工信部智能工廠案例丨海螺集團：水泥生產(chǎn)全流程智能工廠

基于數(shù)據(jù)傳感監(jiān)測、信息交互集成及自適應(yīng)控制等關(guān)鍵技術(shù)， 創(chuàng)新應(yīng)用了數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)、專家自動操作系統(tǒng)、智能質(zhì)量控制系統(tǒng)等， 實現(xiàn)了水泥工廠運行自動化、管理可視化、故障預(yù)控化、全要素協(xié)同化和決策智慧化， 形成了“ 以智能生產(chǎn)為核心”“ 以運行維護做保障” “ 以智慧管理促經(jīng)營” 的水泥生產(chǎn)智能制造模式， 為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展起到了良好的示范引領(lǐng)作用。

企業(yè)簡介

01、企業(yè)基本情況

安徽海螺集團有限責(zé)任公司（ 以下簡稱海螺集團） 組建于1996 年， 是國務(wù)院確定的120 家大型試點企業(yè)集團之一， 總部設(shè)在安徽省蕪湖市。集團擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心， 控股經(jīng)營海螺水泥和海螺型材兩家上市公司， 下屬390 多家子公司， 分布在24 個省市自治區(qū)和20 個境外國家和地區(qū)， 經(jīng)營產(chǎn)業(yè)涉及水泥制造、化學(xué)建材、節(jié)能環(huán)保新材料、國際貿(mào)易、工程建設(shè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域， 營業(yè)收入和總資產(chǎn)雙雙跨過2000 億元大關(guān)，已連續(xù)16 年位列中國企業(yè)500 強。2020 年， 集團榮列中國企業(yè)500 強第92位、中國制造業(yè)企業(yè)500 強第30 位、中國跨國公司100 大第96 位， 并以339.16億美元的營業(yè)收入榮列世界500 強榜單第367 位， 排名較2019 年提升74位。

水泥制造是集團的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)， 下屬安徽海螺水泥股份有限公司， 是水泥行業(yè)首家A + H 股上市公司（ A 股：600585 ， H 股：00914 ） ， 主要從事水泥、商品熟料、商砼及骨料的生產(chǎn)和銷售， 目前已擁有熟料產(chǎn)能2.62 億噸、水泥產(chǎn)能3.69 億噸、骨料產(chǎn)能5800萬噸， 產(chǎn)業(yè)規(guī)模、銷量和盈利能力均已進入世界前列， 產(chǎn)品長期廣泛應(yīng)用于全球標志性工程， 是世界先進的單一品牌供應(yīng)商。2017 年被國際水泥評論雜志社(ICR) 評為世界水泥六強第二位， 2020 年名列《福布斯》“ 全球上市公司2000 強” 第312 位， 并獲得了業(yè)界最高的國際信用評級一一標普A 、穆迪A2 、惠譽A ， 在業(yè)內(nèi)享有“ 世界水泥看中國， 中國水泥看海螺” 的美譽。

02、所屬行業(yè)及特點

按照我國國民經(jīng)濟行業(yè)分類(GB/T 4754 一2017 ） 標準， 安徽海螺集團有限責(zé)任公司屬于非金屬礦物制品業(yè)大類（ 代碼30 ） ， 水泥、石灰和石膏制造中類（ 代碼301） ，水泥制造小類（ 代碼3011） 。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 我國水泥工業(yè)在全球水泥行業(yè)發(fā)展進程中經(jīng)歷了“ 跟跑一并跑一領(lǐng)跑” 的過程， 目前無論是生產(chǎn)工藝， 還是裝備水平， 總體上己處于世界領(lǐng)先地位，但水泥工業(yè)屬于傳統(tǒng)制造業(yè)， 當前的發(fā)展模式還比較粗放， 再加上我國水泥產(chǎn)能基數(shù)大，能耗高、資源利用率低、生產(chǎn)效率低、環(huán)境負荷重等問題仍未得到有效解決。隨著我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的加速推進， 加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級， 向信息化、智能化和綠色低碳方向發(fā)展是大勢所趨。

水泥制造屬于典型的流程行業(yè)， 具有流程行業(yè)所共有的特性， 主要表現(xiàn)為“ 生產(chǎn)過程的流程性、運行維護的保障性和運營管理的關(guān)聯(lián)性”：

