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“互聯(lián)網(wǎng)+”將帶給中國鋁工業(yè)全面的技術(shù)革命
——訪湖南中大冶金設(shè)計(jì)研究院院長梁學(xué)民

7月8日，第十一屆中國國際鋁工業(yè)展覽會(huì)在上海開幕，中南大學(xué)教授、中大冶金設(shè)計(jì)研究院院長梁學(xué)民應(yīng)邀出席展會(huì)，參加了展會(huì)期間舉辦的“氧化鋁 電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展論壇”，并接受了中國有色金屬報(bào)記者的采訪。梁學(xué)民詳細(xì)闡述了“互聯(lián)網(wǎng)+”對電解鋁生產(chǎn)工藝及裝備的影響。

1 互聯(lián)網(wǎng)+鋁工業(yè)定義

什么是 “互聯(lián)網(wǎng)+”？通俗地說就是互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)，但這并不是簡單的兩者相加，而是利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。“互聯(lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維的進(jìn)一步實(shí)踐成果，它代表一種先進(jìn)的生產(chǎn)力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)形態(tài)不斷的發(fā)生演變。

“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)”即傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息通信技術(shù),改造原有產(chǎn)品及研發(fā)生產(chǎn)方式。

梁學(xué)民說，“互聯(lián)網(wǎng)+”對于我國鋁工業(yè)的影響，就如馬化騰所言“互聯(lián)網(wǎng)+”就像當(dāng)年電力對各行各業(yè)的影響一樣，“互聯(lián)網(wǎng)+”會(huì)帶給鋁工業(yè)革命性變化。

那么具體到“互聯(lián)網(wǎng)+”在鋁工業(yè)領(lǐng)域又是怎樣體現(xiàn)的呢？梁學(xué)民說，“互聯(lián)網(wǎng)+鋁工業(yè)”就是要實(shí)現(xiàn)鋁工業(yè)生產(chǎn)的高度智能化，實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)車間。說白了，“互聯(lián)網(wǎng)+鋁工業(yè)”也是鋁工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級。

梁學(xué)民說：“我國是一個(gè)鋁工業(yè)生產(chǎn)大國，甚至在電解鋁技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界鋁工業(yè)的前沿，但這并不說明我們在生產(chǎn)指標(biāo)領(lǐng)域沒有文章可作，我們要在“互聯(lián)網(wǎng)+”概念引導(dǎo)下加快實(shí)現(xiàn)鋁工業(yè)的智能化，有效利用大量的信息和數(shù)據(jù)，更好地加快鋁工業(yè)的發(fā)展。但若想真正的在現(xiàn)有電解鋁技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)據(jù)化和智能化，可能需要在每一個(gè)角落，每一個(gè)小的技術(shù)領(lǐng)域，甚至是邊邊角角都面臨著全面的技術(shù)革新。”

鋁工業(yè)作為傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)業(yè)，在接受新型思維和事物方面略顯滯后。在鋁工業(yè)展會(huì)現(xiàn)場記者也曾詢問了一些企業(yè)關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”對企業(yè)影響的思考，但多數(shù)被訪對象表示自己企業(yè)僅開通了微信平臺(tái)，另一部分企業(yè)表示已加入一些電商平臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品銷售，可見企業(yè)并沒有對“互聯(lián)網(wǎng)+”概念在鋁行業(yè)的影響充分理解，甚至出現(xiàn)了曲解。所以“互聯(lián)網(wǎng)+”對于目前我國鋁工業(yè)同仁來說，更重要的是理解和消化的過程。

梁學(xué)民說：“近來年，我們的科研工作更多地專注于技術(shù)難題的攻關(guān)，專注于技術(shù)指標(biāo)的提升，其實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”對生產(chǎn)、運(yùn)營、經(jīng)濟(jì)效益等方面的影響更加重要。當(dāng)前，對于“互聯(lián)網(wǎng)+”對鋁工業(yè)的影響，在行業(yè)內(nèi)還存在不同的認(rèn)識，比如說，相當(dāng)一部分專家認(rèn)為，“互聯(lián)網(wǎng)+”是一個(gè)比較虛的概念，跟傳統(tǒng)行業(yè)的結(jié)合也只能是在一些信息、情報(bào)、商務(wù)方面，真正對技術(shù)核心競爭力、效益的提升關(guān)系并不大，比較虛幻。”

