李珊珊

華潤水泥控股有限公司，廣東深圳，518001

0 引言

基于工信部所頒布文件《建材工業(yè)智能制造數(shù)字轉(zhuǎn)型行動計劃（2021-2023年）》可知，智能化、數(shù)字化的生產(chǎn)流程已經(jīng)成為水泥建造領域現(xiàn)階段最為主要的創(chuàng)新與改革方向。并且在未來，水泥工廠還需要將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等各項技術(shù)滲透進其生產(chǎn)流程之中，逐步落實現(xiàn)代化、智能化的水泥生產(chǎn)標準。并以清潔材料、高效生產(chǎn)為最終目標，助力我國社會早日達成“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略發(fā)展目標。在降低水泥生產(chǎn)資源損耗的同時，為全社會的可持續(xù)發(fā)展源源不斷地提供更清潔、安全、優(yōu)質(zhì)的水泥材料。

1 智能制造在水泥工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的價值

1.1 智能制造簡述

智能制造是集數(shù)字化技術(shù)、智能技術(shù)以及現(xiàn)代化信息技術(shù)等多種技術(shù)優(yōu)勢于一體的新型制造概念。智能制造主要面向產(chǎn)品設計、生產(chǎn)以及售賣等全生命周期環(huán)節(jié)，具有信息感知、全程監(jiān)控、高執(zhí)行力等優(yōu)勢，能夠為相關制造廠商提供更高效、穩(wěn)定、安全、靈活、清潔、個性化以及低風險的產(chǎn)品制造服務[1-2]。

1.2 智能制造價值分析

多元化的信息技術(shù)與數(shù)字技術(shù)是智能制造運行的基礎，將相應的技術(shù)硬軟件應用于生產(chǎn)企業(yè)之中，能夠有效摒棄傳統(tǒng)生產(chǎn)、制造過程中的信息傳遞成本以及運行負荷。首先，智能制造有助于升級水泥工廠生產(chǎn)安全性，落實EHS管理體系[3]。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通信技術(shù)等構(gòu)建水泥工廠權(quán)限監(jiān)督與預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)車間、運輸車輛、生產(chǎn)工人等各方面的跟蹤監(jiān)督，精準檢測并預警生產(chǎn)中的各類風險隱患因素，避免危險事故的發(fā)生。依托虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建“線上+線下”“虛擬與現(xiàn)實”于一體的培訓體系，助力安全生產(chǎn)目標的實現(xiàn)；其次，智能制造有助于優(yōu)化水泥工廠生產(chǎn)效率與質(zhì)量[4]。結(jié)合現(xiàn)代化技術(shù)優(yōu)化既有配料系統(tǒng)，落實對水泥生料、熟料以及水泥生產(chǎn)工序的自動檢測、配料與優(yōu)化調(diào)整，有效提升生產(chǎn)效率、降低勞動強度；再次，依托于智能化生產(chǎn)技術(shù)，輔以能源管理系統(tǒng)，有助于深化水泥工廠的“綠色化”轉(zhuǎn)型，同步降低水泥生產(chǎn)與加工的能源損耗；最后，基于數(shù)字化營銷平臺以及智能物流系統(tǒng)，落實高效、穩(wěn)定的水泥產(chǎn)品運輸與銷售工作，帶動供應鏈上下游企業(yè)協(xié)同發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)完善與轉(zhuǎn)型[5]。

2 基于實例的智能制造數(shù)字化水泥工廠架構(gòu)分析

對某水泥工廠的數(shù)字化系統(tǒng)展開分析，依照分層結(jié)構(gòu)進行設計，以水泥工廠智能制造規(guī)劃為起點，結(jié)合智能化水泥工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，構(gòu)建包含智能設備管理、數(shù)字化生產(chǎn)、智能監(jiān)控與管理、智能物流等數(shù)字化智慧服務功能模塊的數(shù)字化水泥工廠。

并進一步實現(xiàn)不同層級模塊的功能優(yōu)勢，應用智能制造的數(shù)字化水泥工廠功能架構(gòu)如圖1所示。各模塊的實際功能可參考表1。

圖1 數(shù)字化水泥工廠功能架構(gòu)

