穆加會：水泥產(chǎn)業(yè)智能制造相關(guān)技術(shù)探討

　　3月15日，由中國水泥網(wǎng)主辦的“2019中國水泥產(chǎn)業(yè)峰會暨TOP100頒獎典禮”在杭州召開！此次會議以“與改革開放同行 共創(chuàng)大時代”為主題。峰會為智能制造提供專場，供業(yè)內(nèi)人士交流。中國中材國際工程股份有限公司（南京）穆加會從以下四個方面對水泥產(chǎn)業(yè)智能制造相關(guān)技術(shù)展開探討。

　　一、水泥產(chǎn)業(yè)智能制造及智能化水泥工廠

　　水泥產(chǎn)業(yè)智能制造是當下水泥產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大革命。它是新一代信息通信技術(shù)與先進制造技術(shù)的深度融合，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)，具有自感知、自學習、自控制、自決策、自執(zhí)行等功能的新型生產(chǎn)方式。

　　智能化水泥工廠是水泥產(chǎn)業(yè)智能制造的主要載體。智能化水泥工廠建設(shè)主要包括從智能規(guī)劃開始，涵蓋了智能控制、智能管理、智能物流、智能分析和智能服務(wù)等方面內(nèi)容，通過智能化水泥工廠的建設(shè)，以此來實現(xiàn)水泥產(chǎn)業(yè)的智能制造。

　　1、智能規(guī)劃

　　智能規(guī)劃即通過完成生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)及相關(guān)管理數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通、數(shù)據(jù)互通及業(yè)務(wù)打通，從而消除信息孤島，實現(xiàn)智能化水泥工廠數(shù)字化設(shè)計，為大數(shù)據(jù)分析奠定基礎(chǔ)條件。

　　2、智能控制

　　智能控制即結(jié)合工藝設(shè)計、電氣自動化設(shè)計、水、暖通等專業(yè)設(shè)計要求，實現(xiàn)了質(zhì)量控制要求、DCS系統(tǒng)控制要求、智能設(shè)備選擇、智能傳感及智能檢測應用、專家優(yōu)化等多種技術(shù)的綜合設(shè)計，是實現(xiàn)提質(zhì)、增效、降耗的重要措施。

　　3、智能管理

　　智能管理涵蓋采購、銷售、生產(chǎn)管理、能源管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、庫存管理、備品備件、礦山、移動發(fā)布等?？商嵘齽趧由a(chǎn)率、降低管理成本。

　　4、智能物流

　　智能物流系統(tǒng)即通過采購、銷售、質(zhì)量、控制及財務(wù)的智能化無縫集成，實現(xiàn)地磅房無人值守，減少水泥廠由于人員或流程的因素出現(xiàn)的作弊現(xiàn)象和操作問題。既提高了稱重效率又提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

　　5、智能分析

　　多維度智能分析包括生產(chǎn)主題、庫存主題、質(zhì)量主題、設(shè)備主題、供應主題、銷售主題、能源主題等。

　　1）、生產(chǎn)主題：生產(chǎn)完成率及排名、生產(chǎn)主要經(jīng)營指標對標、生產(chǎn)質(zhì)量日、月報表、熟料生產(chǎn)能耗分析、水泥生產(chǎn)能耗分析、維修費用分析、績效考核。

　　2）、庫存主題：原料庫存、生產(chǎn)庫存、熟料庫存、水泥庫情況。

　　3）、質(zhì)量主題：生產(chǎn)過程化驗、燃料化驗、物檢、出廠水泥化驗、自動生成各類分析報表，包括質(zhì)量日報表、SPC趨勢圖等，為生產(chǎn)、質(zhì)量部門的決策提供依據(jù)。

　　4）、設(shè)備主題：設(shè)備臺賬、設(shè)備維修、設(shè)備保養(yǎng)、備品備件管理、大小修、設(shè)備監(jiān)控關(guān)停機、OEE分析等綜合分析。

