海螺集團水泥智能制造探索及應用

水泥行業(yè)目前正處于新舊動能更迭的關鍵階段，行業(yè)自動化、智能化和信息化水平參差不齊，亟須采用融合工藝機理的智能化和信息化技術，推動生產、管理和營銷模式從局部、粗放向全流程、精細化和綠色低碳發(fā)展方向變革。運用人工智能和信息網絡等現代技術，推動水泥工業(yè)生產、管理和營銷模式的變革，正逐漸成為我國水泥工業(yè)高質量轉型發(fā)展的重要任務。

安徽海螺集團有限責任公司（海螺集團）業(yè)務涵蓋水泥制造、國際貿易等六大板塊，下屬360多家子公司。進入“十三五”時期以來，海螺集團積極貫徹新發(fā)展理念，大力推進“產能國際化、生產智能化、產業(yè)綠色化”，目前已在東南亞、歐洲、北美、非洲等地區(qū)擁有38家公司、41個項目、11個實體工廠，海外員工達3600多人;建成了水泥全流程智能化工廠，水泥窯協同捕集純化二氧化碳及處理城市生活垃圾、污泥、工業(yè)固廢與危廢等一批具有較大影響力的樣板工程，節(jié)能減排成效位居業(yè)界前列，綠色低碳產業(yè)規(guī)模不斷拓展，引領著行業(yè)高質量發(fā)展的前進方向。

海螺集團水泥智能制造探索背景

水泥行業(yè)目前正處于新舊動能更迭的關鍵階段，行業(yè)自動化、智能化和信息化水平參差不齊，亟須采用融合工藝機理的智能化和信息化技術，推動生產、管理和營銷模式從局部、粗放向全流程、精細化和綠色低碳發(fā)展方向變革，解決資源、能源與環(huán)境的約束問題，提高生產制造水平和效能，實現水泥行業(yè)“降成本、補短板”和跨越式發(fā)展。運用人工智能和信息網絡等現代技術，推動水泥工業(yè)生產、管理和營銷模式的變革，正逐漸成為我國水泥工業(yè)高質量轉型發(fā)展的重要任務。

面對新的挑戰(zhàn)與機遇，海螺集團主動作為，以推動行業(yè)技術進步為己任，按照《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年）》等相關要求，結合三十余年在水泥行業(yè)積累的技術、管理優(yōu)勢，分析當前行業(yè)生產管理現狀和未來趨勢，采用自主研發(fā)與集成創(chuàng)新相結合的方式，積極牽頭與國內外科研院所及知名廠商的合作，運用移動物聯、傳感監(jiān)測、三維仿真和人工智能等先進技術，通過聚焦生產管控、設備管理、安全環(huán)保和營銷物流等核心業(yè)務，打造以智能生產為核心，以運行維護做保障和以智慧管理促經營的三大平臺，實現工廠運行自動化、管理可視化、故障預控化、全要素協同化和決策智慧化。

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：單體智能設備尚未普及，成系統(tǒng)的智能設備集群基本沒有組建，大多數水泥生產廠商尚處在自動化+人工參與階段。針對具體問題，海螺集團站在推動傳統(tǒng)產業(yè)高質量和持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度，深入挖掘水泥生產管理的痛點，利用信息及智能化技術，采用自主與聯合開發(fā)的方式，形成融合工藝智能制造系統(tǒng)，改造提升了傳統(tǒng)水泥流程行業(yè)。

海螺集團開發(fā)的智能平臺主要包括智能生產、運行維護和智慧管理等三大平臺，其中智能生產平臺以數字化礦山管理系統(tǒng)、專家自動操作系統(tǒng)、智能質量控制系統(tǒng)為核心。運行維護平臺以設備管理及輔助巡檢系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、安全生產管理系統(tǒng)為核心。智慧管理平臺以生產制造執(zhí)行系統(tǒng)和營銷物流管理系統(tǒng)為主。通過上述三大平臺，海螺集團建設形成了以智能生產為核心，以運行維護為保障的智慧化的生產模式，實現了從水泥的生產到發(fā)運各個環(huán)節(jié)的融合和信息互通，創(chuàng)建了管理可視化、決策智慧化、運行自動化、故障預控化、全要素協同化的智能化體系，對傳統(tǒng)的生產方式進行轉型升級。