（1）水泥生產(chǎn)過程的流程性， 表現(xiàn)為從石灰石開采、原燃材料進場到產(chǎn)品發(fā)運出廠， 整個生產(chǎn)過程全部采取流程化、自動化封閉作業(yè)， 基本實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無人化。因此提高生產(chǎn)過程中資源利用、質(zhì)量控制和生產(chǎn)控制的智能化是快速提高生產(chǎn)效率的有力手段。

（2）運行維護系統(tǒng)保障了工廠設(shè)備的穩(wěn)定運行和物流通道的暢通， 同時能源監(jiān)控、安全管理和環(huán)保清潔生產(chǎn)都是水泥生產(chǎn)安全穩(wěn)定運行的重要保障。

（3）水泥工廠的日常管理包含了生產(chǎn)調(diào)度、物資、能源、設(shè)備、質(zhì)量、安全、環(huán)保、統(tǒng)計等環(huán)節(jié)和要素的生產(chǎn)全過程管理及水泥產(chǎn)品的營銷物流管理。各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的真實有效和互聯(lián)互通， 是智能化應(yīng)用后有效提高管理效率的重要條件。

03、智能制造亮點及模式總結(jié)

安徽海螺集團有限責(zé)任公司圍繞水泥生產(chǎn)核心業(yè)務(wù)， 利用自身長期生產(chǎn)經(jīng)營過程中積累的生產(chǎn)制造、設(shè)備運維和經(jīng)營管理知識， 基于移動通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳感監(jiān)測、信息交互集成及自適應(yīng)控制等關(guān)鍵技術(shù)， 創(chuàng)新應(yīng)用了數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)、專家自動操作系統(tǒng)和智能質(zhì)量控制系統(tǒng)等涵蓋水泥生產(chǎn)全過程的智能化控制及管理系統(tǒng)， 實現(xiàn)了工廠運行自動化、管理可視化、故障預(yù)控化、全要素協(xié)同化和決策智慧化， 形成了“ 以智能生產(chǎn)為核心” “ 以運行維護做保障” “ 以智慧管理促經(jīng)營” 的水泥生產(chǎn)智能化模式。

1 ． 建設(shè)基于水泥制造知識庫的智能生產(chǎn)平臺 

建立水泥制造全過程知識庫， 構(gòu)建包含數(shù)字化礦山管理、專家自動操作和智能質(zhì)量控制三大系統(tǒng)的智能生產(chǎn)平臺， 將工藝機理特性、裝置運行數(shù)據(jù)和專家操作經(jīng)驗等深度融合， 讓積累的生產(chǎn)知識、管理經(jīng)驗軟件化， 實現(xiàn)知識傳承， 最終達到降低人員勞動強度、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低資源能源消耗的目標。

2 ． 構(gòu)建水泥生產(chǎn)支撐保障的智能運維體系 

突出“ 穩(wěn)產(chǎn)助優(yōu)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)促節(jié)能、節(jié)能優(yōu)環(huán)?！?的生產(chǎn)理念， 建設(shè)包含設(shè)備管理及輔助巡檢、能源管理和安全環(huán)保三大系統(tǒng)的智能運維平臺， 實現(xiàn)原料磨、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機、水泥磨等核心裝備及輔機設(shè)備的在線監(jiān)管、重大故障提前預(yù)判， 實現(xiàn)全廠能源消耗和安全環(huán)保的集中與區(qū)域管控， 為智能生產(chǎn)平臺提供高效、安全、節(jié)能、環(huán)保的運行環(huán)境；采用信息化手段減少高、偏、遠等高安全風(fēng)險區(qū)域人員介入強度， 使人員作業(yè)軌跡可查詢， 人員、設(shè)備、環(huán)境安全隱患可預(yù)警， 促進設(shè)備長周期、高效運行， 有效降低生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險。

3 ． 打造水泥生產(chǎn)銷售的新模式 

利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息通信技術(shù)， 將水泥傳統(tǒng)生產(chǎn)、銷售模式與互聯(lián)網(wǎng)融合， 建設(shè)包含制造執(zhí)行系統(tǒng)和營銷物流管理系統(tǒng)的智慧管理平臺， 將生產(chǎn)原料消耗、能源消耗、備品備件消耗等生產(chǎn)數(shù)據(jù)與供、銷、財、物等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通， 打通了從市場到工廠、從需求到產(chǎn)銷的水泥生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)流、信息流， 實現(xiàn)了水泥工廠訂單、計劃、生產(chǎn)、發(fā)運、銷售、服務(wù)整個過程的信息化， 有效優(yōu)化了生產(chǎn)組織體系和銷售服務(wù)流程， 大幅提升了客戶體驗。