梁學(xué)民也曾為此困惑過，在兩年前為其研究團(tuán)隊(duì)確定電解鋁生態(tài)和智能化的發(fā)展方向時(shí)就做了認(rèn)真的思考，兩年來，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的研究論證，梁學(xué)民堅(jiān)信“互聯(lián)網(wǎng)+”將會(huì)帶給鋁工業(yè)一場革命性的改變。

2 電解鋁行業(yè)更易與“互聯(lián)網(wǎng)+”相融合

“電解鋁行業(yè)作為模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的行業(yè)，更易于實(shí)現(xiàn)智能化操作，一個(gè)車間內(nèi)放置相同類型的電解槽數(shù)臺(tái)，每臺(tái)電解槽從事相同的生產(chǎn)工序，工作人員幾乎在重復(fù)相同的操作，同型號的設(shè)備，同質(zhì)化的生產(chǎn)，更利于智能化控制、信息化管理、大數(shù)據(jù)采集以及大數(shù)據(jù)分析?！彼粤簩W(xué)民認(rèn)為電解鋁行業(yè)更易于與“互聯(lián)網(wǎng)+”相融合。

梁學(xué)民說，電解鋁企業(yè)實(shí)力不同，發(fā)揮電解槽的效力也不盡相同。對于不同的企業(yè)，同一類型電解槽在內(nèi)部設(shè)計(jì)方面也是千差萬別的，這種差別作為同行以及專家也往往搞不清楚在哪兒。有些問題很嚴(yán)重，比如說電解槽使用壽命問題，有的企業(yè)電解槽使用很多年，有的則不然。更重要的是電解槽使用重大事故問題，同一類型的電解槽為什么會(huì)在一些企業(yè)安全運(yùn)行，而在另外一些企業(yè)就會(huì)發(fā)生事故？甚至是在同一個(gè)企業(yè)不同的車間事故也不一樣。對于這些常見的問題一直得不到解決，但假若是換作在“互聯(lián)網(wǎng)+”概念下再去思考解決辦法似乎就變得可行了。比如說，有一套專業(yè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過對這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集匯總，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，找出問題的關(guān)鍵所在，再進(jìn)行解決。如此一來，困擾產(chǎn)業(yè)多年的問題也就迎刃而解了，所以說平時(shí)生產(chǎn)工藝上各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集工作也是非常關(guān)鍵重要的，這就是“互聯(lián)網(wǎng)+”領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析在鋁行業(yè)的應(yīng)用。

“作為科研人員，原以為攻克一些核心技術(shù)就可以了，但實(shí)際上對于一個(gè)非常復(fù)雜的工業(yè)化系統(tǒng)來說，很多技術(shù)是千差萬別，大家的認(rèn)識也是不一樣，我們并不能及時(shí)把最好的經(jīng)驗(yàn)和最好的技術(shù)應(yīng)用到所有的企業(yè)中去，這就需要信息化、智能化的發(fā)展。”梁學(xué)民說。

企業(yè)生產(chǎn)安全問題是困擾電解鋁行業(yè)的大問題，過去重視不夠，如今，行業(yè)企業(yè)都很重視，但是30年前發(fā)生的問題仍然還會(huì)發(fā)生。這些事故想起來怵目驚心，往往也是企業(yè)負(fù)責(zé)人的心頭大患。

近來，梁學(xué)民一直在思考應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”概念去解決電解鋁行業(yè)生產(chǎn)過程中的安全問題。

梁學(xué)民說，如果用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維來解決電解鋁生產(chǎn)安全問題或許會(huì)有新的突破。梁學(xué)民例舉了四個(gè)方面的情況。

