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贾华平:智能水泥厂的概念与架构

作者:匿名

3月14-15日,由中国水泥网主办的“2019中国水泥产业峰会暨TOP100颁奖典礼”在杭州隆重召开!此次会议以“与改革开放同行 共创大时代”为主题。中国水泥网高级顾问、天瑞水泥原总工贾华平做《智能水泥厂的概念与架构》报告。

   3月14-15日,由中国水泥网主办的“2019中国水泥产业峰会暨TOP100颁奖典礼”在杭州隆重召开!此次会议以“与改革开放同行 共创大时代”为主题。中国水泥网高级顾问、天瑞水泥原总工贾华平做《智能水泥厂的概念与架构》报告。

  一,悄然兴起不可阻挡的智能化

  20190304中央广播电视总台融媒体展示平台亮相人民大会堂,播出5G+4K两会实况;

  20190305韩国电信公司在首尔麻浦区通过将5G网络,成功举办了首尔与洛杉矶全息图演唱会,实现了全息图人与现实人互动;

  工信部部长苗圩 近日表示:5G牌照将很快发放,5G应用远不局限于手机, “将来20%左右的5G的设施是用于人和人之间的通讯问题,80%还是用于物与物、物和人,也就是物联网,特别是移动的物联网通讯问题。”

  一时间“忽如一夜5G来”,第四次工业革命的浪潮已经掀起,央视近年公开报道过的无人工厂国内已有十多家。如:上海通用金桥工厂,阿里巴巴菜鸟无人仓,美的自动化空调生产线,华为荣耀东莞南方工厂,正大食品无人水饺工厂等,从尖端技术、汽车制造业、家电生产、食品加工、交通运输,都有了无人化的先例。青岛港2#码头,包括船舶的进出港,包括货物的装卸、分储、分发,实现了完全的无人化,让人无法淡定!

  开创5G时代的呼声越来越高,工业物联网时代即将全面开启,为以智能工厂、智能运输、智能物流为主题的工业4.0打下了基础,智能工厂跃跃欲试。水泥行业也不甘落后,包括中国建材、海螺等水泥龙头企业,也开始了建设自己的智能工厂。

  原中联水泥总工程师袁亮国指出:“智能化对水泥行业的管理包含方方面面,和人工的区别就突显在及时性、准确性上。”由他主持建设的泰安中联水泥,作为水泥行业首个工信部颁发的“2015年智能制造试点示范项目”,就实现了矿山开采智能化、生产管理信息化、生产控制自动化、生产现场无人化、生产过程可视化。

  20190304安徽省水泥行业智能制造现场会上召开,省经信厅牛弩韬发出号召:学习全椒海螺水泥智能化工厂的建设和发展经验,提升安徽省水泥行业智能化、绿色化水平,加快智能制造、智能工厂的示范推广,助力“制造强省”建设。

  在第四次工业革命的激烈浪潮中,我们这代人已经是逃不掉了,如何由被引入者变为参与者、甚至引领者,对创新技术、人工智能、智能工厂的探索可能将辛苦一生。

  实际上,早在20150130工业和信息化部就发布过《原材料工业两化深度融合推进计划(2015-2018年)》,计划对水泥行业提出了明确要求:在水泥行业选取2~3家先进企业,建设基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术的智能水泥生产线,到2018年水泥行业应用优化控制系统的生产线要达到50%,建成一批生产装备智能、生产过程智能、生产经营智能的智能化工厂。

二,智能化的重要性与可控性

  随着信息化时代来临,计算机的计算能力将大幅提高,数据已成为可转化为现实生产力的新能源。如何开采这种能源?需要依赖人工智能(AI)的力量。机械化、电气化、信息化这三次产业革命解放了人类的五官和四肢,第四次智能化产业革命将解放我们的大脑,必将带来一场更大规模、更具颠覆性的变革。

  国务院在2015年5月下发了《中国制造2025》,将推进信息化与工业化深度融合,作为我国实施制造强国战略的行动纲领,要求加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。随后,工业和信息化部又下发了《原材料工业两化深度融合推进计划(2015-2018年)》,并对水泥工业提出了具体要求。

  美国智库在2017年7月发表的《人工智能与国家安全》研究报告更说的透彻:认为人工智能将是国家安全领域的颠覆性力量,其影响可与核、航空航天、信息和生物技术比肩,将深刻改变军事、信息、经济领域的安全态势。

