淺述陶瓷企業(yè)窯爐數(shù)字化研究及應(yīng)用

姚青山，白梅，聶賢勇，陳淑琳，劉偉

（佛山眾陶聯(lián)供應(yīng)鏈服務(wù)有限公司，佛山 528000）

1 前言

目前，國內(nèi)陶瓷窯爐在設(shè)計研發(fā)的過程中，都開始在數(shù)字化智能化發(fā)力，通過數(shù)據(jù)上云，希望能夠得到更多的應(yīng)用，大多數(shù)對數(shù)據(jù)的應(yīng)用也僅僅停留在歷史溫度記錄和查詢階段，并沒有進(jìn)行更深層次的研究和應(yīng)用，如何有效應(yīng)用上云之后的海量的窯爐數(shù)據(jù)挖潛出更大更多的價值，本文通過陶瓷窯爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀及數(shù)字化智能化方面進(jìn)行如下闡述。

2 建筑陶瓷企業(yè)調(diào)試窯爐大部分以經(jīng)驗(yàn)為主，缺少科學(xué)分析和指導(dǎo)

傳統(tǒng)陶瓷窯爐燒成技術(shù)人員對窯爐燒成制度的調(diào)試，都是來源于經(jīng)驗(yàn)積累。雖然大部分建陶企業(yè)使用的輥道窯都是現(xiàn)代化的窯爐，但對不同規(guī)格、不同種類、不同原料配方產(chǎn)品的窯爐燒成制度基于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)試，導(dǎo)致調(diào)整周期不確定。根據(jù)陶瓷行業(yè)的消費(fèi)升級，由“轉(zhuǎn)產(chǎn)就破產(chǎn)”到“不轉(zhuǎn)產(chǎn)就破產(chǎn)”的轉(zhuǎn)變。針對目前轉(zhuǎn)產(chǎn)時間長，效率低下，甚至可能產(chǎn)生大量的不合格品和廢品后，才能逐步達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)的階段，因此企業(yè)不愿頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)?，F(xiàn)在由于消費(fèi)者對瓷磚多樣化和個性化的需求增加，倒逼陶瓷企業(yè)不得不頻繁轉(zhuǎn)產(chǎn)，以維持訂單；這就要求窯爐在轉(zhuǎn)產(chǎn)過程中快速反應(yīng)及準(zhǔn)確設(shè)定窯爐燒成制提出的新的挑戰(zhàn)；這就迫切要求我們找到更高效，更快捷，更智能的優(yōu)化窯爐燒成制度的方法和工具。

3 建陶窯爐的數(shù)字化智能化改造實(shí)施方案

3.1 窯爐數(shù)據(jù)采集實(shí)施方案

實(shí)現(xiàn)智能制造的前提是數(shù)據(jù)采集，根據(jù)建筑陶瓷窯爐的實(shí)際情況，分成兩種數(shù)據(jù)，一種數(shù)據(jù)可以自動的實(shí)時采集，稱為機(jī)采數(shù)據(jù)，另一種數(shù)據(jù)通過人工填報方法數(shù)據(jù)采集，稱為人工采集數(shù)據(jù)；這兩種數(shù)據(jù)匯總后形成數(shù)據(jù)集。

3.2 實(shí)施數(shù)據(jù)采集，并對數(shù)據(jù)采集進(jìn)行分類

陶瓷制造業(yè)數(shù)字化智能化改造首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，根據(jù)陶瓷生產(chǎn)實(shí)際情況，產(chǎn)品數(shù)據(jù)及過程數(shù)據(jù)目前還不能通過傳感器等手段進(jìn)行自動采集，因此對陶瓷制造的數(shù)據(jù)采集分為兩類：即自動采集數(shù)據(jù)和人工采集數(shù)據(jù)。機(jī)采數(shù)據(jù)主要通過PLC及加裝傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再通過有線或者無線的方式進(jìn)行傳輸?shù)椒?wù)器，最后以設(shè)定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲待使用。手工采集數(shù)據(jù)方式主要針對窯爐設(shè)備的部分?jǐn)?shù)據(jù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)無法用設(shè)備采集，或者加裝傳感器價格昂貴；比如窯爐設(shè)備數(shù)據(jù)：排煙管的開度、隔板的高度、急冷風(fēng)管的開度等；手工采集的產(chǎn)品數(shù)據(jù)：產(chǎn)品的抗折強(qiáng)度、吸水率等；這些數(shù)據(jù)通過填報系統(tǒng)進(jìn)行人工錄入，把該類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)定的格式上傳到云存儲待使用。

