海螺集团水泥智能制造探索及应用

水泥行业目前正处于新旧动能更迭的关键阶段，行业自动化、智能化和信息化水平参差不齐，亟须采用融合工艺机理的智能化和信息化技术，推动生产、管理和营销模式从局部、粗放向全流程、精细化和绿色低碳发展方向变革。运用人工智能和信息网络等现代技术，推动水泥工业生产、管理和营销模式的变革，正逐渐成为我国水泥工业高质量转型发展的重要任务。

安徽海螺集团有限责任公司（海螺集团）业务涵盖水泥制造、国际贸易等六大板块，下属360多家子公司。进入“十三五”时期以来，海螺集团积极贯彻新发展理念，大力推进“产能国际化、生产智能化、产业绿色化”，目前已在东南亚、欧洲、北美、非洲等地区拥有38家公司、41个项目、11个实体工厂，海外员工达3600多人;建成了水泥全流程智能化工厂，水泥窑协同捕集纯化二氧化碳及处理城市生活垃圾、污泥、工业固废与危废等一批具有较大影响力的样板工程，节能减排成效位居业界前列，绿色低碳产业规模不断拓展，引领着行业高质量发展的前进方向。

海螺集团水泥智能制造探索背景

水泥行业目前正处于新旧动能更迭的关键阶段，行业自动化、智能化和信息化水平参差不齐，亟须采用融合工艺机理的智能化和信息化技术，推动生产、管理和营销模式从局部、粗放向全流程、精细化和绿色低碳发展方向变革，解决资源、能源与环境的约束问题，提高生产制造水平和效能，实现水泥行业“降成本、补短板”和跨越式发展。运用人工智能和信息网络等现代技术，推动水泥工业生产、管理和营销模式的变革，正逐渐成为我国水泥工业高质量转型发展的重要任务。

面对新的挑战与机遇，海螺集团主动作为，以推动行业技术进步为己任，按照《智能制造发展规划（2016～2020年）》等相关要求，结合三十余年在水泥行业积累的技术、管理优势，分析当前行业生产管理现状和未来趋势，采用自主研发与集成创新相结合的方式，积极牵头与国内外科研院所及知名厂商的合作，运用移动物联、传感监测、三维仿真和人工智能等先进技术，通过聚焦生产管控、设备管理、安全环保和营销物流等核心业务，打造以智能生产为核心，以运行维护做保障和以智慧管理促经营的三大平台，实现工厂运行自动化、管理可视化、故障预控化、全要素协同化和决策智慧化。

水泥是典型的传统行业，也是极为典型的流程工业，生产模式与钢铁、化工非常相似。目前，水泥智能制造行业存在诸多挑战，比如：单体智能设备尚未普及，成系统的智能设备集群基本没有组建，大多数水泥生产厂商尚处在自动化+人工参与阶段。针对具体问题，海螺集团站在推动传统产业高质量和持续发展的战略高度，深入挖掘水泥生产管理的痛点，利用信息及智能化技术，采用自主与联合开发的方式，形成融合工艺智能制造系统，改造提升了传统水泥流程行业。

海螺集团开发的智能平台主要包括智能生产、运行维护和智慧管理等三大平台，其中智能生产平台以数字化矿山管理系统、专家自动操作系统、智能质量控制系统为核心。运行维护平台以设备管理及辅助巡检系统、能源管理系统、安全生产管理系统为核心。智慧管理平台以生产制造执行系统和营销物流管理系统为主。通过上述三大平台，海螺集团建设形成了以智能生产为核心，以运行维护为保障的智慧化的生产模式，实现了从水泥的生产到发运各个环节的融合和信息互通，创建了管理可视化、决策智慧化、运行自动化、故障预控化、全要素协同化的智能化体系，对传统的生产方式进行转型升级。

智能生产平台

该平台下含数字化矿山智能管理系统、专家优化控制系统、智能质量控制系统和清洁包装发运四大系统。突出“以简为智、以优为智”的特点，在行业率先实现“一键输入、全程智控”的生产模式，即只需在自动化验配料系统中输入熟料或水泥的品质预控目标，系统则自动根据原燃材料信息完成生产配料;据此向数字化矿山智能管理系统下达开采和配矿指令;专家优化控制系统则按照配料参数和品质要求在节能稳产模式下自动引导生产。进入智能生产闭环后，开采的矿石品位和终端产品的质量数据则又會由系统自动实时采集分析，用以不断优化生产方案，使产品品质、能源消耗等控制目标不断逼近预设的最优参数，最终实现降低人员劳动强度、提高产品品质和降低资源能源消耗的运营目标。

与此相对应地，以前的模式是人工经验调度，生产组织滞后，质量波动较大，资源利用率低。协同智能生产平台通过系统建设矿山的三维建模，对矿山的品类实现了采矿在线分析、放车调度优化管理，改变了矿山传统的开采模式，有效地提高了资源利用率和生产效率。

海螺集团还开发了专家自动操作系统。水泥工业是典型的流程工业，整个的生产系统是由操作员进行操作，存在的主要问题是人工操作水平不足容易影响产品指标的提高。另外，操作人员换班容易带来工况及质量波动。随着水泥生产的精细化，测控信号不断增多，人工操作难度越来越大。由于缺乏过程质量数据的实时协同，人工操作偏向保守，不利于生产线指标的优化。针对这些问题，海螺集团按照生产线专家操作经验、过程机理知识和生产数据分析建立模型，在DCS系统、数字化矿山管理系统和智能质量控制系统的协同下，以最优调节方式来代替之前的传统操作方式。