智能生產平臺

該平臺下含數字化礦山智能管理系統(tǒng)、專家優(yōu)化控制系統(tǒng)、智能質量控制系統(tǒng)和清潔包裝發(fā)運四大系統(tǒng)。突出“以簡為智、以優(yōu)為智”的特點，在行業(yè)率先實現“一鍵輸入、全程智控”的生產模式，即只需在自動化驗配料系統(tǒng)中輸入熟料或水泥的品質預控目標，系統(tǒng)則自動根據原燃材料信息完成生產配料;據此向數字化礦山智能管理系統(tǒng)下達開采和配礦指令;專家優(yōu)化控制系統(tǒng)則按照配料參數和品質要求在節(jié)能穩(wěn)產模式下自動引導生產。進入智能生產閉環(huán)后，開采的礦石品位和終端產品的質量數據則又會由系統(tǒng)自動實時采集分析，用以不斷優(yōu)化生產方案，使產品品質、能源消耗等控制目標不斷逼近預設的最優(yōu)參數，最終實現降低人員勞動強度、提高產品品質和降低資源能源消耗的運營目標。

與此相對應地，以前的模式是人工經驗調度，生產組織滯后，質量波動較大，資源利用率低。協同智能生產平臺通過系統(tǒng)建設礦山的三維建模，對礦山的品類實現了采礦在線分析、放車調度優(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效率。

海螺集團還開發(fā)了專家自動操作系統(tǒng)。水泥工業(yè)是典型的流程工業(yè)，整個的生產系統(tǒng)是由操作員進行操作，存在的主要問題是人工操作水平不足容易影響產品指標的提高。另外，操作人員換班容易帶來工況及質量波動。隨著水泥生產的精細化，測控信號不斷增多，人工操作難度越來越大。由于缺乏過程質量數據的實時協同，人工操作偏向保守，不利于生產線指標的優(yōu)化。針對這些問題，海螺集團按照生產線專家操作經驗、過程機理知識和生產數據分析建立模型，在DCS系統(tǒng)、數字化礦山管理系統(tǒng)和智能質量控制系統(tǒng)的協同下，以最優(yōu)調節(jié)方式來代替之前的傳統(tǒng)操作方式。

對質量控制系統(tǒng)，以前的方式是采用人工方式取樣、送樣、制樣和產品配比計算，存在化驗室人員工作勞動強度大，取樣隨機性較大，樣品代表性不強，檢驗和配比數據以人工方式通知中控操作員進行操作調整，質量控制的時效性不強等問題。針對這些問題，智能控制系統(tǒng)之質量控制系統(tǒng)將材料在線檢測、過程產品自動取樣檢測等融為一體，全面覆蓋公司生產用原料和產品，將檢測結果匯集到智能質量控制系統(tǒng)中，實現了堆場可視化、數據化，人員勞動強度下降24%，化驗頻次提高50%。

運行維護平臺

該平臺旨在為智能生產平臺提供高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的運行環(huán)境。下含設備管理及輔助巡檢系統(tǒng)、能源管理和安全環(huán)保三大系統(tǒng)。突出“穩(wěn)產助優(yōu)產、優(yōu)產促節(jié)能、節(jié)能優(yōu)環(huán)?！钡奶攸c。其中，設備管理及輔助巡檢系統(tǒng)將重大設備故障自檢測、主要設備實時在線監(jiān)測、點巡檢移動物聯網化、三維仿真全息管理四大功能全面融合，實現了設備在線監(jiān)管、重大故障提前預判。通過對能源計量與監(jiān)測，實現對企業(yè)能源的集中與區(qū)域管控，從而使企業(yè)的能源管理由傳統(tǒng)方式，向可視化、數字化、網絡化、智能化轉變，從而達到節(jié)約熟料燒成用煤、節(jié)約用電的效果。在安全環(huán)保管理系統(tǒng)中，安全管理圍繞事前、事中、事后三條業(yè)務主線，通過信息化手段，建立具有日常監(jiān)管、事前預警、事中救援、事后提高功能并貫穿安全管理全過程的業(yè)務系統(tǒng)。