  目前,业界普遍认为真正的人工智能尚处于发展的初级阶段,但其应用已经渗透到我们的日常生活中,比如人脸识别、刷脸支付、语音助手、无人机、服务机器人、自动驾驶和智能系统等。有专家认为,人工智能的应用将使劳动生产率提高90%,至2035年将使年度经济增长率提高一倍。

  就工厂而言,人工智能能够代替现场的事务性控制,实现控制过程的无人参与。将控制人员解放出来,让他们更专注于优化策略,以及对重大异常工况的调度处理;克服诸如专家可遇不可求、控制人员轮换带来控制策略波动、疲劳导致的精力分散等问题,从而提高系统的稳定性,继而提高产品质量和能效。

  除了生产领域,智能化还能渗透到企业管理的各个层面,在采购、仓储、销售、运输、质量管理、能源管理和财务管理等方面发挥作用,借助大数据和先进管控手段,给予生产经营更科学的决策依据,降低经营风险提高经营效益。

  具体就国内的5000t/d预分解水泥线定员,目前普遍在200人左右,通过智能化经营管控,可将管理部门人员优化掉10%左右,通过场内外智能物流、智能运行生产、智能监控巡检,至少能优化掉50%左右。泰国的老城堡水泥,同样是5000t/d预分解水泥线,参与生产运行的就只有3+3+3=9个人了。

  不可能吗?20190304复刻了白岩松声音的AI记者助理已经到两会现场上岗,并且采访了它的老师白岩松,美国财经新闻网站称,中国在淘汰传统记者的路上又迈出了一大步;20190304央视的AI女主播已经正式上岗,美国KTLA5 、英国Daily Mail、“今日俄罗斯”等,多家海外媒体给予了关注。

  人工智能正以迅雷不及掩耳之势取代人类,大致分为四个阶段:第一阶段取代蓝领,第二阶段取代白领,第三阶段取代管理者,第四阶段取代艺术家。取代蓝领工人容易理解,不大可能连艺术家都取代吧?意大利机器人钢琴师Teo现场弹奏钢琴,郎朗听后都惊呼:“机器人速度超越人类,节奏精准!”

  那么,问题来了:智能化最终将毁灭人类吗?这倒不用担心,机器人超越我们的是智商和运算层面,而人的理解、情感、同情心、共鸣性等软实力,是机器无法取代的。未来的世界将属于具有高感性能力的一个族群,以及为事物赋予意义的人!

  20180629中国科学院院士、清华大学人工智能研究院院长张钹解释:人非常聪明,很理性、很灵活,最大的优点是“虽然小错不断、但是大错不犯”;而计算机很笨、很认真,最大的缺点是“小错不犯,一犯就犯大错”,这是决策系统的大忌!所以,人工智能不可能超越人类。

  原理上,人工智能的特征是自我学习,学习的原理是因果认知,认知的理念是再现的频次越高越认为真理,人工智能有感无知、只认重复,但事实上重复的再现幷不一定就是真理,这就是人工智能的局限性;人类有判别真假、识别环境的能力,而人工智能没有,所以不可能超越人类。

  但是,这不等于可以轻视人工智能。目前,人类社会已处于第四次工业革命兴起的关键时刻,大数据、智能化、物联网,必将解构、颠覆、重塑现有的社会结构,直至影响到企业的生产成本、劳动效率、环境持续、职工素质、人员构成,这是社会发展的必然趋势,我们必须抓住这次就会。中国作为世界第一的水泥大国,现在不能说我们缺少资金、没有基础了,已经没有理由落后了!

  智能水泥厂为什么必须引领世界,不能再走引进、提高的老路了。因为谁一旦领先,就能吸引其他没有领先能力和愿望者的资金和市场,有了资金和市场的支撑,就可以进一步扩大发展优势;而一旦失去了引领机会,在资金和市场上就会受到引领者的打压,就会形成一步跟不上步步跟不上的局面。引领者可以制定有利于自己的游戏规则,被打压者就会付出惨痛的代价。

  水泥行业在这方面是深有体会的,我们在引进技术和装备上付出了多大代价:比如一个燃烧器,原来卖我们200万,现在70万他都卖,国产的只要20-40万;比如在线分析仪,原来卖我们400万,现在卖300万,国产的只要200万,让人家赚了多少钱。类似例子举不胜举,欧美人的高福利是哪儿来的,都是吃的我们的血汗钱,都是因为他们引领了世界!我们已成为世界第二大经济体,这种情况再也不能继续下去了! 