首先，問題定位。過去一個(gè)電解槽出現(xiàn)事故，表面上看來，可能是由于一個(gè)偶然因素造成的，如對電解槽的誤操作或者是風(fēng)險(xiǎn)控制不夠等等，但實(shí)際上造成電解鋁事故可能的原因很多，比如說在設(shè)計(jì)階段，由于槽體材料微差別或是電解槽設(shè)計(jì)的先天不合理性，可能已經(jīng)為安全事故埋下隱患，具體原因很難準(zhǔn)確的去下結(jié)論。甚至有多少套設(shè)備或是工廠存在類似或是相同的問題也難以知曉，究其原因十分復(fù)雜，單純地通過人工去找原因難以實(shí)現(xiàn)。如果采用數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的辦法，問題就很容易定位。第二，運(yùn)行控制。生產(chǎn)過程中的操作管理、運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)化控制，在什么操作情況下容易發(fā)生事故，比如常見的漏槽或是短路口爆炸等等這些事故如何去避免。第三，事故預(yù)防。就是電解槽出事故之先的預(yù)防措施還不夠，什么時(shí)候出事故不知道，這就涉及到我們的信息采集系統(tǒng)不完善，在生產(chǎn)過程中掌握的數(shù)據(jù)信息不夠，也就是我們的傳感器系統(tǒng)需待升級，引入“互聯(lián)網(wǎng)+”概念之后，這些問題就迎刃而解了。第四，就是為保證安全性，企業(yè)必須要有一套系統(tǒng)性的保障，當(dāng)然這跟我們規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步是分不開的。

梁學(xué)民說在以上四個(gè)方面，若結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，電解鋁廠的安全性將會(huì)得到一個(gè)很好的控制。這也是近期梁學(xué)民團(tuán)隊(duì)研究工作的重點(diǎn)。

3 打造電解鋁智能化工廠

“互聯(lián)網(wǎng)+”在電解鋁安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用只是其中的一部分，對整個(gè)電解鋁工業(yè)來說，“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用的意義就是要實(shí)現(xiàn)電解鋁智能化技術(shù)和電解鋁智能化裝備，最終打造電解鋁智能化工廠。

日前，由梁學(xué)民帶頭的由中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院和信息科學(xué)與工程學(xué)院組成的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)取得了初步的研究成果。在“氧化鋁 電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展論壇”上，梁學(xué)民作了《生態(tài)智能化鋁電解技術(shù)》研究報(bào)告，并提出了未來鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的兩大趨勢：即生態(tài)化和智能化。

梁學(xué)民說，電解鋁智能化包括智能化裝備制造和智能化技術(shù)，電解鋁智能化具有重要意義：電解鋁智能化是優(yōu)化工藝操作、提升技術(shù)指標(biāo)的需要；電解鋁智能化是減員增效、降低成本的需要；電解鋁智能化是提高企業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)安全保障的需要；電解鋁智能化是提高電解鋁管理水平的需要。所以要運(yùn)用工業(yè)流程“互聯(lián)網(wǎng)+”打造電解鋁智能化工廠。

在電解鋁智能化技術(shù)方面，包括電解槽智能控制技術(shù)(圖1)、智能化裝備制造技術(shù)(圖2)、電解鋁智能化設(shè)計(jì)技術(shù)、電解鋁生產(chǎn)安全智能化技術(shù)。比如，通過移動(dòng)智能終端-實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程管理電解槽(如圖3)；實(shí)現(xiàn)智能打殼下料裝置-實(shí)現(xiàn)按需下料(如圖4)等。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 智能化陽極加熱裝置

圖3 移動(dòng)智能終端-實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程管理電解槽

圖4 智能打殼下料裝置-實(shí)現(xiàn)按需下料

在電解槽槽型的設(shè)計(jì)方面，也要實(shí)現(xiàn)智能操作，電解槽內(nèi)襯結(jié)構(gòu)優(yōu)化，雙陽極改單極、電解鋁不停電技術(shù)、應(yīng)急短路技術(shù)等等。