智能制造項目建設(shè)

01、項目背景

水泥行業(yè)的發(fā)展目前正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期， 信息化、自動化和智能化水平參差不齊， 急需采用融合工藝機理的信息化、智能化技術(shù)， 推動生產(chǎn)、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(chǎn)制造水平和效能， 實現(xiàn)水泥行業(yè)“ 降成本、補短板” 和跨越式發(fā)展。將人工智能和信息網(wǎng)絡(luò)等新一代信息技術(shù)與水泥制造技術(shù)融合， 推動水泥工業(yè)生產(chǎn)、管理和營銷模式的變革，已經(jīng)成為我國水泥工業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵途徑。海螺集團作為水泥行業(yè)龍頭企業(yè)， 在水泥生產(chǎn)過程管控方面有著深厚的工業(yè)積淀，不僅擁有水泥工藝、電氣自動化、機械裝備和工業(yè)信息化等方面的專業(yè)技術(shù)人才隊伍，而且建立了專業(yè)化的信息技術(shù)工程公司。三十多年來， 海螺集團對水泥自動控制、裝備管理、工藝操作和供應(yīng)鏈管理知識進行不斷地總結(jié)和優(yōu)化， 并通過計算機應(yīng)用軟件進行固化和統(tǒng)一， 形成了具有海螺特色的水泥生產(chǎn)知識庫， 促進了海螺集團水泥產(chǎn)業(yè)的高標準化和高速發(fā)展， 同時也為海螺集團水泥智能工廠建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。

海螺集團以企業(yè)實際需求為導(dǎo)向， 針對原料來源多、質(zhì)量波動大、質(zhì)量檢測及時性和準確性不足、生產(chǎn)操作依賴人工經(jīng)驗、產(chǎn)品發(fā)運環(huán)節(jié)勞動強度大等痛點問題， 深入分析行業(yè)生產(chǎn)管理現(xiàn)狀， 通過聚焦生產(chǎn)管控、設(shè)備管理、安全環(huán)保和營銷物流等核心業(yè)務(wù)，建成了行業(yè)首個水泥生產(chǎn)全流程智能工廠示范項目， 并快速推廣應(yīng)用， 初步形成了水泥智能工廠集群。

02、實施路徑

海螺集團深入分析行業(yè)未來發(fā)展趨勢， 以解決生產(chǎn)實際問題為目標， 在水泥生產(chǎn)管理和自動化控制技術(shù)積累的基礎(chǔ)上， 采用自主研發(fā)與集成創(chuàng)新相結(jié)合的方式， 以典型生產(chǎn)線為試點， 由點到面逐步推廣應(yīng)用， 持續(xù)迭代升級， 不斷提升智能工廠技術(shù)及應(yīng)用水平。

1 ． 戰(zhàn)略規(guī)劃 

海螺集團水泥智能工廠以提高生產(chǎn)線效率和管理效能為目標， 綜合運用移動通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳感監(jiān)測、信息交互集成和自適應(yīng)控制等先進技術(shù)， 打造以水泥制造為基礎(chǔ)， 向產(chǎn)業(yè)鏈上下游同步延伸， 涵蓋產(chǎn)品全生命周期的智能制造體系， 總體戰(zhàn)略規(guī)劃（ 見圖1) 如下。

（ 1 ）生產(chǎn)操作實現(xiàn)專家優(yōu)化系統(tǒng)全覆蓋。

（ 2 ） 大型及復(fù)雜礦山實現(xiàn)數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)全應(yīng)用。

（ 3 ） 熟料基地實現(xiàn)設(shè)備管理及輔助巡檢系統(tǒng)全面推廣應(yīng)用。

（ 4 ） 大型熟料基地全面實施智能質(zhì)量控制系統(tǒng)。

（ 5 ）所有生產(chǎn)線全面實施生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)（ MES ） 。