三,什么是智能制造和智能工厂

  1,人工智能

  人类的“智慧”,是从感知(信息的检测与传递)到记忆(信息的储存)再到思维(对信息的逻辑化处理、对已有逻辑的因果类比),这一过程被称为“智慧”;智慧的结果(因果类比的导向作用)将产生行为和语言,将行为和语言的表达过程称为“能力”;将智慧和能力合在一起简称为“智能”,由人类创造的类似于人类智能的技术称为“人工智能”。

  因此,人工智能应该具有这样一些特点:

  一是具有感知能力。即具有能够感知外部世界、获取外部信息的能力,这是产生智能活动的前提条件和必要条件;

  二是具有记忆和思维能力。即能够存储感知到的外部信息、再通过思维将信息转化为知识、累积为经验,同时能够利用已有的知识和经验对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策;

  三是具有学习和自适应能力。即通过与环境的交互作用,不断学习积累知识、不断的类比获得经验,使自己能够适应环境的不同变化;

  四是具有行为决策能力。即能对外界的信息作出反应,能在逻辑的驱动下形成意愿,然后通过语言和行为把意愿表达出来。

  2,智能制造

  所谓“制造”,是指对原材料进行加工或再加工,以及对零部件进行装配,由此获得产品的过程;被赋予一定人工智能的制造过程被称为“智能制造”。

  像德国的工业4.0、美国的工业互联网、中国制造2025,尽管各国家叫法不同,但其本质其实都是智能制造。有关智能制造并没有明确定义,社会各界的认识及理解也各不相同。

  但我国的工业和信息化部、财政部联合制定的《智能制造发展规划(2016-2020年)》,对“智能制造”给出了较为明确的定义:智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

  智能制并不单单是生产制造上的自动化、智能化,更是应用到从数据层的机器视觉、射频识别、传感器等,到网络层的物联网、大数据、云计算等,再到执行层的智能装备、机器人、3D打印等,最后形成智能工厂的制造方案。

  03智能工厂

  由以上工信部的定义可见,智能工厂是智能制造在整个应用层的概括。“智能工厂”涵盖:智能装备集成、计算机辅助工具、生产管理、供销系统,通过大数据、物联网、云计算实现智能化互操互控,进而实现生产资源、装备运行、工艺流程、业务流程、资金流程的动态协同配置,总体构成智能制造的工厂。

  智能工厂具有如下特点:生产厂通过物联网获取定制,通过物联网把原料和生产设备连接起来,根据用户喜好的特性,适时多品种、小批量、定制生产,再通过物流系统发送给用户;而且产品也是智能的,可以收集用户信息通过物联网上传给生产厂,方便生产厂提供售后服务,进一步获取附加值;而且生产设备也是智能的,通过物联网实时上传数据反映自身状况,方便生产厂调剂任务和检修维护。广义的发展,每个智能工厂又可以通过物联网,将它的上游生产厂和下游生产厂连接起来,人类劳动最终被人工智能取代。

  目前各水泥企业在经历了产能高速发展的时代后,其区域优势和装备工艺优势越来越小,加之国家对产能、环保、安全等领域的要求不断严格,仅靠加强管理已难以维持企业的核心竞争力。

  随着国家对智能制造的大力推行,又为水泥企业提高竞争力打开了一扇窗,有远见的企业已开始向智能工厂的建设迈进。但总体上还处于探索阶段,探索就难免存在一系列误区、难免要走一些弯路,但不能因为有误区、走弯路就不去探索,搞总比不搞好。

四,智能化与自动化、机器人、无人化

  工业化、电气化、自动化是我们推进了多年的工作,数字化、信息化、网络化在这几年也有了概念,现在又要智能化。那么,什么是智能化呢?现代社会这么多的“化”又是什么关系呢?中国人工智能学会名誉理事长涂序彦指出,“什么是智能化?目前尚缺乏明确的、公认的、科学的定义”。

  当然,“目前尚缺乏科学的定义”,不是说我们没有一点概念,而是尚缺乏定义的“充要条件”。正因为如此,我们谈起来就比较复杂、做起来也比较模糊,但要搞智能化就回避不了这个问题,如果连什么是智能化都说不清楚,你又怎么去搞智能化呢?