　　5）、供應主題：原燃材料采購完成率及經(jīng)濟指標分析、備品配件完成率及經(jīng)濟指標分析。

　　6）、銷售主題：銷售完成率排名表、計劃與實際銷售對比表、銷售開票平均價分析、銷售同期對比、銷售主要經(jīng)濟指標分析。

　　7）、能源主題：主要經(jīng)濟指標分析、成本量化分析、能耗分析、環(huán)境指標分析 。智能分析助力水泥企業(yè)經(jīng)營管理決策包含且不局限于以上分析。

　　8）、智能服務(wù)：包含了生產(chǎn)遠程服務(wù)平臺及工業(yè)數(shù)字化智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。生產(chǎn)遠程服務(wù)平臺改變生產(chǎn)運維方式及服務(wù)模式。工業(yè)數(shù)字化智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對部分生產(chǎn)、安全等場景利用智能識別技術(shù)，自動實現(xiàn)預警功能，進一步減少了人工干預，提高了實時性。

　　二、智能化水泥工廠與數(shù)字化智能型控制

　　數(shù)字化智能型控制技術(shù)要求及第二代新型干法水泥示范生產(chǎn)線技術(shù)要求包含了數(shù)據(jù)采集、智能控制、質(zhì)量控制、能源管理、信息化管理等部分智能化水泥工廠的技術(shù)要求。

　　關(guān)于崗位定員，影響崗位定員的可能因素為工廠管理模式  、智能裝備水平 、智能控制水平、信息化管理水平、人員素質(zhì)。

　　三、數(shù)字化水泥工廠-元數(shù)據(jù)

　?。ㄒ唬?、數(shù)字工廠

　　IEC給出的數(shù)字工廠的定義是：數(shù)字工廠是數(shù)字模型、方法和工具的綜合網(wǎng)絡(luò)（包括仿真和3D虛擬現(xiàn)實可視化），通過連續(xù)的沒有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。

　　它是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計算機仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

　　簡單來說，數(shù)字工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)字模型、方法和工具的綜合網(wǎng)絡(luò)。

　?。ǘ?、元數(shù)據(jù)

　　《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》（2018年版）指出“元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典標準用于規(guī)定智能制造產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)涉及的元數(shù)據(jù)命名規(guī)則、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)元素和注冊要求、數(shù)據(jù)字典建立方法，為智能制造各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集成、交互共享奠定基礎(chǔ)?！?/p>

　　根據(jù)《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》（2018年版）文件精神，元數(shù)據(jù)指的是在智能制造產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

　　水泥工廠的元數(shù)據(jù)是指能夠準確反應水泥工廠的設(shè)計、工藝過程、設(shè)備、質(zhì)量、生產(chǎn)、采購、銷售、管理等整個生產(chǎn)活動過程的數(shù)據(jù)要求。具體的數(shù)據(jù)表現(xiàn)：直接數(shù)據(jù)、視覺感知數(shù)據(jù)及文本數(shù)據(jù)等等

　　因此，如何打造智能化水泥工廠的元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典是水泥行業(yè)面臨的一項很重要的基礎(chǔ)工作。

　?。ㄈ?、方法和要求

　　用于獲得測量、分析、控制等水泥工業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的手段采用智能傳感器、自動識別系統(tǒng)等以及非接觸式感知設(shè)備自動識別目標對象及數(shù)據(jù)采集，處理好數(shù)據(jù)采集與交換過程中的數(shù)據(jù)格式、程序接口的統(tǒng)一問題，確保編碼的一致性。處理好數(shù)據(jù)交互時，所使用的智能傳感器、自動識別系統(tǒng)、工業(yè)機器人等智能裝備的信息模型、數(shù)據(jù)字典、通信協(xié)議、接口、集成和互聯(lián)互通、優(yōu)化等的技術(shù)要求，處理好智能生產(chǎn)過程中智能裝備之間，以及智能裝備與智能化產(chǎn)品、物流系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、工業(yè)軟件、工業(yè)云平臺之間數(shù)據(jù)共享和互聯(lián)互通的問題。