（ 6 ） 建設(shè)具有海螺特色的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺， 打造“ 海螺工業(yè)大腦” ， 實現(xiàn)“ 設(shè)備-生產(chǎn)線-工廠-區(qū)域-集團” 五級智能制造協(xié)同體系。

在此基礎(chǔ)上， 逐步建成國內(nèi)智能化覆蓋率領(lǐng)先的水泥工廠、世界單體產(chǎn)能-領(lǐng)先的智能水泥工廠、國內(nèi)行業(yè)水泥智能工廠集群、水泥智能制造和商業(yè)運營產(chǎn)業(yè)鏈。

2 ． 總體規(guī)劃 

海螺集團水泥智能工廠包含智能生產(chǎn)、智能運維和智慧管理三大平臺（ 見圖2 ） ，具體包括數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)、專家自動操作系統(tǒng)和智能質(zhì)量控制系統(tǒng)等八個涵蓋水泥生產(chǎn)全過程的智能化控制及管理系統(tǒng)。水泥智能工廠的整體架構(gòu)如圖3 所示。

3 ． 實施內(nèi)容 

1) 基于智能生產(chǎn)平臺， 實現(xiàn)“ 一鍵輸入、全程智控” 的生產(chǎn)模式

智能生產(chǎn)平臺（ 見圖4 ） 包括數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)、智能質(zhì)量控制系統(tǒng)和專家自動操作系統(tǒng)。

該平臺在行業(yè)率先實現(xiàn)“ 一鍵輸入、全程智控” 的生產(chǎn)模式， 只需在智能質(zhì)量控制系統(tǒng)中輸入熟料或水泥的質(zhì)量預(yù)控目標， 系統(tǒng)自動根據(jù)原燃材料信息完成生產(chǎn)配料， 并向數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)下達開采和配礦指令。專家自動操作系統(tǒng)按照配料參數(shù)和品質(zhì)要求在節(jié)能穩(wěn)產(chǎn)模式下自動引導(dǎo)生產(chǎn)。進入智能生產(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)則又會由系統(tǒng)自動實時采集分析， 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不斷逼近預(yù)設(shè)的最優(yōu)參數(shù)， 最終實現(xiàn)降低人員勞動強度、提高產(chǎn)品生產(chǎn)品質(zhì)和降低資源能源消耗的運營目標。

（1) 數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)

涵蓋了礦山三維模型、中長期采礦計劃、爆破管理、取樣化驗、采礦日計劃、精細化配礦、GPS 車輛調(diào)度、卡車裝載量監(jiān)控、混礦品位在線分析、配礦自動調(diào)整、生產(chǎn)管理、司機考核等礦山管理的各領(lǐng)域， 實現(xiàn)三維采礦的智能設(shè)計、配礦質(zhì)量在線分析、礦車調(diào)度優(yōu)化管理、礦山生產(chǎn)立體化管控， 解決水泥企業(yè)在礦山生產(chǎn)方面存在的配礦、監(jiān)督和管理問題， 提高礦山生產(chǎn)效率、資源利用率和安全保障水平。

（2）智能質(zhì)量控制系統(tǒng)

進廠原煤、入堆場石灰石等大宗原燃材料采用在線式跨帶中子活化分析儀進行實時檢測， 并建立堆場質(zhì)量數(shù)據(jù)三維模型； 生料、熟料、水泥等經(jīng)全自動取樣器取樣， 由炮彈輸送系統(tǒng)送至中央實驗室， 通過機械手、粉磨玨片一體機等全自動制樣設(shè)備（ 見圖5 ） 進行制樣， 并由中子活化在線分析儀、激光粒度儀、X熒光分析儀及XRD 衍射儀等檢測分析設(shè)備進行自動檢測， 結(jié)合海螺集團多年來的生產(chǎn)控制經(jīng)驗， 開發(fā)了自動配料軟件系統(tǒng)， 形成了集自動采樣、樣品傳輸、在線檢驗、自動化驗和智能配料一體化的管理平臺， 實現(xiàn)對原料、燃料、熟料和水泥等各類物料的全程自動取樣、化驗分析和配料調(diào)控。

（3） 專家自動操作系統(tǒng)