  虽然现在还不能完整的定义智能化,但可以说清什么不是智能化:自动化不等于智能化,在一定条件下自动化可以实现无人化,目前的机器人多是自动化的产物。所以,自动化、机器人、无人化都不等于智能化!

  20171220清华大学软件学院访问学者、宝钢研究院原首席研究员郭朝晖: 智能制造尽管很热,但落地时存在很多困惑,最常见的有两种:①视野小了、未看到宏观,将注意力主要集中于设备上,把智能制造搞成自动化;②只看眼前、未考虑明天,把无人监控技术用于有人监控的场景,往往显得多余,没必要要求过高。

  智能制造小范围看是自动化的延伸,大范围看是协同、共享、重用,再大的范围就是生产组织关系的改革。看眼前,投入产出比不大,没有多少吸引力;到明天,可能就关系到企业的存亡。

  20180629中国科学院院士、清华大学人工智能研究院院长张钹:现在的人工智能至少要满足五个条件:①确定性信息、②完全信息、③静态的、④单任务和⑤有限领域。而在这五个条件限制下,就是照章办事,不需要任何灵活性,这显然不是智能的核心,是没有理解的人工智能。[Page]

  智能体现在推理能力上,要解决这个问题,必须加上常识库、常识推理,没有做到这一步不可能具有理解能力。而现在的人工智能基本方法有缺陷,离真正的智能还很远,我们必须走向具有理解的真正的人工智能,这是一条很漫长的路。

  1,最近发生的一个不幸案例

  20190310发生的埃塞俄比亚空难事故,导致149名乘客和8名机组人员遇难,与去年(20181029)发生的印度尼西亚狮航空难很有相似之处。仅管最终原因还不好妄下结论,但中国民航局、印尼交运部第二天对波音 737MAX下了暂停令。截止20190313,除美国依然在飞外,其余在用该机型的52个国家已全部停飞,欧洲甚至对其关闭了领空。

  为什么暂停波音 737MAX的飞行,就是因为他有一套自动化控制系统是重点怀疑对象,有资深机长表示两次空难都可以归结为LOC-空中失控。印尼狮航空难已经过去了4个月,其原因已经分析得很清楚了,“飞机接收到一个显示飞机抬头的假信号,自控系统就持续给出了低头指令。机组与自控系统‘搏斗’了很长时间,最终还是发生了空难。”

  飞机都怕失速,失速的原因大部分是机头抬得太高,紧急压机头是唯一的拯救措施。波音 737MAX在开发时采用了纠正飞机抬头的自动化安全增强系统,在机头设置了2个传感器随时监测飞机迎角,遗憾的是这套安全系统并不可靠,而且一旦误报触发了自控,由于时间紧迫,它就不管不顾外界干预自己动了起来,更要命的是驾驶员也干预不了,救命系统就这样变成了要命系统!

  怎么会这样呢?这就是自动化的弊端--不懂综合判断、不辨真假、不会随机应变。如果不是自动化系统,而是采用智能化系统,在结合多项自变量判断是不是误报之后,再采取应变措施,就能避免这类事故,这就是智能化与自动化的区别。教训不可谓不深刻!

  2,智能化与自动化的区别

  自动化(Automation):指机器设备、系统或过程(生产、管理过程)在没有人或较少人的直接参与下,按规定的程序或指令,自行的检测状态、处理信息、分析判断、操纵控制,实现预期的目标。包括设备、系统、过程,均处于自动化状态。

  智能化(Intelligent):指利用现代通信与信息技术、计算机网络技术、智能控制技术、结合行业技术,汇集而成的针对某一个方面的应用,具有一定的人工智能或拟人智能的特性或功能。例如具有一定的自适应、自学习、自校正、自诊断、自修复、自组织、自协调等某些功能。

  就智能化的系统和装置来说,它应该具有如下特征:

  一是能自动完成某些任务,或在程序指导下完成预定工作;

  二是具有进行某种复杂计算和修正误差的数据处理能力;