智慧管理平臺

該平臺包含生產制造執(zhí)行系統(tǒng)和營銷物流管理系統(tǒng)，旨在利用工業(yè)和商業(yè)信息化的深度融合，推動工廠的卓越運營。通過制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現了各大工業(yè)智能系統(tǒng)的全面融合，建成以產品生產為主線，貫穿生產調度、物資、能源、設備、質量、安全環(huán)保、統(tǒng)計等環(huán)節(jié)的生產全過程管理平臺，實現整個制造過程信息化、可視化、無紙化和智慧化，使企業(yè)始終以最經濟、最穩(wěn)定的方式生產運營。營銷物流管理系統(tǒng)將互聯網銷售、工廠智能發(fā)運和水泥運輸在線監(jiān)管全面融合，實現工廠訂單處理、產品發(fā)運、貨物流向監(jiān)控等業(yè)務流程無人化和數據應用智能化，提升服務質量與效率、互動參與度以及便捷性，為客戶提供更為方便、快捷的服務，實現公司營銷、管理模式的創(chuàng)新和升級。

通過生產制造執(zhí)行系統(tǒng)和營銷物流管理系統(tǒng)，海螺集團提升了水泥智能制造的自主規(guī)劃設計和自主開發(fā)以及實施的推廣能力，并獲得了一批具有商業(yè)價值的知識產權。

智能工廠開發(fā)建設成效

海螺集團以滿足企業(yè)自身經營管理需要為出發(fā)點，以提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力和產業(yè)競爭力為目標，歷經兩年多的時間在全椒海螺公司（下稱全椒海螺，海螺集團在安徽省內規(guī)劃建設的大型水泥項目之一）成功打造了水泥數字化礦山，集成自動取樣、自動制樣和采用熟料率值配料的智能質量控制系統(tǒng)，集成在線銷售+智能發(fā)運+物流監(jiān)控一體化銷售系統(tǒng)。

全椒海螺智能工廠投運后，各類資源消耗下降及勞動生產率提升帶來的直接效益約為1800萬元。經前后對比，各類能耗和污染物排放指標顯著下降，生產運營集約化、智能化水平實現大幅提升，提高了生產運營質量，降低了員工勞動強度，改善了工作環(huán)境，有效降低了安全風險，實現了整個制造過程信息化、可視化和智慧化。項目的開發(fā)建設取得了一批科技創(chuàng)新成果。預計未來在海螺集團內推廣每年可節(jié)約成本及創(chuàng)造效益逾十億元。

智能制造系統(tǒng)推動綠色產業(yè)發(fā)展

海螺集團工廠水泥智能制造系統(tǒng)深入挖掘水泥行業(yè)生產和管理需求，融合用戶自身經驗，采用先進智能化技術，有效解決了目前國內水泥企業(yè)智能系統(tǒng)之間相互獨立、數據不通的問題，為水泥工廠帶來可觀的節(jié)能降耗和環(huán)保效益，在水泥行業(yè)及流程型工業(yè)中有較好的借鑒作用。

智能制造系統(tǒng)帶來的環(huán)保效益體現在多個方面：第一，水泥窯純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，可以把30%的煤300多度的熱量回收起來進行發(fā)電，能解決生產線60%的電力自給。這項工程在全國進行了推廣，被國家發(fā)改委列為國家十大重點節(jié)能工程之一。第二，綠色發(fā)展項目利用水泥窯協同處置城市生產垃圾系統(tǒng)，徹底解決了生產垃圾處理占用、二次污染，以及固廢這一世界性難題，真正實現了垃圾無害化、減量化、資源化的處理。集團自主開發(fā)利用水泥窯協同處置城市生活垃圾系統(tǒng)，資源利用率比較高，是目前比較經濟、環(huán)保的環(huán)境治理方式之一。在安徽、貴州、甘肅，集團成功推廣了70多套水泥窯協同處置系統(tǒng)，可處置城市生活垃圾150萬噸，污泥、固廢290萬噸，真正實現了水泥工業(yè)轉型的發(fā)展。海螺集團全國有一千多條生產線，如果一條生產線可以處理10萬噸固廢，一年就可以處理近兩億噸的固廢垃圾。所以水泥跟環(huán)保行業(yè)結合，有很大的社會價值。

此外，在循環(huán)經濟領域，海螺集團率先貫徹落實我國低碳發(fā)展戰(zhàn)略，在安徽蕪湖白馬山水泥廠建設了水泥窯碳捕集純化示范項目，為行業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展做出了積極貢獻。

未來三到五年，海螺集團將繼續(xù)開展水泥智能制造工作，進一步深化綠色產業(yè)，逐步建立起一批智能化綠色水泥工廠，形成新的生產方式、產業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經濟增長點，搶占產業(yè)發(fā)展制高點，進而有力推動整個行業(yè)的轉型升級。

（本文根據何承發(fā)副總經理在2019國家制造強國建設專家論壇（泉州）上的演講速記稿整理而成。）