張德來(lái)

摘要：智能化改造是水泥工廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提質(zhì)增效的重要手段。本文闡述了智能工廠的概念;搭建了水泥工廠智能化改造的整體架構(gòu)，即從智能設(shè)備層、智能控制層、智能制造層、智能經(jīng)營(yíng)層、智能決策層等五個(gè)層面進(jìn)行;指出了智能化改造中應(yīng)注意的基本問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水泥工廠;智能化;智能工廠

中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議強(qiáng)調(diào)，我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，這是黨中央經(jīng)過(guò)深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體，需要各行各業(yè)積極貫徹落實(shí)。水泥行業(yè)屬于能源、資源消耗和污染物排放行業(yè)，水泥行業(yè)CO2排放量占我國(guó)所有工業(yè)生產(chǎn)CO2總排放量的20%左右，水泥行業(yè)利用規(guī)模擴(kuò)張的粗放式發(fā)展已經(jīng)難以為繼，節(jié)能減排刻不容緩。

《中國(guó)制造2025》提出實(shí)行“智能制造工程”，強(qiáng)調(diào)依托優(yōu)勢(shì)企業(yè)，進(jìn)口關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代、生產(chǎn)過(guò)程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠/數(shù)字化車(chē)間。水泥工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)原材料。作為傳統(tǒng)制造業(yè)的水泥工業(yè)，其轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求尤為迫切。而智能工廠作為當(dāng)前國(guó)內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要目標(biāo)，備受認(rèn)可。

1 智能工廠的概念

智能工廠是一個(gè)龐大的生產(chǎn)系統(tǒng)，包羅了諸多先進(jìn)技術(shù)，如通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等[1]。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對(duì)智能工廠的定義還沒(méi)有統(tǒng)一的說(shuō)法，對(duì)智能工廠的研究點(diǎn)也各有不同，對(duì)智能工廠的整體論述缺乏。筆者認(rèn)為智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，增加了智能設(shè)備的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)智能分析，其本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等先進(jìn)前沿技術(shù)，形成高度協(xié)同的生產(chǎn)系統(tǒng)，以期達(dá)到生產(chǎn)最優(yōu)、效率最大、響應(yīng)最快、質(zhì)量最高的目的。

2 水泥工廠智能化改造的整體架構(gòu)

水泥工廠智能化改造從下至上可從五個(gè)層面進(jìn)行：智能設(shè)備層、智能控制層、智能制造層、智能經(jīng)營(yíng)層、智能決策層。整體架構(gòu)如圖1所示。

2.1智能設(shè)備層

智能設(shè)備層為水泥工廠生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括生產(chǎn)裝置、傳感器和在線監(jiān)測(cè)，以及RFID和在線計(jì)量，是智能化改造的前提和基礎(chǔ)。水泥企業(yè)智能工廠是在數(shù)字化工廠的礎(chǔ)上，將智能設(shè)備層、智能控制層、智能制造層、智能經(jīng)營(yíng)層、智能決策層完美融合連通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通，并利用大數(shù)據(jù)分析，提煉準(zhǔn)確的需求數(shù)據(jù)，使企業(yè)能夠清楚掌握產(chǎn)銷(xiāo)流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、及時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)、合理編排生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)進(jìn)度。同時(shí)，加上綠色智能的手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建一個(gè)高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。

2.2智能控制層

智能控制層包括DCS生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、專(zhuān)家優(yōu)化系統(tǒng)。在DCS的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家優(yōu)化控制系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化卡邊操作尋找最佳效益運(yùn)行點(diǎn)，保證質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)量、優(yōu)化配比和降低能耗，減少人工干預(yù)和波動(dòng)，幫助穩(wěn)定生產(chǎn)及安全運(yùn)行。水泥生產(chǎn)的原燃料波動(dòng)很大，燒結(jié)多為固相反應(yīng)，導(dǎo)致水泥質(zhì)量的波動(dòng)比鋼材及玻璃都要大，這正是水泥生產(chǎn)對(duì)原燃料均化要有更高要求的原因，也是挖掘出提高水泥性能及降低生產(chǎn)能耗的重大潛力之處[2]。