  三是具有自检测、自校正、自诊断、自修复、自适应、自学习、自优化、自组织、自协调等一些“自”字功能;

  四是便于通过标准总线组成多种装置的复杂系统,实现复杂的控制功能,并且能灵活地改变功能和扩张功能。

  我们对具有上述智能特征的系统冠以智能系统,而对具有部分智能特征的系统冠以智能化系统。

  总体上,智能化是自动化的高级发展,自动化是智能化的基础部分;智能化是在自动化基础上,通过引入“数字化、信息化、网络化”,实现了一些智慧和能力的高级发展。

  自动化相对要简单的多,一般的自动化系统或装置能够根据既定指令进行操作调整,实现无人控制。自动化一般会出现对于不同情况作出相同反应的结果,就像所有的生物具有一定的遗传本能一样,多用于重复性的工作或工程中,其过程类比于数学的一元一次方程。

  智能化是自动化的高级发展,是在自动化基础上又加入了类似于人类一样的智慧程序。智能化具有一定的学习能力,能根据外界的信息丰富自己,自主产生新的指令。智能化一般能根据多种不同情况可以作出不同的反应,就像高等动物除了本能以外还具有一定的自适应能力,其过程类比于数学的多元多次方程。

  智能化的工作过程包括:信息的检测、采集、传输、处理与储存,指令的形成、调整与发出,指令的执行与结果的反馈,这些过程都离不开工业化、自动化、数字化、信息化、网络化这些基础,所以说智能化是一个系统工程,每一个环节都非常重要。

  类比于人类,我们讲一个人非常“聪明”,本意是说他的脑子好用,但“聪明”的具体指向是“耳聪目明”,可见及时、准确、甚至量化的信息对“大脑”的作用是多么重要;我们说这个人“心灵手巧”,又强调了执行机构的重要性,没有理想的执行机构,再好用的脑子又有什么用呢、而且没有“巧手”的实践又如何演化出“心灵”的大脑呢?

  3,机器人尚未到智能水平

  目前的机器人,还只是停留在自动化水平上,实现的是机和物之间的互动工作,被限定在精准设定的工作环境中,在精确、重复性的工作上效率很高,但遇到从未执行过的新任务、没有确定性的新环境,机器人往往就“傻了”,这还不能叫人工智能。

  起码要通过浅层学习,主要是计算机系统从大量训练样本中学习统计规律,能对一定的未知事件做出预测,取代现有蓝领的人和机之间的互动工作,才能达到初级人工智能水平。

  最终要过深度学习,主要是构建多层的机器学习模型和海量训练数据,学习更有用的特征和因果关系。模拟人脑学习、模仿人脑解释数据、模仿人类作出判断,取代现有白领的人与人之间的互动工作,才能达到高级人工智能水平。

  4,自动化在水泥行业的局限性

  对于大工业生产,各种原燃材料以及各工序的工况其波动是难以避免的,各项生产控制参数的稳定、以及过程产品和成品性能指标的稳定,都需要通过及时地操作调整才能得以实现。所以,从预分解窑生产工艺诞生的第一天起,人们就在谋求生产系统的自动化,在整个水泥的生产控制中,从原料开采直到水泥出厂,引入了几十个仪表自控调节回路。

  这些自控调节回路主要采用PID(比例--积分--微分)调节器(或类似的计算机程序)完成。将仪器仪表对特征参数的测量值与设定值进行比较,当出现偏差时,调节器利用比例、积分、微分作用生成调节值,对执行机构进行修正动作,以不断的消除偏差,使测量值与设定值保持在较高的一致上。

  输出的变化量与偏差成比例,称之为比例作用;当有偏差输入时,输出随时间不断地上升或下降之动作,称之为积分作用;输出与偏差的变化速度成比例之动作,称之为微分作用。在实际应用中,PID三种作用相互协调,使调节过程处于最佳工作状态。遗憾的是,大家在这方面费了不少劲,花了不少钱,但直到今天,仍然很不理想。

  我国水泥工业在几十年的产业升级过程中,几乎全部采用了新型干法生产工艺,实现了中央控制室的DCS集散系统操控、生产线全程流水生产作业,相比于其他很多行业的工业,自动化水平应在工业领域居于前列。

  但是应该看到,虽然我们花钱装备了几十个自动调节回路,努力提高我们的自动化水平,但实际生产中仍多以手动人工调节为主。我们可以看看,在国内的上千条生产线上、每条线的几十个控制回路中,又有几个是好用的呢?

