“互联网+”将带给中国铝工业全面的技术革命——访湖南中大冶金设计研究院院长梁学民

视野

“互联网+”将带给中国铝工业全面的技术革命
——访湖南中大冶金设计研究院院长梁学民

7月8日，第十一届中国国际铝工业展览会在上海开幕，中南大学教授、中大冶金设计研究院院长梁学民应邀出席展会，参加了展会期间举办的“氧化铝 电解铝工业可持续发展论坛”，并接受了中国有色金属报记者的采访。梁学民详细阐述了“互联网+”对电解铝生产工艺及装备的影响。

1 互联网+铝工业定义

什么是 “互联网+”？通俗地说就是互联网+各个传统行业，但这并不是简单的两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。“互联网+”是互联网思维的进一步实践成果，它代表一种先进的生产力，推动经济形态不断的发生演变。

“互联网+工业”即传统制造业企业采用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术,改造原有产品及研发生产方式。

梁学民说，“互联网+”对于我国铝工业的影响，就如马化腾所言“互联网+”就像当年电力对各行各业的影响一样，“互联网+”会带给铝工业革命性变化。

那么具体到“互联网+”在铝工业领域又是怎样体现的呢？梁学民说，“互联网+铝工业”就是要实现铝工业生产的高度智能化，实现无人化生产车间。说白了，“互联网+铝工业”也是铝工业的产业升级。

梁学民说：“我国是一个铝工业生产大国，甚至在电解铝技术领域已经走在了世界铝工业的前沿，但这并不说明我们在生产指标领域没有文章可作，我们要在“互联网+”概念引导下加快实现铝工业的智能化，有效利用大量的信息和数据，更好地加快铝工业的发展。但若想真正的在现有电解铝技术基础上实现信息化、数据化和智能化，可能需要在每一个角落，每一个小的技术领域，甚至是边边角角都面临着全面的技术革新。”

铝工业作为传统的工业产业，在接受新型思维和事物方面略显滞后。在铝工业展会现场记者也曾询问了一些企业关于“互联网+”对企业影响的思考，但多数被访对象表示自己企业仅开通了微信平台，另一部分企业表示已加入一些电商平台进行产品销售，可见企业并没有对“互联网+”概念在铝行业的影响充分理解，甚至出现了曲解。所以“互联网+”对于目前我国铝工业同仁来说，更重要的是理解和消化的过程。

梁学民说：“近来年，我们的科研工作更多地专注于技术难题的攻关，专注于技术指标的提升，其实“互联网+”对生产、运营、经济效益等方面的影响更加重要。当前，对于“互联网+”对铝工业的影响，在行业内还存在不同的认识，比如说，相当一部分专家认为，“互联网+”是一个比较虚的概念，跟传统行业的结合也只能是在一些信息、情报、商务方面，真正对技术核心竞争力、效益的提升关系并不大，比较虚幻。”

梁学民也曾为此困惑过，在两年前为其研究团队确定电解铝生态和智能化的发展方向时就做了认真的思考，两年来，经过团队的研究论证，梁学民坚信“互联网+”将会带给铝工业一场革命性的改变。

2 电解铝行业更易与“互联网+”相融合

“电解铝行业作为模块化、标准化程度较高的行业，更易于实现智能化操作，一个车间内放置相同类型的电解槽数台，每台电解槽从事相同的生产工序，工作人员几乎在重复相同的操作，同型号的设备，同质化的生产，更利于智能化控制、信息化管理、大数据采集以及大数据分析。”所以梁学民认为电解铝行业更易于与“互联网+”相融合。

梁学民说，电解铝企业实力不同，发挥电解槽的效力也不尽相同。对于不同的企业，同一类型电解槽在内部设计方面也是千差万别的，这种差别作为同行以及专家也往往搞不清楚在哪儿。有些问题很严重，比如说电解槽使用寿命问题，有的企业电解槽使用很多年，有的则不然。更重要的是电解槽使用重大事故问题，同一类型的电解槽为什么会在一些企业安全运行，而在另外一些企业就会发生事故？甚至是在同一个企业不同的车间事故也不一样。对于这些常见的问题一直得不到解决，但假若是换作在“互联网+”概念下再去思考解决办法似乎就变得可行了。比如说，有一套专业的数据采集系统，通过对这些生产数据的收集汇总，然后进行数据分析，找出问题的关键所在，再进行解决。如此一来，困扰产业多年的问题也就迎刃而解了，所以说平时生产工艺上各个环节的数据采集工作也是非常关键重要的，这就是“互联网+”领域的大数据及数据分析在铝行业的应用。

“作为科研人员，原以为攻克一些核心技术就可以了，但实际上对于一个非常复杂的工业化系统来说，很多技术是千差万别，大家的认识也是不一样，我们并不能及时把最好的经验和最好的技术应用到所有的企业中去，这就需要信息化、智能化的发展。”梁学民说。

