耐火材料智能制造技术的探索与实践

陈海山 ，崔任渠 ，张小红 ，陈兴华 ，汪家胜 ，郁书中

（1.瑞泰马钢新材料科技有限公司，安徽 马鞍山 243000；2.飞马智科信息技术股份有限公司，安徽 马鞍山 243000）

随着经济全球化及信息化技术的快速发展，传统制造行业面临着前所未有的挑战，欧美等发达国家相继提出“再工业化”“工业4.0”和“工业互联网”的战略，积极推动工业转型升级，促进经济发展。我国在2015年也提出了 “中国制造2025”的战略举措，部署全面推进实施制造强国战略。围绕这一战略目标，“中国制造2025”规划中把“推进信息化与工业化深度融合”，即“两化融合”作为九大战略任务和重点之一，提出要加快推动新一代信息技术与制造技术的融合发展，把智能制造作为两化融合的主攻方向，推进制造过程智能化，在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间。未来全球的制造业都将会迎来以智能制造、互联网、大数据、云计算等为核心的第四次工业革命[1-3]。作为钢铁行业的必备产业，耐火材料同样更应相应国家号召，顺应时代潮流。

1 耐火材料的生产工艺智能装备现状及机遇

传统的耐火材料行业属于典型的劳动密集型企业，与世界先进企业相比较，我国耐火材料行业存在较多问题。表现为以下几方面：（1）技术装备水平低，多需要借助进口设备；（2）关键技术存在瓶颈,功能、特种、节能、长寿、环境友好型耐火材料比例较低；（3）污染大，环保技术水平低；（4）产品生产过程自动化程度低，对产品质量的人为影响因子高；（5）企业管理信息化水平低。

随着中国制造2025浪潮的冲击，我国耐火材料企业通过不断地对外学习、交流，陆续在国内看到了自动化配料生产线、自动打砖机、自动液压机、自动称量系统、自动码砖机器人、自动在线检测等身影。通过这些智能设备的引进，在一定程度上提高和促进了我国耐火材料智能制造的发展。但对生产过程中自动化设备之间信息的衔接及各相关工艺参数等大数据的提取和应用仍存在不足。

瑞泰马钢公司2018年率先将智能立体库引入到耐火材料行业，在引入智能生产装备的同时，又将数字信息化系统、可视化系统引入到生产系统，真正实现从原料到成品设备的全自动化生产，进一步实现了各设备之间信息参数的交互提取及应用。

2 耐火材料智能制造技术水平的影响因素

围绕智能制造强国战略，瑞泰马钢公司就如何实现耐火材料生产的自动化、智能化及生产大数据的提取及应用进行了应有的探索及实践。结合瑞泰马钢公司在智能制造探索道路上的实践，笔者从以下四个方面介绍影响耐火材料智能制造技术水平的主要因素。

2.1 智能装备的技术水平

要实现耐火材料智能化生产首先离不开智能装备。智能装备从原料开始可以有智能立体库、AGV智能小车、全自动配料混碾系统、恒温恒湿库、自动液压机、智能环保设备、智能包装设备、智能检测设备等。然而智能装备技术水平也是良莠不齐，只有优秀的、合适的智能装备才能对耐火材料智能化生产锦上添花，才更能激发智能化生产新的思路。

以原料仓库管理为例，传统的耐火材料企业原料仓库管理一般为节约空间，相同产品吨包袋层层叠放，一旦堆放时间较长就会导致部分细粉原料板结，在使用过程中造成产品质量波动。另外原料的转运和输送也一定程度降低了企业的生产效率。

引入智能立体库后，在充分利用立体空间的同时，为进一步实现仓储管理的智能化，对所有原材料进行科学编码，所有原料均有自己独立位置，唯一的编码，相互之间互不影响，从原料到货，到上架、捡货、补货、发货、盘点，精准原料在仓储内的每一流程，每一动作。另外还可方便地对库存货物的批次、保质期等进行管理。进一步利用SNHGES系统的库位管理功能，及时掌握所有库存货物当前所在位置。彻底改变了传统耐火材料的原料仓库管理模式，真正实现仓储原料的智能化管理。原料智能仓储立体库见图1。