  为了找出自动化控制系统不能有效运行的问题所在,我们不妨就以大家认为非常重要的“预热器C5旋风筒出口温度自控调节回路”展开一下讨论。

  自控调节回路认为,出C5旋风筒的气体,是窑尾废气和分解炉废气混合后的热气流。其温度的高低,一则反应C5旋风筒入窑物料的分解率,二则反应出分解炉内的燃烧状况,是一个非常重要的特征参数。这个没错!

  随着窑尾气体的变化及物料量的波动,出C5旋风筒气体的温度势必会波动。通过调整分解炉的喂煤量来调节分解炉的废气温度,便可保持其相对稳定,继而减少入窑物料分解率的波动,为窑的热工制度的稳定创造良好条件。这可就不一定了,用煤滞后跟踪一个引起温度波动的未知变量(除煤以外),那可就是瞎碰运气了,效果可想而知!

  实践证明,这个自动化控制实践证明,这个回路在烧成系统、特别在烧成系统出现较大波动时,几乎是没有作用,甚至起副作用。问题出在哪儿了呢?仔细分析便会发现,影响“C5旋风筒出口气体温度”的因素,并不只是一个“分解炉的喂煤量”,还有诸如系统的喂料量、物料的易烧性、系统的通风量等等等等,但由于自动化的能力有限,又无法接纳这么多影响因素。

  回路在烧成系统、特别在烧成系统出现较大波动时,几乎没有作用,甚至起副作用。问题出在哪儿了呢?仔细分析便会发现,影响“C5旋风筒出口气体温度”的因素,并不只是一个“分解炉的喂煤量”,还有诸如系统的喂料量、物料的易烧性、系统的通风量等等等等,但由于自动化的能力有限,又无法接纳这么多影响因素。 

五,走向智能水泥厂的技术路线

  当今工业生产的发展方向,美国提出了“工业互联”、德国提出了“工业4.0工业4.0”、中国提出了“中国制造2025”。但无论提法有何不同,其本质是一样的,自动化的空间向上发展到智能化,向下扩展到整个工业生产的全方位、全过程。整个社会生产,将被逐个、逐步的推向智能工厂,用人工智能逐渐取代人类劳动。

  中国的水泥行业,生产规模,从1996年4.9亿吨拿下世界第一后,就一路领先到现在,规模不可谓不大;工艺技术,已经对国内引进的生产线进行了大量改造,并且在国际上也得到认可;装备质量,已经在国外建设投产了多条生产线,包括世界单线规模最大的12000t/d生产线,与国外的差距也在缩小。

  但看看我们的劳动生产率,却还存在较大的差距。5000t/d单线用工多数还在200人左右,先进水平的也在100人左右。而泰国同等规格的“老城堡”水泥厂,每班只有3个人,主要是应付突发事件,其中中控室1人(而且包括化验室所有职能)、现场巡检2人。如此高的生产效率,除了可靠的装备以外,主要体现在自动化和智能化方面。

  1,智能水泥厂的官方概念

  20150130工业和信息化部发布了《原材料工业两化深度融合推进计划(2015-2018年)》,基本给出了一个智能水泥厂的概念。智能水泥厂不仅包括如下内容:

  (1)基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术,利用智能仪器仪表、工业机器人、计算机仿真、移动应用等信息系统与专用装备,进一步突出实时控制、运行优化和综合集成,基本实现矿山开采、配料管控、窑炉烧成、水泥粉磨全系统全过程的智能优化;

  (2)应用机器人等技术,在矿山爆破排险、窑炉运行维护、投料装车作业、高温高尘抢修等,危害、危险、重复作业的环节,基本实现无人值守或机器人替代人工作业;

  (3)建设信息物理融合系统(CPS),实现企业生产运营的自动化、数字化、模型化、可视化、集成化,提高企业劳动生产率、安全运行能力、应急响应能力、风险防范能力和科学决策能力;

  (4)在生产管控和经营决策中,通过大数据平台建设,应用商业智能系统(BI)和产品生命周期管理(PLM),建立对采购、生产、仓储、销售、运输、质量、资源、能源和财务等全方位的智能管控平台,实现产品、市场和效益的动态监控、预测预警,提升各环节的资源优化配置能力和智能决策水平;