目前我國大部分電解鋁廠都升級為大型鋁電解槽生產(chǎn)，大型鋁電解槽是一種多相多場交互作用下的復(fù)雜高溫電化學(xué)反應(yīng)器，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)特點(diǎn)：一、趨于鋁電解槽大型化。二、多相-多場強(qiáng)烈交互作用，高溫電化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜。三、高溫熔體腐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)致參數(shù)檢測困難。四、工藝參數(shù)多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)挖掘深度不夠。 梁學(xué)民認(rèn)為，鑒于我國大型化電解槽的特點(diǎn)，打造電解鋁智能化工廠十分有必要。

必要性一：從電解槽的角度出發(fā)，未來鋁電解槽的高效、穩(wěn)定運(yùn)行必須解決諸多參數(shù)綜合影響、大型化、槽狀態(tài)特性改變的難題。

從全廠的角度看，各車間均是一個(gè)既獨(dú)立又關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)單元，其功能與特性智能化方面的存在嚴(yán)重不足，見表1。

表1 各車間功能與特性智能化方面的不足

必要性二：鋁電解生產(chǎn)系統(tǒng)還包括多個(gè)輔助車間，為電解車間運(yùn)行提供必要的氧化鋁、氟化鹽、電、熱、氣等，以及產(chǎn)品鑄造、煙氣處理和槽大修等作業(yè)。從生產(chǎn)系統(tǒng)的角度出發(fā)，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)單元的協(xié)調(diào)配合、生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，對于發(fā)揮整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)資源的效率，是智能化工廠的又一重要工作。

必要性三：鋁電解企業(yè)大型化集團(tuán)化，但下屬企業(yè)間信息交流與融合不足，難以實(shí)現(xiàn)全集團(tuán)優(yōu)化決策，且未來人力資源匱乏，生產(chǎn)效率和控制水平有待提升。

所以，從科技研發(fā)、發(fā)展規(guī)劃、營銷運(yùn)營、市場信息、人力資源等建立公司(集團(tuán)級)智能化工廠體系更為重要。

既然建設(shè)鋁電解智能工廠如此重要，那理想中的鋁電解智能工廠又是什么樣子的呢？在梁學(xué)民的研究中，鋁電解智能工廠已經(jīng)有了大致的規(guī)劃。

梁學(xué)民說，基于云架構(gòu)的智能鋁電解廠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為集團(tuán)級和分廠級。其最顯著特點(diǎn)就是大數(shù)據(jù)、無人值守、移動(dòng)操控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。

目前，智能化工廠建設(shè)亟待開展的工作還很多。

第一，基于云架構(gòu)的工業(yè)化與信息化綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建。這其中包括分廠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建(提出分廠級的兩化融合基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的框架模型，完成電解分廠內(nèi)所有車間網(wǎng)絡(luò)的搭建，并建立分廠數(shù)據(jù)中心)和集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建(基于云架構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分廠數(shù)據(jù)中心與集團(tuán)數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng))。

第二， 智能物流系統(tǒng)的構(gòu)建。包括物流智能標(biāo)識與跟蹤(建立陽極炭塊、鋁液、大修的電解槽、氧化鋁、氟鹽、煙氣及天車運(yùn)行等各部分物流智能標(biāo)識及自動(dòng)追溯系統(tǒng))和物料管理信息化和智能化(優(yōu)化物料的成分配置、倉儲(chǔ)量與物流)。

第三，電解槽分布式信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用。通過數(shù)字化電解槽及與槽控機(jī)系統(tǒng)的對接，實(shí)現(xiàn)對電解槽的全方位智能化管理，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

第四，決策系統(tǒng)、虛擬工廠及遠(yuǎn)程管控。包括系列(分廠)決策系統(tǒng)(基于兩化綜合網(wǎng)絡(luò)所采集的全面海量數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)化專家知識，建立全廠生產(chǎn)管理、原料購置及產(chǎn)品銷售的智能化決策系統(tǒng)。)和數(shù)字化虛擬工廠(開展鋁電解工廠的三維虛擬現(xiàn)實(shí)建模，建立全集團(tuán)數(shù)字化虛擬工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程管理、下一代高水平工人培訓(xùn)的數(shù)字、虛擬化。)以及遠(yuǎn)程管控(利用電解鋁廠的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工序的移動(dòng)操控。