　　（四）、智能化水泥工廠元數(shù)據(jù)

　　智能化水泥工廠元數(shù)據(jù)的實現(xiàn)需結(jié)合工藝、設(shè)備、電氣自動化、水、暖動、土建（建筑、結(jié)構(gòu)）余熱發(fā)電等專業(yè)設(shè)計要求，采購、銷售、財務(wù)、人員等管理數(shù)據(jù)要求，結(jié)合智能傳感、智能識別、在線檢測、軟件集成等多種采集設(shè)備與產(chǎn)品，保證數(shù)據(jù)的實用性、有效性、代表性、數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的定義與規(guī)劃，是實現(xiàn)數(shù)字化工廠、智能化及水泥產(chǎn)業(yè)智能制造大數(shù)據(jù)分析的一個非常重要的基礎(chǔ)條件，專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的規(guī)范化要求，對于老的水泥工廠智能化改造以及新工廠的智能化設(shè)計及相關(guān)設(shè)備的選型、采購具有非常重要的意義。另外，信息數(shù)據(jù)的數(shù)量并非是無限制的數(shù)據(jù)累積，必須保證信息數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)、智能識別等）的價值性、有效性和完整性。

　　建立智能化水泥工廠元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)字典標準，規(guī)定水泥產(chǎn)業(yè)智能制造產(chǎn)品在設(shè)計、生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)涉及的元數(shù)據(jù)命名規(guī)則、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)元素和注冊要求、數(shù)據(jù)字典，為水泥產(chǎn)業(yè)智能制造各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集成、交互共享奠定基礎(chǔ)。

　　中材國際（南京）已經(jīng)結(jié)合工藝專業(yè)、設(shè)備專業(yè)、電氣自動化專業(yè)、水專業(yè)、暖動專業(yè)根據(jù)智能化水泥工廠的設(shè)計要求，做了初步研究，并將初步研究成果應用到了具體的設(shè)計項目中。

　　四、智能化水泥工廠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)探討及案例分享

　　智能化水泥工廠網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括四個部分，分別為：Digital Twin、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IOT和CPS。

　　（一）、Digital Twin：數(shù)字化雙胞胎

　　數(shù)字化雙胞胎，是指以數(shù)字化方式拷貝一個物理對象，模擬對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為，對產(chǎn)品、制造過程乃至整個工廠進行虛擬仿真，從而提高制造企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率?；谠萍夹g(shù)的平臺解決方案的出現(xiàn)，建立起了所有邊緣都與云建立聯(lián)系，開啟了“全物聯(lián)網(wǎng)”時代，感知無所不在、連接無所不在，數(shù)據(jù)就一定無所不在，使得“數(shù)字化雙胞胎”概念進入了工業(yè)生產(chǎn)云平臺解決方案。

　　西門子提出的“數(shù)字化雙胞胎”模型概念的是，基于數(shù)字模型的虛擬企業(yè)和基于自動化技術(shù)的現(xiàn)實企業(yè)鏡像，即“現(xiàn)實”與“虛擬”結(jié)合，“數(shù)字化雙胞胎”包括“產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎”、“生產(chǎn)工藝流程數(shù)字化雙胞胎”和“設(shè)備數(shù)字化雙胞胎”。

　　目前中國制造業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合，使得中國制造競爭力得到大幅提升。未來，數(shù)字雙胞胎也可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)處理和人工智能建模分析，實現(xiàn)對過去發(fā)生問題的診斷、當前狀態(tài)的評估以及未來趨勢的預測，并給予分析結(jié)果，模擬各種可能性，提供更全面的決策支持。

　　Digital Twin是水泥行業(yè)智能制造下一步的發(fā)展方向，但是當前還是需要做好最基礎(chǔ)的工作。

　　（二）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

　　建立目前合適的智能化水泥工廠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及安全設(shè)計，真正為數(shù)據(jù)體現(xiàn)價值奠定基礎(chǔ)，避免產(chǎn)生信息孤島。