  (5)建立与供应商和用户的上下游协作管理系统,按照供应商提前介入技术(EVI)、准时生产技术(JIT)等模式,统一企业资源计划(ERP)等企业业务系统间信息交换接口、标准和规范,通过信息共享和实时交互,实现物料协同、储运协同、订货业务协同以及财务结算协同。

  (6)建设基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术的智能水泥生产线,实现原料配备、窑炉控制和熟料粉磨的全系统智能优化,智能制造不仅要具有机械化、自动化、信息化功能和海量数据的分析能力,更要有针对具体问题的自我判断和对症自我纠错能力。

  (7)并在工业窑炉、投料装车等危险、重复作业环节应用机器人智能操作。

  (8)开展具有采购、生产、仓储、销售、运输、质量、能源和财务管理等功能的商业智能系统应用。。

  2,建设智能水泥厂的进度要求

  上述“推进计划”对水泥行业提出了明确要求:为了缩小我国水泥行业在智能化方面与国外的差距,在水泥行业选取2~3家先进企业,建设基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术的智能水泥生产线;到2018年,水泥行业应用优化控制系统的生产线要达到50%;建成一批生产装备智能、生产过程智能、生产经营智能的智能化工厂。

  根据“推进计划”要求,智能水泥厂涵盖生产装备、生产过程、生产经营的全面智能,就是实现让水泥工厂关起门来自己生产。生产线的智能控制是水泥智能工厂的基础和主体,没有这个基础,所谓的“智能工厂”就只能是一个“智能化工厂”。

  这里有两个概念需要注意,“智能化工厂”并不完全等同于“智能工厂”,这要看你“化”到什么程度,智能工厂都是逐渐“化”过来的。

  按照以上进度要求和质量要求,我们水泥行业显然已经慢了。个人认为,进度上慢了,与大环境有关,智能工厂牵涉到方方面面,特别是严重依赖的物联网还不具备;质量上差点,也是因为很多条件还不具备,任何事物都有个发展完善的过程,本就应该先从智能化水泥厂做起,能做多少是多少,逐步向智能水泥厂趋近。

  3,走向智能水泥厂的技术路线

  关于采购、仓储、销售、运输、质量、管理等智能系统,在水泥行业相较实体的生产系统进步要快,这几年的智能化进步也主要体现在这些方面,这里就不再赘述,重点讨论相对薄弱的生产系统的智能化问题。

  看似简单的水泥工艺,其过程包含有大量的物理反应、化学反应以及物理化学反应,囊括了地质学、矿物学、岩相学、流体学、燃烧学、热传导、结晶学等等学科,要使整个过程处于受控状态,按照我们设计的P-T-t轨迹(矿物学术语)运行,不但需要维持物料的量和质的均衡稳定,而且必须维持好各系统各工序各个特征参数的稳定。

  对于水泥生产中的控制操作,可以是人工手动的,也可以是仪表自控的,但最好是智能程控的。因为变化无时不在,调节无时不需,人的精力和经验又是有限的,自动化又担负不了如此复杂的问题,智能化就成为最佳选择。

  分析其前任自动化成效不大的原因,以大家最关注的“C5出口气体温度自控调节回路”为例,自动化建立的数学模型为:“分解炉的喂煤量”=>“C5出口气体温度”,(注:A=>B为逻辑学符号,表示命题A与B的涵盖关系)。实践证明,这个控制回路的作用不大,有时甚至起副作用。主要是受自动化能力限制,应变量选取太少,调节模型建立得过于简单。

  而智能化有足够的能力,完全可以模仿人类的智能,建立一个多变量调节模型:分解炉的喂煤量=>∑(C5出口气体温度,系统生料喂料量,生料KH、SM、细度,窑灰喂入量,预热器各级(包括分解炉、后窑口)的温度、压力,C1出口、分解炉出口、后窑口的O2、CO、NOX,煤粉的热值、挥发份、细度、水分,二次风温度、三次风温度、三次风闸板开度……)

  总之,只要你能想到的因素就只管往涵盖变量里加,然后进行相关性统计分析。根据不同的相关系数给予各变量不同的调节权重,各变量对于喂煤调节量的代数和,便是分解炉喂煤量的调节量。不要说没关系、不要嫌多、不要怕错!

