[摘 要]運用人工智能和信息網(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，已成為我國水泥行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。海螺集團聚焦生產(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)，按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準，以數(shù)字工廠建設(shè)為目標，建成了行業(yè)首個包含智能生產(chǎn)、智能運維和智慧管理三大平臺的水泥生產(chǎn)全流程智能化工廠，并迅速推廣應(yīng)用，初步形成了“以智能生產(chǎn)為核心、以運行維護作保障、以智慧管理促經(jīng)營”的水泥生產(chǎn)全流程智能制造模式，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮了標桿引領(lǐng)作用。

[關(guān)鍵詞]水泥生產(chǎn)；智能制造；轉(zhuǎn)型升級

一、實施背景

目前，水泥行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，企業(yè)信息化、自動化和智能化水平參差不齊，亟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，以解決資源、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。

運用人工智能和信息網(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，已成為我國水泥行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵。

安徽海螺集團有限責(zé)任公司（簡稱“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。

30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，促進了水泥產(chǎn)業(yè)的高標準化和集團高速發(fā)展，也為集團水泥智能工廠建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。

近年來，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)，按照工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準，以數(shù)字工廠建設(shè)為目標，建成了行業(yè)首個水泥生產(chǎn)全流程智能化工廠，并快速推廣應(yīng)用，初步形成了集團水泥智能工廠集群。（見圖1）

二、主要做法

海螺集團采用自主研發(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，并運用5G+AI等最新技術(shù)持續(xù)迭代升級，不斷提升智能工廠技術(shù)及應(yīng)用水平。

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，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)。

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

智能生產(chǎn)平臺包括數(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)。該平臺在行業(yè)率先構(gòu)建了“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)

該系統(tǒng)涵蓋了礦山三維建模、中長期采礦計劃、爆破、取樣化驗、采礦日計劃、精細化配礦、GPS車輛調(diào)度、礦車無人駕駛、卡車裝載量監(jiān)量、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)了三維采礦的智能設(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，解決了水泥企業(yè)在礦山生產(chǎn)方面存在的配礦、監(jiān)督和管理問題，提高了礦山生產(chǎn)效率、資源利用率和安全保障。

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、粉磨壓片一體機等全自動制樣設(shè)備進行制樣，并由中子活化在線分析、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)合海螺多年來的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，還開發(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)了對原料、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。（見圖2）

3.專家自動操作系統(tǒng)

該系統(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，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，建立海螺集團水泥生產(chǎn)知識庫，搭建最符合水泥生產(chǎn)的專家自動操作系統(tǒng)。

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)。（見圖3）

（二）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)?！钡奶攸c。

1.設(shè)備管理及輔助巡檢系統(tǒng)

該系統(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。

同時，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)備在線監(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。

能源管理系統(tǒng)，通過對水泥生產(chǎn)過程的用煤、用電、用油等能源消耗數(shù)據(jù)進行在線收集、實時傳輸，并結(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)，對各工序電耗進行統(tǒng)計、分析，對噸石灰石、噸熟料、噸水泥能耗進行對標分析，以及對能源指標數(shù)據(jù)的橫向比較等，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)。按照原國家安監(jiān)總局下發(fā)的《企業(yè)安全生產(chǎn)標準化基本規(guī)范》和《冶金等工貿(mào)行業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)標準（試行）》等規(guī)定要求，海螺集團以“集團、二級子公司、三級子公司”為架構(gòu)，以“四大要素、八大指標”為綱要，開發(fā)了安全環(huán)保管理系統(tǒng)。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)保參與者等多維度出發(fā)，圍繞“事前、事中、事后”三條業(yè)務(wù)主線，通過信息化技術(shù)手段，幫助企業(yè)建立“日常監(jiān)管、提前預(yù)警、事中救援、事后提高”的涵蓋安全環(huán)保管理全過程的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

（三）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，構(gòu)建以產(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)計等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)全過程管理平臺，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，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，使得企業(yè)始終以最優(yōu)化、最經(jīng)濟的方式生產(chǎn)。