　　《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》（2018年版）關(guān)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標準要求，主要包括體系架構(gòu)、組網(wǎng)與并聯(lián)技術(shù)和資源管理，其中體系架構(gòu)包括總體框架、工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、工廠外網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)演進增強技術(shù)等；組網(wǎng)與并聯(lián)技術(shù)包括工廠內(nèi)部不同層級的組網(wǎng)技術(shù)，工廠與設(shè)計、制造、供應鏈、用戶等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)之間的互聯(lián)技術(shù)；資源管理包括地址、頻譜等，但智能制造中工業(yè)網(wǎng)絡(luò)僅包括工業(yè)無線通信和工業(yè)有線通信。

　　1.智能化水泥工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)：

　　1）、智能化水泥工廠網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)要求：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通、數(shù)據(jù)互通、業(yè)務(wù)打通。

　　2）、智能化水泥工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計：設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)、控制層網(wǎng)絡(luò)、管理層網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與設(shè)計、支持TCP/IP、4G、WIFI等技術(shù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與系統(tǒng)。

　　3）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性措施：硬件防火墻、軟件系統(tǒng)授權(quán)機制、網(wǎng)閘

　　2.智能化水泥工廠工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)案例分享：

　　1）、核心網(wǎng)

　　核心網(wǎng)位于中心機房，主要設(shè)備是互為備用的萬兆核心交換機、防火墻，核心網(wǎng)通過防火墻連接至業(yè)務(wù)樓的三層交換機。系統(tǒng)的主要服務(wù)器與核心交換機連接，包括平臺應用服務(wù)器，設(shè)備管理服務(wù)器，遠程監(jiān)控服務(wù)器，能源管理服務(wù)器等。

　　核心網(wǎng)的另一個主要功能是對外連接辦公網(wǎng)絡(luò)，集團網(wǎng)絡(luò)以及外網(wǎng)。為各類客戶端對服務(wù)器的訪問提供支持。

　　2）、數(shù)據(jù)采集交換機

　　數(shù)據(jù)采集交換機位于中心機房，主要設(shè)備是千兆網(wǎng)交換機。主要接入生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)域（電氣室）的水電氣表的采集器、生產(chǎn)現(xiàn)場區(qū)域（電氣室）的設(shè)備診斷采集器、物流數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。與核心網(wǎng)相連，為主要的服務(wù)器傳輸現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

　　（三）、IoT：物聯(lián)網(wǎng)

　　IoT（Internet of things）：物聯(lián)網(wǎng)，是指通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應用拓展，物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)是一個“中國制造”的概念，中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟將物聯(lián)網(wǎng)的定義為當下幾乎所有技術(shù)與計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)物體與物體之間：環(huán)境以及狀態(tài)信息實時的實時共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行。廣義上說，當下涉及到信息技術(shù)的應用，都可以納入物聯(lián)網(wǎng)的范疇。物聯(lián)網(wǎng)具有：智能、先進、互聯(lián)的三個重要特征。

　?。ㄋ模?、CPS：物理信息融合系統(tǒng)

　　CPS（Cyber-PhysicalSystem）：物理信息融合系統(tǒng)，是德國工業(yè)4.0（Industry4.0）中的一個非常重要的組成部分。CPS是指利用物理信息融合系統(tǒng)將生產(chǎn)中的供應，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達到快速，有效，個人化的產(chǎn)品供應。

　　工業(yè)4.0的一個關(guān)鍵點，就是“原材料（物質(zhì)）”=“信息”。準確來說，是智能工廠中使用了含有信息的“原材料”，實現(xiàn)了“原材料（物質(zhì)）”=“信息”。

　　水泥產(chǎn)業(yè)智能制造與智能化水泥工廠的建設(shè)要以可靠的設(shè)備、穩(wěn)定的原燃材料、精確的檢測儀器、儀表和可靠穩(wěn)定的自動化為基礎(chǔ)條件，利用元數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、CPS等現(xiàn)代技術(shù)，完成傳統(tǒng)水泥產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，進而達到改善勞動條件、減少人工干預、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品能耗、提升管理效能的目標。