2.3智能制造層

智能制造層是智能化改造的核心，包括能源管理系統(tǒng)EMS、生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)EAM、移動(dòng)巡點(diǎn)檢管理系統(tǒng)和其它專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)。一是實(shí)施能源管理系統(tǒng)EMS，使得企業(yè)可以更好的掌握和評(píng)估企業(yè)能源使用狀況及能源利用效率，并幫助識(shí)別可節(jié)能降耗的空間和機(jī)會(huì)，完善企業(yè)能源管理體系及規(guī)范制度，有利于將節(jié)能降耗工作真正落到實(shí)處，從而最終降低噸水泥能源成本。二是實(shí)施生產(chǎn)管理系統(tǒng)MES，打通企業(yè)級(jí)管理經(jīng)營(yíng)應(yīng)用系統(tǒng)（ERP）與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)（DCS）間的信息斷層，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中生產(chǎn)、設(shè)備、能源、質(zhì)量、物料等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與管理應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的整合，同時(shí)，幫助業(yè)務(wù)部門(mén)更好的開(kāi)展和規(guī)范日常業(yè)務(wù)工作流程，提高對(duì)生產(chǎn)過(guò)程以及異常事件的及時(shí)響應(yīng)能力。三是實(shí)施設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)EAM及移動(dòng)巡點(diǎn)檢系統(tǒng)，促進(jìn)規(guī)范與設(shè)備相關(guān)的業(yè)務(wù)流程，例如設(shè)備臺(tái)賬、維護(hù)維修、備品備件管理、巡點(diǎn)檢管理等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的全過(guò)程管理，從而最終全面提升企業(yè)設(shè)備資產(chǎn)管理水平。

2.4智能經(jīng)營(yíng)層

智能經(jīng)營(yíng)層主要依托ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、采購(gòu)管理、銷(xiāo)售管理、成本管理、財(cái)務(wù)管理、預(yù)算管理、人事管理、協(xié)同辦公等8個(gè)功能模塊。

2.5智能決策層

智能決策層包括管理駕駛艙、綜合績(jī)效、運(yùn)營(yíng)效率、預(yù)算分析、現(xiàn)金流分析、專(zhuān)題分析、移動(dòng)終端、消息推送等8個(gè)模塊。

3 水泥工廠智能化改造應(yīng)注意的基本問(wèn)題

3.1應(yīng)以節(jié)能效果作為衡量標(biāo)準(zhǔn)

水泥工廠智能化改造最終要落實(shí)在經(jīng)濟(jì)效益上，不能為了智能化而智能化，節(jié)能可以為水泥工廠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上，水泥工廠經(jīng)濟(jì)效益的核心就是節(jié)能，所以水泥工廠智能化改造應(yīng)以取得的節(jié)能效果衡量智能化的水平。

3.2應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件循序推進(jìn)

要充分根據(jù)自身的效益和市場(chǎng)狀況，制定相應(yīng)的策略，合理規(guī)劃藍(lán)圖。機(jī)器替代人是大勢(shì)，智能設(shè)備的應(yīng)用是必由之路，但每個(gè)企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的產(chǎn)品特點(diǎn)和生產(chǎn)模式制定符合自身特色的路線圖，才能在智能工廠的推進(jìn)過(guò)程中，真正獲得實(shí)際效益。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

智能化是水泥工廠挖掘節(jié)能潛力、提質(zhì)增效的重要手段，但就我國(guó)大多數(shù)水泥企業(yè)現(xiàn)狀而言，還遠(yuǎn)未具備這種條件，故在智能制造的熱潮下，水泥工廠不宜盲目跟風(fēng)。應(yīng)圍繞工廠的中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，根據(jù)自身產(chǎn)品、工藝、設(shè)備和個(gè)性化的特點(diǎn)，合理制定智能化改造整體規(guī)劃，從最迫切需要解決的問(wèn)題入手，務(wù)實(shí)推進(jìn)智能工廠改造。

參考文獻(xiàn)

[1]焦洪碩， 魯建廈. 智能工廠及其關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述[J]. 機(jī)電工程， 2018， 35（12）：7-16.

[2]謝克平. 論水泥工廠智能化發(fā)展的方向[J]. 中國(guó)水泥（7）：4.

基金項(xiàng)目：本文為武漢城市圈制造業(yè)發(fā)展研究中心課題（項(xiàng)目編號(hào)：WZ2020Y0）的階段性研究成果