贾华平:智能水泥厂的概念与架构

2019-03-17 09:17:35

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!

  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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“格物当至极至知”,这是指分析问题;在具体行动上,则要“叩其两端,得其中道”,不可偏激也。利用废渣,这个方向没错,但不可以偏激炒作!其实,关于废渣利用,这不是什么新鲜玩意儿,水泥行业一直在做,水泥企业一直在努力,但做不到“人有多大胆、地就有多高产”而已!

2019-08-01 13:54:49

窑炉内产生的NOX主要有三种形式,高温下N2与O2反应生成的热力型NOX、燃料中的固定氮生成的燃料型NOX、低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的瞬时型NOX。

2019-05-22 09:26:33

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!

2019-03-17 09:17:35

在水泥厂,电耗占水泥生产成本20%左右,仅次于煤耗,而风机和磨机又是电耗的两大主力。面对水泥企业普遍存在系统漏风的现状,堵漏将成为水泥企业降低电耗的重要手段。

2018-10-10 15:53:34

基于《中国制造2025》规划关于建设制造业强国的发展要求,实现我国水泥生产大国向水泥生产强国的转变,行业升级势在必行,故而推动水泥行业面向智能化发展,已成为当前行业的热门话题。

2018-05-21 09:27:59

助磨剂自引进国内以来,在降低水泥生产能耗,提升磨机粉磨效率方面做出了突出贡献。而近年来,随着业内节能降耗呼声日盛,如何进一步挖掘助磨剂在水泥生产中的节能作用,逐渐在业受到更广泛的关注。

2018-05-21 09:22:31

近年来,由中国水泥网主办的历届水泥粉磨峰会都能给水泥粉磨节能带来耳目一新的观念,并起到了很好的引领效果。比如生料辊压机终粉磨、粉磨无球化、水泥半终粉磨、陶瓷研磨体、水泥分别粉磨等。即将在本月召开的第九届水泥粉磨会议又大胆的提出“挑战20度粉磨电耗”概念。

2017-07-12 09:46:12