2.營銷物流管理系統(tǒng)

傳統(tǒng)的水泥工廠都設(shè)有銷售大廳，車輛排隊簽單、開票，工作既耗時又繁瑣。

通過“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建包含水泥電商平臺、物流通道無人值守、水泥全自動包裝、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。

三、實施成效

（一）經(jīng)濟效益

海螺集團水泥智能工廠充分融合了生產(chǎn)工藝特征和集團多年在生產(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)的智能化生產(chǎn)。

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：

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，每年可多搭配低品位礦石34萬噸，柴油消耗同比下降3%，輪胎消耗同比下降36%。

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)熟料產(chǎn)量提升6.6%，標準煤耗下降5.58kg/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。

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7.22%，熟料f- CaO合格率提升3.52%，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。

設(shè)備管理及輔助巡檢系統(tǒng)投入運行以后，水泥燒成系統(tǒng)機電設(shè)備故障率下降70%，備件消耗下降20%，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建成實施后，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)濟效益。生產(chǎn)線設(shè)備自動化控制率達100%、勞動生產(chǎn)率提升30.89%、資源綜合利用率提升5%，能源消耗下降5.2%，質(zhì)量穩(wěn)定性提升3.7%；各類資源消耗下降及勞動生產(chǎn)率提升帶來的經(jīng)濟效益每年達7650.95萬元。預(yù)計，水泥智能工廠在集團全面推廣完成后，各類資源消耗及勞動生產(chǎn)率提升帶來的經(jīng)濟效益每年逾10億元，對水泥等傳統(tǒng)行業(yè)具有較好的借鑒意義。

（二）社會效益

海螺集團水泥智能工廠建設(shè)，在水泥行業(yè)首次實現(xiàn)了全流程智能化技術(shù)應(yīng)用，通過裝備智能化、生產(chǎn)管控智能化和商業(yè)智能化的深度融合，促進了水泥行業(yè)發(fā)展的信息化和智能化，推動了水泥企業(yè)生產(chǎn)方式的變革，對我國水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

通過建設(shè)由數(shù)字化礦山管理系統(tǒng)、專家優(yōu)化控制系統(tǒng)以及智能質(zhì)量管理系統(tǒng)組成的智能生產(chǎn)平臺，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)全過程的三維地質(zhì)建模、采剝編制、計算機優(yōu)化、小頻多幅自動調(diào)整、在線質(zhì)量分析與檢測等智能制造模式和方法，有效提升了能源資源的綜合利用率。以全椒海螺為例，系統(tǒng)投運后每年可多搭配低品位石灰石34萬噸，節(jié)約標準煤耗2.24萬噸。若在全國推廣落地后，預(yù)計每年可多搭配低品位石灰石1.29億噸，節(jié)約標準煤849萬噸。

智能化管控技術(shù)的應(yīng)用減少了水泥生產(chǎn)過程中的溫室氣體排放，增強了對工業(yè)廢棄物的處理能力。以全椒海螺工廠為例進行測算，系統(tǒng)投運后每年可減排二氧化碳2.95萬噸，多消納煤矸石、粉煤灰、脫硫石膏等工業(yè)廢渣16萬噸；若在全國推廣落地后，預(yù)計每年可減排二氧化碳1118萬噸、多消納工業(yè)廢渣6000萬噸，有力地促進了水泥行業(yè)向綠色制造邁進。

四、思考探討

隨著新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，水泥行業(yè)邁向智能化已勢在必行。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將進一步提高。

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，提升水泥工業(yè)智能制造技術(shù)水平，持續(xù)保持行業(yè)領(lǐng)先地位。

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系統(tǒng)、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。

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、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺搭建等技術(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。

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“卡脖子”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。

總的來看，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)）技術(shù)的融合，應(yīng)用的關(guān)鍵就是要立足于企業(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，才能充分發(fā)揮出智能制造系統(tǒng)的作用。

編輯/王盈 統(tǒng)籌/李斐