表1 數(shù)字化水泥工廠系統(tǒng)各模塊的實際功能

3 智能制造在水泥工廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的實際應用效果分析

某水泥工廠結(jié)合智能制造以及數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建新型干法水泥熟料生產(chǎn)線路，計劃日產(chǎn)水泥熟料4000t。該項目中，智能制造以及數(shù)字化技術(shù)貫穿于水泥工廠的設計、生產(chǎn)加工、云文管理、交通運輸以及銷售、售后服務等各個環(huán)節(jié)。重點利用智能化系統(tǒng)“NC-CPIS”，對生產(chǎn)線路中的煤磨、水泥磨、原料磨等機械設備進行智能化管控與監(jiān)督，同步對設備參數(shù)、工藝技術(shù)以及系統(tǒng)故障檢測程序進行優(yōu)化調(diào)整，落實全流程智能控制。

基于生產(chǎn)過程進行分析，本項目中數(shù)字化生產(chǎn)設備主要包含石灰石等原料的自動堆料/取料設備；水泥輔料自動堆料/取料設備；綜合倉庫自動堆料/取料設備；自動插袋機、遠程控制包裝設備以及智能化裝車機等。依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、4G/5G通信技術(shù)、GIS等智慧技術(shù)，借助智能傳感裝置、在線監(jiān)測與分析技術(shù)、車間內(nèi)智能巡航機器人等先進設備，實現(xiàn)對數(shù)字化水泥生產(chǎn)與運輸流程的遠程監(jiān)控與智慧化控制。

基于智能化質(zhì)量控制層面進行分析。本項目主要利用在線分析儀以及線上數(shù)據(jù)檢測、處理系統(tǒng)等對水泥生產(chǎn)過程的質(zhì)量進行監(jiān)督控制。借助窯專家優(yōu)化系統(tǒng)、能源控制系統(tǒng)、配電線路檢測系統(tǒng)以及各類型水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制系統(tǒng)等，重點參考行業(yè)內(nèi)專業(yè)學者生產(chǎn)加工經(jīng)驗，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)以及人工智能算法模型等自動生成多種適用于水泥生產(chǎn)的設備、線路控制策略，對不同情境、不同需求下的水泥生產(chǎn)線路進行個性化、動態(tài)化監(jiān)督與控制。

在整體系統(tǒng)運行穩(wěn)定的情況下，數(shù)字化水泥生產(chǎn)過程中系統(tǒng)會基于生產(chǎn)質(zhì)量、能源損耗等各項需求自動生成各項數(shù)據(jù)報表。以此為相關工作人員提供更及時、精準的數(shù)據(jù)參考，進一步優(yōu)化數(shù)字化水泥生產(chǎn)與管理效率。項目進行中，數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)所自動生成的生產(chǎn)效應報表可見表2。

表2 項目生產(chǎn)指標效果

4 結(jié)論

應用智能制造構(gòu)建的水泥工廠在完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型后主要達成效果有：①降低1.5%～3.0%的煤炭燃料消耗；②降低2%左右的電力損耗；③在相關系統(tǒng)的作用下，生產(chǎn)設備的運行效率獲得近99%的提升；④數(shù)字化設計、生產(chǎn)與運輸系統(tǒng)進一步升級了各環(huán)節(jié)的工作效率與質(zhì)量，同時降低了基層操作員以及實驗人員的勞動強度，下降程度根據(jù)作業(yè)情況的不同分別下降90%以及25%。

應用智能制造構(gòu)建的水泥工廠在完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型后達成的節(jié)能減排效果有：①熟料生產(chǎn)年均可節(jié)省150萬t熟料×23=3450萬kWh電量、水泥生產(chǎn)可節(jié)省180萬t×8=1440萬kWh電量；②燃煤年均可降低約7.38萬t的碳排放、耗電年均可降低約4.2054萬t的碳排放。煤電年均降低碳排放量為11.5854萬t；③水泥工廠生產(chǎn)效率有效提升24%左右、能源利用率提升15%左右、降低生產(chǎn)與運營成本13%左右。

可知，智能制造有助于實現(xiàn)水泥工廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助力相關設計、管理、生產(chǎn)、物流等環(huán)節(jié)的智能化、高效化、節(jié)能化、自動化升級，在經(jīng)驗積累中共同助力綠色低碳制造，推動水泥行業(yè)向高端化智能化綠色化發(fā)展。