利用世界先進的實時智能專家系統(tǒng)開發(fā)平臺， 針對水泥生產(chǎn)過程中長滯后、多變量、難檢測和多擾動的特點， 總結(jié)梳理近萬條水泥礦山開采、工藝控制、生產(chǎn)操作、質(zhì)量管理等相關(guān)技術(shù)知識和管理經(jīng)驗， 建立海螺集團水泥生產(chǎn)知識庫， 并將大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)與海螺工匠實操經(jīng)驗完美結(jié)合， 搭建最符合水泥生產(chǎn)的專家自動操作系統(tǒng)（ 見圖6 ） 。

專家自動操作系統(tǒng)以MPC （ 模型預(yù)測控制） 、規(guī)則控制、模糊邏輯控制等先進的控制理論為基礎(chǔ)， 將海螺集團水泥工藝控制思想進行標準化、軟件化， 并與DCS（ 分散控制系統(tǒng)） 、數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)和智能質(zhì)量控制系統(tǒng)無縫集成、協(xié)調(diào)共進， 實現(xiàn)水泥生產(chǎn)線的智能化操作控制， 擺脫人為操作的波動性， 使生產(chǎn)線始終以最佳參數(shù)自動完成熟料、水泥的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

2 ） 基于智能運維平臺， 實現(xiàn)能耗精細化管理、設(shè)備預(yù)測性維護

智能運維平臺主要為智能生產(chǎn)平臺提供高效、安全、節(jié)能、環(huán)保的運行環(huán)境， 包括設(shè)備管理及輔助巡檢、能源管理和安全環(huán)保管理三大系統(tǒng)， 具有“ 穩(wěn)產(chǎn)助優(yōu)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)促節(jié)能、節(jié)能優(yōu)環(huán)?！?的特點。

（1）設(shè)各管理及輔助巡檢系統(tǒng)

利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)， 通過溫度壓力傳感器、振動檢測器、高清視頻攝像儀和移動巡檢設(shè)備等先進儀器， 實現(xiàn)對原料立磨減速機、回轉(zhuǎn)窯主電機、高溫風(fēng)機等設(shè)備運行、保養(yǎng)、檢修和故障診斷的管理， 并通過PC 端與手機App 數(shù)據(jù)交互， 達到“ 降低勞動強度、信息實時共享、提高管理效率” 的目標；將重大設(shè)備故障自檢測、主要設(shè)備實時在線監(jiān)測、點巡檢移動物聯(lián)網(wǎng)化、三維仿真全息管理四大功能全面融合， 實現(xiàn)設(shè)各在線監(jiān)管、重大故障提前預(yù)判。

（2） 能源管理系統(tǒng)

水泥行業(yè)是能源消耗大戶， 能源消耗占水泥生產(chǎn)總成本的50 ％ 以上， 節(jié)能減排對水泥行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過實施能源管理系統(tǒng)， 可實現(xiàn)對水泥生產(chǎn)過程的用煤、用電、用油等能源消耗數(shù)據(jù)的在線收集、實時傳輸， 結(jié)合各工序產(chǎn)量、設(shè)備開停狀態(tài)等生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)各工序電耗的統(tǒng)計、分析， 噸石灰石、噸熟料、噸水泥能耗對標分析， 以及能源指標數(shù)據(jù)的橫向比較等功能， 有效提升水泥工廠能源管理水平， 從而使水泥企業(yè)的能源管理由傳統(tǒng)方式、常規(guī)方式， 向可視化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變， 達到節(jié)約用煤、減少用電的效果。

（3） 安全環(huán)保管理系統(tǒng)

安全生產(chǎn)和環(huán)境保護既是人們生命健康的保障， 也是企業(yè)生存與發(fā)展的基礎(chǔ)， 更是社會穩(wěn)定和經(jīng)濟發(fā)展的前提。海螺集團安全環(huán)保管理系統(tǒng)， 從企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策者、安全環(huán)保管理者、安全環(huán)保參與者等多角度出發(fā)， 圍繞“ 事前、事中、事后， 三條業(yè)務(wù)主線，利用AI 視頻分析、GPS 定位等信息化技術(shù)手段， 為企業(yè)建立“ 日常監(jiān)管、提前預(yù)警、事中救援、事后提高” 的包含安全環(huán)保管理全過程的業(yè)務(wù)系統(tǒng)， 實現(xiàn)危險區(qū)域作業(yè)風(fēng)險智能監(jiān)控、污染物排放指標預(yù)測預(yù)警、人員軌跡跟蹤及安全風(fēng)險分析警示、安全培訓(xùn)、應(yīng)急演練、事故處置等功能， 大幅提升企業(yè)安全環(huán)保管理水平。