企业生产安全问题是困扰电解铝行业的大问题，过去重视不够，如今，行业企业都很重视，但是30年前发生的问题仍然还会发生。这些事故想起来怵目惊心，往往也是企业负责人的心头大患。

近来，梁学民一直在思考应用“互联网+”概念去解决电解铝行业生产过程中的安全问题。

梁学民说，如果用“互联网+”思维来解决电解铝生产安全问题或许会有新的突破。梁学民例举了四个方面的情况。

首先，问题定位。过去一个电解槽出现事故，表面上看来，可能是由于一个偶然因素造成的，如对电解槽的误操作或者是风险控制不够等等，但实际上造成电解铝事故可能的原因很多，比如说在设计阶段，由于槽体材料微差别或是电解槽设计的先天不合理性，可能已经为安全事故埋下隐患，具体原因很难准确的去下结论。甚至有多少套设备或是工厂存在类似或是相同的问题也难以知晓，究其原因十分复杂，单纯地通过人工去找原因难以实现。如果采用数据分析和数据挖掘的办法，问题就很容易定位。第二，运行控制。生产过程中的操作管理、运行参数的自动化控制，在什么操作情况下容易发生事故，比如常见的漏槽或是短路口爆炸等等这些事故如何去避免。第三，事故预防。就是电解槽出事故之先的预防措施还不够，什么时候出事故不知道，这就涉及到我们的信息采集系统不完善，在生产过程中掌握的数据信息不够，也就是我们的传感器系统需待升级，引入“互联网+”概念之后，这些问题就迎刃而解了。第四，就是为保证安全性，企业必须要有一套系统性的保障，当然这跟我们规模的扩大和技术的进步是分不开的。

梁学民说在以上四个方面，若结合“互联网+”技术，电解铝厂的安全性将会得到一个很好的控制。这也是近期梁学民团队研究工作的重点。

3 打造电解铝智能化工厂

“互联网+”在电解铝安全生产环节的应用只是其中的一部分，对整个电解铝工业来说，“互联网+”应用的意义就是要实现电解铝智能化技术和电解铝智能化装备，最终打造电解铝智能化工厂。

日前，由梁学民带头的由中南大学冶金与环境学院和信息科学与工程学院组成的研究团队已经取得了初步的研究成果。在“氧化铝 电解铝工业可持续发展论坛”上，梁学民作了《生态智能化铝电解技术》研究报告，并提出了未来铝工业可持续发展的两大趋势：即生态化和智能化。

梁学民说，电解铝智能化包括智能化装备制造和智能化技术，电解铝智能化具有重要意义：电解铝智能化是优化工艺操作、提升技术指标的需要；电解铝智能化是减员增效、降低成本的需要；电解铝智能化是提高企业生产过程系统安全保障的需要；电解铝智能化是提高电解铝管理水平的需要。所以要运用工业流程“互联网+”打造电解铝智能化工厂。

在电解铝智能化技术方面，包括电解槽智能控制技术(图1)、智能化装备制造技术(图2)、电解铝智能化设计技术、电解铝生产安全智能化技术。比如，通过移动智能终端-实现专家远程管理电解槽(如图3)；实现智能打壳下料装置-实现按需下料(如图4)等。

图1 智能控制系统结构图

图2 智能化阳极加热装置

图3 移动智能终端-实现专家远程管理电解槽

图4 智能打壳下料装置-实现按需下料

在电解槽槽型的设计方面，也要实现智能操作，电解槽内衬结构优化，双阳极改单极、电解铝不停电技术、应急短路技术等等。

目前我国大部分电解铝厂都升级为大型铝电解槽生产，大型铝电解槽是一种多相多场交互作用下的复杂高温电化学反应器，主要体现在以下四个特点：一、趋于铝电解槽大型化。二、多相-多场强烈交互作用，高温电化学反应复杂。三、高温熔体腐蚀性强，导致参数检测困难。四、工艺参数多、数据量大、数据挖掘深度不够。 梁学民认为，鉴于我国大型化电解槽的特点，打造电解铝智能化工厂十分有必要。

必要性一：从电解槽的角度出发，未来铝电解槽的高效、稳定运行必须解决诸多参数综合影响、大型化、槽状态特性改变的难题。

从全厂的角度看，各车间均是一个既独立又关联的生产单元，其功能与特性智能化方面的存在严重不足，见表1。

表1 各车间功能与特性智能化方面的不足

必要性二：铝电解生产系统还包括多个辅助车间，为电解车间运行提供必要的氧化铝、氟化盐、电、热、气等，以及产品铸造、烟气处理和槽大修等作业。从生产系统的角度出发，运用“互联网+”技术实现各生产单元的协调配合、生产系统的优化运行，对于发挥整个生产系统资源的效率，是智能化工厂的又一重要工作。