对质量控制系统，以前的方式是采用人工方式取样、送样、制样和产品配比计算，存在化验室人员工作劳动强度大，取样随机性较大，样品代表性不强，检验和配比数据以人工方式通知中控操作员进行操作调整，质量控制的时效性不强等问题。针对这些问题，智能控制系统之质量控制系统将材料在线检测、过程产品自动取样检测等融为一体，全面覆盖公司生产用原料和产品，将检测结果汇集到智能质量控制系统中，实现了堆场可视化、数据化，人员劳动强度下降24%，化验频次提高50%。

运行维护平台

该平台旨在为智能生产平台提供高效、节能、安全、环保的运行环境。下含设备管理及辅助巡检系统、能源管理和安全环保三大系统。突出“稳产助优产、优产促节能、节能优环保”的特点。其中，设备管理及辅助巡检系统将重大设备故障自检测、主要设备实时在线监测、点巡检移动物联网化、三维仿真全息管理四大功能全面融合，实现了设备在线监管、重大故障提前预判。通过对能源计量与监测，实现对企业能源的集中与区域管控，从而使企业的能源管理由传统方式，向可视化、数字化、网络化、智能化转变，从而达到节约熟料烧成用煤、节约用电的效果。在安全环保管理系统中，安全管理围绕事前、事中、事后三条业务主线，通过信息化手段，建立具有日常监管、事前预警、事中救援、事后提高功能并贯穿安全管理全过程的业务系统。

智慧管理平台

该平台包含生产制造执行系统和营销物流管理系统，旨在利用工业和商业信息化的深度融合，推动工厂的卓越运营。通过制造执行系统，实现了各大工业智能系统的全面融合，建成以产品生产为主线，贯穿生产调度、物资、能源、设备、质量、安全环保、统计等环节的生产全过程管理平台，实现整个制造过程信息化、可视化、无纸化和智慧化，使企业始终以最经济、最稳定的方式生产运营。营销物流管理系统将互联网销售、工厂智能发运和水泥运输在线监管全面融合，实现工厂订单处理、产品发运、货物流向监控等业务流程无人化和数据应用智能化，提升服务质量与效率、互动参与度以及便捷性，为客户提供更为方便、快捷的服务，实现公司营销、管理模式的创新和升级。

通过生产制造执行系统和营销物流管理系统，海螺集团提升了水泥智能制造的自主规划设计和自主开发以及实施的推广能力，并获得了一批具有商业价值的知识产权。

智能工厂开发建设成效

海螺集团以满足企业自身经营管理需要为出发点，以提高企业自主创新能力和产业竞争力为目标，历经两年多的时间在全椒海螺公司（下称全椒海螺，海螺集团在安徽省内规划建设的大型水泥项目之一）成功打造了水泥数字化矿山，集成自动取样、自动制样和采用熟料率值配料的智能质量控制系统，集成在线销售+智能发运+物流监控一体化销售系统。

全椒海螺智能工厂投运后，各类资源消耗下降及劳动生产率提升带来的直接效益约为1800万元。经前后对比，各类能耗和污染物排放指标显著下降，生产运营集约化、智能化水平实现大幅提升，提高了生产运营质量，降低了员工劳动强度，改善了工作环境，有效降低了安全风险，实现了整个制造过程信息化、可视化和智慧化。项目的开发建设取得了一批科技创新成果。预计未来在海螺集团内推广每年可节约成本及创造效益逾十亿元。

智能制造系统推动绿色产业发展

海螺集团工厂水泥智能制造系统深入挖掘水泥行业生产和管理需求，融合用户自身经验，采用先进智能化技术，有效解决了目前国内水泥企业智能系统之间相互独立、数据不通的问题，为水泥工厂带来可观的节能降耗和环保效益，在水泥行业及流程型工业中有较好的借鉴作用。

智能制造系统带来的环保效益体现在多个方面：第一，水泥窑纯低溫余热发电系统，可以把30%的煤300多度的热量回收起来进行发电，能解决生产线60%的电力自给。这项工程在全国进行了推广，被国家发改委列为国家十大重点节能工程之一。第二，绿色发展项目利用水泥窑协同处置城市生产垃圾系统，彻底解决了生产垃圾处理占用、二次污染，以及固废这一世界性难题，真正实现了垃圾无害化、减量化、资源化的处理。集团自主开发利用水泥窑协同处置城市生活垃圾系统，资源利用率比较高，是目前比较经济、环保的环境治理方式之一。在安徽、贵州、甘肃，集团成功推广了70多套水泥窑协同处置系统，可处置城市生活垃圾150万吨，污泥、固废290万吨，真正实现了水泥工业转型的发展。海螺集团全国有一千多条生产线，如果一条生产线可以处理10万吨固废，一年就可以处理近两亿吨的固废垃圾。所以水泥跟环保行业结合，有很大的社会价值。

此外，在循环经济领域，海螺集团率先贯彻落实我国低碳发展战略，在安徽芜湖白马山水泥厂建设了水泥窑碳捕集纯化示范项目，为行业节能减排、绿色发展做出了积极贡献。

未来三到五年，海螺集团将继续开展水泥智能制造工作，进一步深化绿色产业，逐步建立起一批智能化绿色水泥工厂，形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点，抢占产业发展制高点，进而有力推动整个行业的转型升级。

（本文根据何承发副总经理在2019国家制造强国建设专家论坛（泉州）上的演讲速记稿整理而成。）