2.2 信息化与智能装备融合

图1 原料智能仓储立体库现场图

由于不同的智能装备均有其固定的软件及技术支撑，装备与装备之间在协作时往往会产生干扰，甚至相互之间制约，由于智能装备的通讯协议种类多，标准不统一，如果能充分实现数据之间的智能联动，则有利于智能化生产，反之不利于智能化生产。因此实现智能装备的协作与集成是智能制造技术突破的关键。

以全自动生产配料系统为例说明，为实现全自动生产，首先考虑智能装备之间的无缝集成，将智能仓储、自动配料系统、混碾系统、智能小车通过信号及数据进行连接，形成合理的联动模式；其次配料系统和制造集成系统的集成，接收配料作业计划和利用自动配料算法进行全自动配料，同时返回配料实际作为成本核算的数据依据，与过程控制系统、资源计划系统等信息系统实现高度集成。

2.3 信息集成技术

通过基于SOA架构的Web Services接口技术，实现企业资源计划系统（ERP）、制造执行系统（MES）和产品生命周期管理系统（PLM）的集成协同，PLM产品生命周期管理系统（PLM）将产品研发信息（配方比等）通过接口传递给制造执行系统和企业资源计划系统，客户生产订单信息通过企业资源计划系统及时下达到制造执行系统，同时制造执行系统完成生产订单后实时将相关生产过程信息反馈给企业资源计划系统，确保了智能化工厂内数据传输的及时性、准确性，真正做到数据不落地，消除信息孤岛现象（见图 2）。

2.4 大数据的采集分析能力

推动制造业智能制造发展的另一重要因素就是大数据的开发与分析能力。大数据不仅仅是一项数据存储技术，更是一系列和海量数据相关的抽取、集成、管理、分析、解释技术，是一个庞大的框架体系，更是一种全新的思维方式和商业模式。通过对生产线各个区域零散、杂乱的数据进行结构优化，转化为可用的智能数据并且将这一数据融合到新的生产当中，从而实现整个生产过程的优化[3]。

图2 瑞泰马钢智能生产数据流向图

瑞泰马钢公司在智能制造道路上做的一项重要工作就是尽可能多地收集生产过程各个环节数据，这些数据可以是原料粒度、泥料水分、机器转速、甚至可以是天气湿度、温度等。数据收集之后，首先要对所有生产相关的大数据进行预处理，这就需要对数据进行辨析、抽取、清洗。因为并非所有的数据都是有价值的。接下来就是要建立一个大数据平台，对处理后有效的数据进行储存和管理，在储存和管理过程中一项重要任务就是大数据的安全。然后通过预测、推算、总结等科学的技术手段或方法对大数据进行分析和挖掘，得到有利于生产的有效数据。最后就是大数据的展现和应用，将隐藏于海量数据中的信息和知识挖掘出来，为企业生产运行提供更有利依据，进而保证产品的高质量及生产的高效率。后期将根据生产过程大数据及产品用户的大数据相结合，快速提升产品的升级速度。

3 未来耐火材料智能制造的发展方向

未来耐火材料领域的发展首先是要在产品智能追溯上有新的突破，比如对于需要烧成、浸渍处理的产品，如滑板，如何通过智能装备或手段实现对每块产品的追溯管理，即无论某块产品在哪个生产工序，均能通过技术手段快速追查详细生产记录，形成有效准确的追溯管理模式；其次是智能环保技术的发展，耐火材料行业截止目前在国内仍属于高污染产业，如何通过智能设备或技术手段实现耐火材料的低污染或零污染生产；最后是智能工厂的建立，在工业互联网、5G时代及工业大数据的大环境下，针对不同的冶炼环境，实现耐火材料产品的个性化，智能化生产。

4 结语

目前智能制造已成为全球制造业的发展战略，在这一形势下，德国工业4.0的发展模式与产业成果一直为世界所瞩目，这也为我国智能制造发展提供思路和方向。在耐火材料领域，瑞泰马钢在智能制造道路上已然迈出坚实的第一步，下一步将在大数据开发与应用上继续探索。但由于该行业规模小，基础力量薄弱，从技术、人才、设备、资金、政策等多方面限制了其智能制造的发展。未来我国耐火材料企业应抓住新一代人工智能与制造业融合的发展机遇，因地制宜，不断推进企业改革，实现耐火材料智能制造技术的全方位升级。