3 ） 基于智慧管理平臺， 實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營決策數(shù)字化

智慧管理平臺包含生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)和營銷物流管理系統(tǒng)， 在系統(tǒng)整合智能生產(chǎn)和智能運維平臺數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上， 推動工廠的卓越運營。

（1 ) 制造執(zhí)行系統(tǒng)

水泥制造是典型的流程化生產(chǎn)， 在生產(chǎn)過程中， 各工序的生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)部門間的組織協(xié)調(diào)、銷售部門的發(fā)運組織、各職能部門的職能管理， 乃至企業(yè)級的整體運營決策等行為， 都需要及時、有效的數(shù)據(jù)支撐。通過制造執(zhí)行系統(tǒng)的實施， 打通智能工廠各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘， 實現(xiàn)各大工業(yè)智能系統(tǒng)的互聯(lián)互通、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)計等生產(chǎn)全過程管理環(huán)節(jié)， 支撐生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)全面信息化， 提高生產(chǎn)效率， 降低生產(chǎn)成本， 使企業(yè)始終以最經(jīng)濟、優(yōu)化的方式生產(chǎn)。MES 架構(gòu)如圖7 所示。

傳統(tǒng)的水泥工廠都設(shè)有銷售大廳， 車輛排隊簽單、開票， 工作既耗時又煩瑣。通過“ 互聯(lián)網(wǎng)+ 物聯(lián)網(wǎng)” 的技術(shù)應(yīng)用， 建設(shè)包含水泥電商平臺、物流通道無人值守子系統(tǒng)、水泥全自動包裝子系統(tǒng)、產(chǎn)品流向監(jiān)控子系統(tǒng)的營銷物流管理系統(tǒng)。將互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)工廠訂單處理、產(chǎn)品發(fā)運、貨物流向監(jiān)控等業(yè)務(wù)流程無人化和數(shù)據(jù)應(yīng)用智能化， 提升服務(wù)質(zhì)量與效率、互動參與度以及便捷性， 為客戶提供更為方便、快捷的服務(wù)， 實現(xiàn)水泥傳統(tǒng)營銷、管理模式的創(chuàng)新和升級。

03、實施成效

海螺集團水泥智能工廠充分融合了生產(chǎn)工藝特征和海螺集團多年在生產(chǎn)過程管控方面深厚的工業(yè)積淀， 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的大平臺、大交換、大融合， 真正做到了生產(chǎn)工序操作全自動、過程分析全數(shù)據(jù)的智能化工廠。以2 條標準的5000t / d 生產(chǎn)線進行智能工廠綜合效能考核評測， 系統(tǒng)運行效果如下

（ 1 ) 數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)通過對礦體三維地質(zhì)建模、采剝編制、計算機優(yōu)化， 集成在線質(zhì)量分析與檢測等設(shè)備， 實現(xiàn)了自動化配礦和車輛智能調(diào)度， 每月可多搭配低品位礦石2 萬噸， 柴油消耗同比下降7 ％ ， 輪胎消耗同比下降36 ％ 。

（ 2 ） 專家自動操作系統(tǒng)通過“ 小幅多頻” 自動優(yōu)化控制代替人工操作， 使原料磨、回轉(zhuǎn)窯、煤磨、水泥磨、余熱發(fā)電機組等水泥生產(chǎn)主機設(shè)備始終逼近最佳狀態(tài)運行， 實現(xiàn)標準煤耗下降1.17Kg/t， 操作員勞動強度降低90 ％ ， 綜合在線達到98 ％ 以上， 產(chǎn)品穩(wěn)定性顯著提升。

（ 3 ） 智能質(zhì)量控制系統(tǒng)投運后， 入堆石灰石CaO 堆平均合格率提升7.2 ％ ， 熟料CaO 合格率提升3.67 ％ ， 熟料28 天強度上升1.10MPa。取消礦山化驗及部分過程樣品的人工取、制、檢工作， 大幅降低了取樣人員勞動強度和安全風(fēng)險。