  某公司应用的这套控制系统,就接受某操作员的建议,引入一个看是不相干的尾煤铰刀泵出口压力信号,结果取得了意想不到的效果!每条生产线都不相同、每个时间段都不相同,你不可能知道哪个信号在什么时候会起关键作用,还是把它交给智能调节系统为好。

  相关性分析并不复杂,用计算机程序来做更是小菜一碟。不仅可以从初始的统计分析开始,设定初始的调节权重,而且要每时、每天、每月、每年的一直做下去,以适应各种因素的变化。

  为了适应各种因素的新情况、新变化,设定按照“先入先出的原则”滚动记录最近10天(可根据实际情况的异变速度和频次,确定和调整滚动天数)的数据、并进行相关性分析。根据最新的分析结果及时地调整调节权重的分配,使其在不断地循环调整中趋于合理化,效果就会越来越好。实际上,这种自动调节回路已经变成了智能调节回路。

  生产系统需要调控的参数很多,由于时间关系,这里仅选了这几年大家非常重视的、已经做了不少工作的“预热器C5旋风筒出口温度自控调节回路”,进行了展开分析,其他参数的调控可以比照优化。

  进一步放开讲,智能水泥厂离不开大数据、智能化、物联网,这些都离不开5G平台。虽然目前还没有这个平台,但我们将在世界上首先拥有这个平台,我们的智能化现在就应该为利用好这个平台作好准备。

  接着上述C5出口气体温度的波动讨论,存在如下因素关联:--煤质波动--煤粉制备(细度)--原煤进厂(煤质)--供应煤矿--煤层变化;--煤量波动--喂煤系统--煤粉制备(流动性)--煤粉(细度、水分)--原煤变化--供应煤矿--煤层变化。

  利用这些关联情况,如果建立了大数据,每一个节点都能及时量化出来;如果建立了物联网,这些量化出来的变化,就能及时的得到层层传递,就能给予烧成智控系统预知的时间,提前采取相应的对策,最终减小甚至避免波动。

  所以说,智能制造不是花架子,可以给制造企业带来生产效率的大幅度提升、资源综合利用率的大幅度提升,研制周期的大幅度缩短、运营成本的大幅度下降、产品不良品率的大幅度下降,是我国水泥工业由大变强的必由之路,是水泥工业在新常态下的必走之路。

  所以说,中国水泥不仅是大,而且会强,必将引领世界水泥工业!

  4,不妨先从智能化做起

  水泥行业智能工厂建设是一个庞大的工程,目前国内外的情况差不太多,尚处于起步阶段,控制原理尚需要突破、大数据还需要积累。“智能水泥厂”在概念上还不准确、在技术上还不成熟,不一定就要一步到位、建设严格意义上的智能水泥厂。把目标定的过高,反而会欲速不达!

  智能工厂是建立在可靠的装备、成熟的工艺、稳定的生产、准确的在线监测计量之上的技术,装备、工艺、监测、计量这些基础的东西,不仅是智能工厂的必须,对提高现有企业的运营水平也是很见效的。如果这些条件不具备,在建设真正的智能工厂以前,不妨先在这几方面给予完善提高,特别是一些成熟的在线监测计量控制系统。

  近年正在推向市场的在线监测控制产品主要有:原料成分、煤质检测、生料粒度、入窑成分、入窑分解率、出窑游离钙、窑尾废气、水泥碳硫、水泥比表面积等。能及时准确的提供这些数据,既是现有生产的需要,也可为建设智能水泥厂提供大数据支撑,有条件者不妨先在这方面突破。

  需要提醒的是,目前智能工厂的建设在运输和管理上已经取得了一定的成绩,这是应该给予肯定的良好开端,但在生产工序上还差的很远。对这一点必须要有充分的认识,因为工厂的主体就是生产,最终不能避重就轻!

  企业不能为了“智能制造”而智能制造,应以智能、协同、绿色、安全发展为突破口,以“提高生产效率和能源效率,缩短和降低产品的研制周期、运营成本、不良品率”为目标,本着长远规划、逐步实施、重点突破的原则,先对整个制造业进行逐步的升级改造。先在“化”中起步,然后再完善、提高,这可能是一条更切合实际的道路!

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