成本狀況，降本增效提供決策支持。通過建設(shè)智能生產(chǎn)線工序及成本的評估，可以動態(tài)掌握成本細(xì)節(jié)，精細(xì)化制定標(biāo)準(zhǔn)成本，多維度進(jìn)行成本核算（時間、班組、產(chǎn)品），高效分析成本差異，評估成本水平并挖掘成本最優(yōu)生產(chǎn)區(qū)間，預(yù)測未來成本變化趨勢。