（ 4 ） 設(shè)備管理及輔助巡檢系統(tǒng)投運行以后， 水泥燒成系統(tǒng)機電設(shè)備故障率下降70 ％ ，現(xiàn)場巡檢工作量下降40 ％ ， 設(shè)備運行周期延長37 ％ ， 專業(yè)用工優(yōu)化20 ％ 以上。

海螺集團水泥智能工廠實施后， 生產(chǎn)線設(shè)備自動化控制率達100 ％ 、生產(chǎn)效率提升21 ％ 、資源綜合利用率提升5 ％ ， 能源消耗下降1.2 ％ ， 質(zhì)量穩(wěn)定性提升3.7 ％ ， 工廠主要經(jīng)濟技術(shù)指標得到持續(xù)優(yōu)化， 員工勞動強度得到有效減輕， 取得了良好的經(jīng)濟及社會效益。

經(jīng)驗復(fù)制推廣

海螺集團水泥智能工廠在推廣過程中， 按照“ 整體規(guī)劃， 分批實施， 逐步推進” 的原則， 分階段逐系統(tǒng)推廣應(yīng)用。首先由各子公司根據(jù)自身實際情況提出智能化技術(shù)應(yīng)用需求， 各專業(yè)技術(shù)委員會組織進行評估論證， 最終決定各子公司實施的系統(tǒng)或平臺。在此基礎(chǔ)上， 集團公司根據(jù)各子公司實際生產(chǎn)情況和整體戰(zhàn)略規(guī)劃， 制定年度智能工廠推廣目標， 并列入年度經(jīng)營計劃予以執(zhí)行。

海螺集團水泥智能工廠試點成功以來， 在集團內(nèi)部快速啟動了推廣應(yīng)用工作。截至2020 年年底， 數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)已在安徽蕪湖、廣東英德和貴州貴定等地的11 家公司建成投用；專家自動操作系統(tǒng)已在安徽池州、江西弋陽、山東濟寧、湖南益陽、云南文山等地的25 家公司建成投用；智能質(zhì)量控制系統(tǒng)已在安徽池州、銅陵、樅陽、蕪湖等地的5 家千萬噸級特大型熟料基地開展建設(shè)實施；營銷物流管理系統(tǒng)已于2018 年底實現(xiàn)海螺集團所有水泥公司全覆蓋。經(jīng)初步測算， 預(yù)計智能工廠在海螺集團全面推廣完成后， 每年可節(jié)約標準煤近28 萬噸、降低柴油消耗約3500 噸、減排CO2 約100萬噸， 各類資源消耗降低及勞動生產(chǎn)率提升帶來的經(jīng)濟效益逾10 億元/ 年， 對水泥等傳統(tǒng)行業(yè)具有較好的借鑒意義。

體會與建議

01、體會

1 ． 以企業(yè)需求為導(dǎo)向， 加強企業(yè)需求與智能化技術(shù)的有效融合 

智能制造目前基本處于起步階段， 智能制造供應(yīng)商掌握技術(shù)， 但不熟悉行業(yè)業(yè)務(wù)流程和企業(yè)需求， 行業(yè)用戶理解需求， 但難以找到合適的智能制造解決方案和成熟產(chǎn)品，需要具有水泥行業(yè)豐富技術(shù)基礎(chǔ)的廠商與用戶進行有效溝通、深度融合。

2 ． 智能化建設(shè)永遠在路上， 需要持續(xù)的創(chuàng)新和技術(shù)迭代 

海螺集團水泥智能工廠取得了較好的經(jīng)濟和社會效益， 隨著應(yīng)用場景的不斷豐富和現(xiàn)場應(yīng)用條件的變化， 對智能工廠各系統(tǒng)的適應(yīng)性提出了新的挑戰(zhàn)， 需要運用新技術(shù)對智能工廠各系統(tǒng)進行持續(xù)不斷的創(chuàng)新和技術(shù)迭代升級。海螺集團對礦山開采無人駕駛和5G 技術(shù)在水泥生產(chǎn)的應(yīng)用場景研究進行了探索， 綜合運用大數(shù)據(jù)分析、人工智能和5G 技術(shù)， 持續(xù)開展智能工廠技術(shù)優(yōu)化和新技術(shù)應(yīng)用研究， 不斷提升智能化技術(shù)水平。

3 ． 智能化成效建立在生產(chǎn)線穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上， 需要在技術(shù)升級和管理變革方面進行持續(xù)性投入 