梁學(xué)民總結(jié)說，未來擬具體開展工作主要包括以下四個(gè)內(nèi)容。

第一，大數(shù)據(jù)條件下的數(shù)據(jù)深加工：針對兩化融合網(wǎng)絡(luò)所采集的海量數(shù)據(jù)開發(fā)智能數(shù)據(jù)融合方法，從而消除多傳感器信息之間可能存在的冗余和矛盾，并構(gòu)建各類型鋁電解數(shù)據(jù)倉庫。

第二，基于知識自動(dòng)化的決策與控制：研究各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的可控操作參數(shù)為優(yōu)化變量的智能集成優(yōu)化模型。

第三， 基于知識的機(jī)器人：基于鋁電解工藝與特性，開發(fā)出交互式自動(dòng)換極機(jī)器人與出鋁機(jī)器人。

第四，智能鋁電解工廠的全面實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)電解鋁廠的全部管、控、決策、物流等全面智能化。

4 推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+鋁工業(yè)”前行

聽著梁學(xué)民院長的描述，記者眼前似乎已經(jīng)出現(xiàn)了一幅未來電解鋁智能化工廠車間的生產(chǎn)畫面：車間安靜、見不到工人、各生產(chǎn)環(huán)節(jié)井然有序……

然而理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。事實(shí)上，“互聯(lián)網(wǎng)+”理念在鋁行業(yè)推行并不十分順利。

在當(dāng)前，更多人根本沒有理解“互聯(lián)網(wǎng)+”對傳統(tǒng)工業(yè)的意義，相比之下，企業(yè)更愿意相信硬件的改變對提升企業(yè)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的效果，一套設(shè)備或是一些能看得到的東西就覺得很有價(jià)值，若是一些軟件系統(tǒng)或是一些分析方法等就很難受到企業(yè)認(rèn)同和重視，其價(jià)值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能體現(xiàn)。這些問題讓梁學(xué)民及其團(tuán)隊(duì)在開展工作的時(shí)候感覺到困難。

但梁學(xué)民并沒有泄氣，他說，在電解鋁行業(yè)，電解槽很重要，但是真正伺候電解槽的設(shè)備很少，真正自動(dòng)化程度很低，這是很極端的一種情況，在電解鋁廠，電解槽幾乎占用了一個(gè)鋁廠投資60%多的成本，這么高的資產(chǎn)密集度，其重要性可想而知，其裝備智能化豈容忽視，在過去我們主要用人工去管理，確確實(shí)實(shí)很難達(dá)到高效率，若換作配套的自動(dòng)化系統(tǒng)操作，則更能發(fā)揮其功效。

另一方面電解鋁行業(yè)中一些崗位工作條件相當(dāng)艱苦，也很危險(xiǎn)，而對這些問題若是實(shí)現(xiàn)智能化，就完全由機(jī)器人替代，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，則是實(shí)現(xiàn)革命性的進(jìn)步。當(dāng)然要真正得以實(shí)現(xiàn)，不可能一蹴而就，還任重道遠(yuǎn)，需要行業(yè)同仁的共同努力。

梁學(xué)民深信，生態(tài)化和智能化是未來電解鋁企業(yè)生存發(fā)展的大勢所趨。電解鋁生態(tài)化技術(shù)的發(fā)展，使得實(shí)現(xiàn)電解鋁廢棄物資源化、無害化生產(chǎn)指日可待。而“互聯(lián)網(wǎng)+”將深入電解鋁生產(chǎn)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)各個(gè)環(huán)節(jié)，帶給電解鋁一場革命。在電解鋁設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和運(yùn)營管理智能化基礎(chǔ)上，建立電解鋁智能化工廠將大大提高電解鋁廠的運(yùn)營效率和電解鋁企業(yè)的競爭力。

轉(zhuǎn)自《中國有色金屬報(bào)》2015-07-14