3.3 建筑陶瓷窯爐工序數(shù)據(jù)鏈路的搭建

數(shù)字化智能化改造過程中，在完成數(shù)據(jù)采集后，必須把采集的數(shù)據(jù)按照時間及生產(chǎn)前后工序進(jìn)行追溯，把各種數(shù)據(jù)串聯(lián)起來，數(shù)據(jù)鏈路搭建，解決各種數(shù)據(jù)互相孤立的問題。目前建陶行業(yè)內(nèi)，都是按照生產(chǎn)工序記錄、保存及管理各自的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量事故無法溯源，無法快速及準(zhǔn)確的找出問題的根源所在，也導(dǎo)致解決問題的時間長或者解決困難；因此數(shù)據(jù)采集后把各自孤立的數(shù)據(jù)進(jìn)行鏈路搭建，才能形成有價值的數(shù)據(jù)。建筑陶瓷的整個生產(chǎn)是間歇式與連續(xù)性相結(jié)合生產(chǎn)的特性，因此，數(shù)據(jù)鏈路的搭建既要考慮時間節(jié)點(diǎn)與工序節(jié)點(diǎn)相結(jié)合，同時也要理清楚數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性及邏輯關(guān)系；否則，數(shù)據(jù)價值無法體現(xiàn)。數(shù)據(jù)鏈路搭建合理性，必須要有大數(shù)據(jù)思維和生產(chǎn)工藝知識相結(jié)合的知識體系，鑒于個人很難具有兩種知識體系；因此，工藝專家與大數(shù)據(jù)專家需要無縫對接進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈路搭建及數(shù)據(jù)治理。

4 窯爐數(shù)字化智能的應(yīng)用分析

通過窯爐數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、可視化、運(yùn)用大數(shù)據(jù)建模分析、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，對窯爐的生產(chǎn)場景進(jìn)行分析，提高窯爐的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。

4.1 解決生產(chǎn)質(zhì)量問題

窯爐作為陶瓷生產(chǎn)的核心工序，也是缺陷暴露最多的工序。通過對窯爐數(shù)據(jù)的采集，利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和人工智能等前沿技術(shù)，對生產(chǎn)場景和各種缺陷進(jìn)行建模分析和預(yù)測，找到產(chǎn)生缺陷的真正原因，快速解決問題，提高窯爐生產(chǎn)效率。

4.2 提高生產(chǎn)穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品品質(zhì)

窯爐優(yōu)化系統(tǒng)，通過算法模型優(yōu)化窯爐燒成制度，可以降低技術(shù)人員靠經(jīng)驗(yàn)主觀反復(fù)調(diào)試窯爐的試錯成本，提高窯爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

4.3 實(shí)現(xiàn)全線模型關(guān)聯(lián)，提高整體決策效率

窯爐數(shù)據(jù)與產(chǎn)品分級數(shù)據(jù)的搭建關(guān)聯(lián)模型，再關(guān)聯(lián)原料、成型、干燥、表面裝飾等工序的分析模型。經(jīng)過整體關(guān)聯(lián)和算法優(yōu)化、迭代，將各段工序生產(chǎn)中的異常波動及時反饋到云端系統(tǒng)，并通過模型分析和預(yù)測，提出窯爐調(diào)整的輔助決策建議，提高產(chǎn)品的優(yōu)等品率。

4.4 根據(jù)不同產(chǎn)品類型制定不同燒成制度，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)

通過模型的優(yōu)化，制定出不同產(chǎn)品對應(yīng)不同的燒成制度，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)產(chǎn)功能，降低不合格品和廢品率，提高優(yōu)等品率，提高轉(zhuǎn)產(chǎn)效率，為陶瓷企業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)和個性化定制打下良好的基礎(chǔ)。

4.5 窯爐優(yōu)化系統(tǒng)可以提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本

通過窯爐優(yōu)化系統(tǒng)，結(jié)合不同的原料配方的優(yōu)化模型，找出最優(yōu)的燒成曲線及最佳的燒成時間，提高單窯日產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，降低燃料成本的目的，同時還能降低環(huán)保處理成本。

4.6 融合專家數(shù)據(jù)庫，形成人工智能系統(tǒng)自決策

應(yīng)用窯爐優(yōu)化系統(tǒng)，融合建陶行業(yè)專家數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)模型、專家數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場實(shí)際操作的不斷優(yōu)化和反復(fù)迭代形成人工智能系統(tǒng)，對窯爐模型進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)窯爐人機(jī)對話，最終達(dá)到輔助決策、自決策，走向人工智能。

4.7 窯爐可視化

可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集監(jiān)測指標(biāo)自由組合配置，通過數(shù)字展示企業(yè)全廠的廠區(qū)整體能耗、區(qū)域（工序）重點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)及燒成溫度等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以通過柱狀圖、趨勢、餅狀圖等多種形多維度式來展示。展示效果可以通過大屏看板展示，不僅實(shí)時了解生產(chǎn)狀況及輔助生產(chǎn)管理，也可以供外來人員參觀學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

5 結(jié)語

建筑陶瓷窯爐數(shù)字化智能化為陶瓷生產(chǎn)企業(yè)降本增效、高質(zhì)量發(fā)展及可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，也是未來企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。