水泥行業(yè)屬于傳統(tǒng)流程行業(yè)， 近二十年得到了快速發(fā)展， 關(guān)鍵環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)了自動化控制， 但與智能制造的要求相比， 在設(shè)備信息采集、智能化程度等方面還有較大差距。

目前， 水泥工廠設(shè)備智能化改造資金投入較大， 部分改造還需要生產(chǎn)線停機方可進行，對生產(chǎn)線的運行影響較大， 一定程度上影響了智能制造項目的推廣， 需加強對智能制造的認識和管理力度。此外， 智能制造系統(tǒng)的順利實施和長期穩(wěn)定運行， 更需要持續(xù)的技術(shù)升級和與之相匹配的管理架構(gòu)、管理流程再造， 這些都需要企業(yè)進行人力、物力和財力的持續(xù)投入。

02、建議

隨著新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用， 水泥行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級、強化兩化深度融合、向智能化邁進己勢在必行。未來的水泥企業(yè)集團將會由單一生產(chǎn)水泥、熟料的制造型工廠，升級為涵蓋上下游產(chǎn)品的多業(yè)態(tài)水泥產(chǎn)業(yè)集群， 對資源綜合利用率、生產(chǎn)效率和成本管控方面的要求進一步提高， 水泥生產(chǎn)智能化將是解決企業(yè)痛點問題的重要途徑。

（ 1 ) 從整個水泥行業(yè)來看， 智能制造目前仍處于起步階段， 下一步應(yīng)繼續(xù)以水泥生產(chǎn)實際需求和痛點問題為導(dǎo)向， 加強技術(shù)研發(fā)和集成創(chuàng)新， 在自動尋優(yōu)、跨系統(tǒng)協(xié)同、機器人應(yīng)用、5G 及AI 等方面持續(xù)開展智能制造系統(tǒng)迭代升級， 并借鑒離散型行業(yè)智能制造技術(shù)及經(jīng)驗， 擴大智能制造應(yīng)用范圍， 提升水泥行業(yè)智能制造技術(shù)水平。

（ 2 ） 水泥智能工廠是建立在工廠穩(wěn)定運行基礎(chǔ)上更高層次的提升和優(yōu)化， 在實施智能工廠建設(shè)之前， 應(yīng)持續(xù)加大工藝、裝備及信息系統(tǒng)等方面的投入， 進一步提升物料輸送、設(shè)備監(jiān)控、DCS 、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等方面的穩(wěn)定性和可靠性， 為智能工廠的穩(wěn)定高效運行提供基礎(chǔ)條件。

（ 3 ） 鼓勵企業(yè)在現(xiàn)有的水泥智能工廠體系基礎(chǔ)上， 結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、5G+AI等新一代信息技術(shù)的前沿科研成果， 開展水泥智能工廠迭代升級等技術(shù)的攻關(guān)研發(fā)， 提高水泥行業(yè)整體智能化水平， 推動傳統(tǒng)制造向數(shù)字制造、智能制造轉(zhuǎn)型升級。

（ 4 ） 高度重視水泥工廠智能化核心技術(shù)和基礎(chǔ)軟件平臺的開發(fā)， 進一步加強對自主知識產(chǎn)權(quán)工業(yè)基礎(chǔ)軟件和智能裝備的研發(fā)和支持力度， 切實解決部分底層基礎(chǔ)軟件平臺和智能裝備系統(tǒng)的制約問題， 對全面提升我國水泥工業(yè)智能制造自主化水平有重大現(xiàn)實意義。

總體來看， 水泥智能制造技術(shù)本質(zhì)上是IT （ 信息技術(shù)） 和OT （ 運行技術(shù)） 的融合，關(guān)鍵是要立足于企業(yè)的實際需求， 利用最新和最適用的信息技術(shù)賦能企業(yè)的生產(chǎn)和管理， 提升企業(yè)生產(chǎn)和管理效益。作為水泥生產(chǎn)企業(yè)在開展智能制造系統(tǒng)建設(shè)時， 不能夠完全依賴系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商或者照搬照抄其他企業(yè)方案， 必須要從自身的實際需求出發(fā)， 并全程參與其中， 切實解決影響智能制造系統(tǒng)運行的設(shè)備、流程和管理問題， 才能夠充分發(fā)揮智能制造系統(tǒng)的效果。