必要性三：铝电解企业大型化集团化，但下属企业间信息交流与融合不足，难以实现全集团优化决策，且未来人力资源匮乏，生产效率和控制水平有待提升。

所以，从科技研发、发展规划、营销运营、市场信息、人力资源等建立公司(集团级)智能化工厂体系更为重要。

既然建设铝电解智能工厂如此重要，那理想中的铝电解智能工厂又是什么样子的呢？在梁学民的研究中，铝电解智能工厂已经有了大致的规划。

梁学民说，基于云架构的智能铝电解厂的系统结构分为集团级和分厂级。其最显著特点就是大数据、无人值守、移动操控、远程监控。

目前，智能化工厂建设亟待开展的工作还很多。

第一，基于云架构的工业化与信息化综合网络系统的搭建。这其中包括分厂网络的构建(提出分厂级的两化融合基础网络的框架模型，完成电解分厂内所有车间网络的搭建，并建立分厂数据中心)和集团网络的构建(基于云架构技术，实现分厂数据中心与集团数据中心的互联网)。

第二， 智能物流系统的构建。包括物流智能标识与跟踪(建立阳极炭块、铝液、大修的电解槽、氧化铝、氟盐、烟气及天车运行等各部分物流智能标识及自动追溯系统)和物料管理信息化和智能化(优化物料的成分配置、仓储量与物流)。

第三，电解槽分布式信息采集系统的应用。通过数字化电解槽及与槽控机系统的对接，实现对电解槽的全方位智能化管理，实现更好的经济技术指标。

第四，决策系统、虚拟工厂及远程管控。包括系列(分厂)决策系统(基于两化综合网络所采集的全面海量数据与数据化专家知识，建立全厂生产管理、原料购置及产品销售的智能化决策系统。)和数字化虚拟工厂(开展铝电解工厂的三维虚拟现实建模，建立全集团数字化虚拟工厂，实现生产过程管理、下一代高水平工人培训的数字、虚拟化。)以及远程管控(利用电解铝厂的移动互联网络架构，实现关键工序的移动操控。

梁学民总结说，未来拟具体开展工作主要包括以下四个内容。

第一，大数据条件下的数据深加工：针对两化融合网络所采集的海量数据开发智能数据融合方法，从而消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，并构建各类型铝电解数据仓库。

第二，基于知识自动化的决策与控制：研究各生产环节中的可控操作参数为优化变量的智能集成优化模型。

第三， 基于知识的机器人：基于铝电解工艺与特性，开发出交互式自动换极机器人与出铝机器人。

第四，智能铝电解工厂的全面实现：实现电解铝厂的全部管、控、决策、物流等全面智能化。

4 推动“互联网+铝工业”前行

听着梁学民院长的描述，记者眼前似乎已经出现了一幅未来电解铝智能化工厂车间的生产画面：车间安静、见不到工人、各生产环节井然有序……

然而理想很丰满，现实很骨感。事实上，“互联网+”理念在铝行业推行并不十分顺利。

在当前，更多人根本没有理解“互联网+”对传统工业的意义，相比之下，企业更愿意相信硬件的改变对提升企业效益和产品质量的效果，一套设备或是一些能看得到的东西就觉得很有价值，若是一些软件系统或是一些分析方法等就很难受到企业认同和重视，其价值也远远不能体现。这些问题让梁学民及其团队在开展工作的时候感觉到困难。

但梁学民并没有泄气，他说，在电解铝行业，电解槽很重要，但是真正伺候电解槽的设备很少，真正自动化程度很低，这是很极端的一种情况，在电解铝厂，电解槽几乎占用了一个铝厂投资60%多的成本，这么高的资产密集度，其重要性可想而知，其装备智能化岂容忽视，在过去我们主要用人工去管理，确确实实很难达到高效率，若换作配套的自动化系统操作，则更能发挥其功效。

另一方面电解铝行业中一些岗位工作条件相当艰苦，也很危险，而对这些问题若是实现智能化，就完全由机器人替代，实现远程操作，则是实现革命性的进步。当然要真正得以实现，不可能一蹴而就，还任重道远，需要行业同仁的共同努力。

梁学民深信，生态化和智能化是未来电解铝企业生存发展的大势所趋。电解铝生态化技术的发展，使得实现电解铝废弃物资源化、无害化生产指日可待。而“互联网+”将深入电解铝生产的设计和生产技术各个环节，带给电解铝一场革命。在电解铝设计、生产和运营管理智能化基础上，建立电解铝智能化工厂将大大提高电解铝厂的运营效率和电解铝企业的竞争力。

转自《中国有色金属报》2015-07-14