矿渣微粉企业智能工厂管理系统介绍

刘远征，陈友斌（南京南钢嘉华新型建材有限公司，江苏 南京210032）

0 前言

近年来，工业制造行业不断用软件定义产品功能和性能，增强对以自动化、信息化软件为主导的创新的重视程度，使得制造业产品产生价值的来源从硬件转移到了以自动化、信息化软件为主导，因而也提升了制造业的生产效率。智能制造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，是具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

早在2015年1月，工业及信息化部发布的《原材料工业两化深度融合推进计划》中便提出了智能工厂示范工程，鼓励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生产线。在智能制造2025背景下，制造行业正以“坚持推行自动化、信息化软件替代硬件，不断提升信息化、智能化水平”为方向，努力将各类硬件功能通过传感器、机器、工件和IT系统相互联接，实现跨设备的数据收集和分析，灵活高效地生产出“低价高质”的商品，提高生产效率从而保证软件在通用性、可靠性、集成化水平不断提高的同时，信息化、智能化程度取得较大突破。

矿渣微粉企业属于原材料工业范畴，也是资源再利用、循环经济产业范畴。在生产制造过程中需对重点设备的工作状态未雨绸缪、防患未然，需要软件管理系统来控制处理销售计划、备件物资采购计划，执行层中的生产计划、过程质量数据、制造成本信息、仓库出入库管理等多层级计划，实现生产计划、采购计划的关联跟踪，通过底层数据层的建立，实现设备状态、工作参数、设备动作信息接收等现场数据的实时反馈与目标分析。提升矿渣微粉企业智能制造水平有利于改善工人劳动条件，减少人工干预，对提高产品质量、降低产品能耗、提升管理能效具有重大战略意义和现实经济价值。

1 公司规模简介及矿渣粉行业特征

南京南钢嘉华新型建材有限公司（以下简称“我公司”）设计矿渣微粉总产能240万t，共有三条生产线，包括一条年产120万t德国莱歇立磨生产线及两条60万t德国Polysius立磨生产线，主机设备均为德国进口，生产采用了DCS控制操作系统。

矿渣微粉行业特征可概括为：

（1）物流量大，存货库存高，一般来说，存货量最少可达一周以上存货；

（2）生产过程自动化程度高，生产线控制基本采用DCS远程操作系统，对设备可靠性要求高；

（3）成品出货量大，日出货量少则几千吨，多则上万吨；

（4）相对水泥而言，产品质量控制指标较为单一，以控制比表面积为主；

（5）工艺系统链较短，仅有粉磨、烘干及产品收集环节，便于智能化控制。

可以看出，随着矿渣微粉企业的发展，人员规模的扩大，产能的提升，必然会面临复杂多样的管理问题。为了应对市场竞争业务的复杂性和多变性，通过智能制造系统平台来解决面对公司高速成长所带来的管理任务重、数据分散、工作量大、信息不畅、人力严重不足等问题显得至关重要。

我公司通过开发引进五大智能管控系统，搭建了高速、安全、稳定可靠、经济实用、方便操作的智能制造管理平台，全面实现生产管理智能化、信息资源共享化、审批移动化、决策智能化，实现与生产有关的各应用管理系统的整合。

2 智能工厂管理系统

2.1 原材料进厂管理系统

水渣作为生产矿渣微粉的主要原材料，一般来源于钢厂，存在汽车运输和皮带机（管带机）运输两种进厂方式。在生产线满负荷工作条件下，水渣平均日进厂量为8 000～10 000 t，车辆次数维持在300车次左右，生产任务之重，车辆、人员活动频率之高，显而易见。在智能化进厂系统的支撑下，司机可通过刷自助IC卡快速进厂，同时，系统能够自行对车辆进行多点拍照并存档，系统自动抓拍车牌号和车厢水渣装载情况，自动生成文件包存档，自动记录水渣进厂数据，其中包括车牌号、净重、毛重、皮重等信息，可在较大程度上简化原材料进厂工序。同时，在进行水渣费用成本结算时，拥有高集成度的大数据智能管理系统可与钢厂水渣销售数据进行快速、精确、科学对比，防止少算、漏算、多算情况的出现，确保原材料进厂工作的稳定运行。

2.2 产品销售管理系统

产品销售管理系统包括价格管理，货款管理，销售计划管理，无人值守过磅称量管理，发货装车管理，GPS运输管理，销售区域电子围栏通行管理等，通过对多部位、多环节实行智能化管理，规避了人为操作控制的风险，可有效防止窜货现象的发生。同时，数据自动化采集功能及多角度监控拍照记录，建立了高度集成数据库，实现可查询追溯功能。操作流程如下：

（1）司机凭提货单+IC卡及车载RFID，刷卡过无人值守皮重，同时，系统会自动显示并记录提货单位、车辆信息、可提货量等客户信息。

（2）到指定下料口刷IC卡，待车辆信息与IC卡信息自动对比并确认无误情况后予以装车，可远程监控，自动装车。

（3）车辆满载后过磅称毛重，系统可自动打单，自动扣款，确保车辆快速出厂。

（4）为践行环保要求，车辆须经过通过式自动车辆清洗通道，以保证车辆的整洁干净。

（5）车载GPS可自动跟踪并反馈此车所达销售区域客户信息，有效防止窜货现象的发生。

所有数据均可与销售管理系统进行有效结合，对于公司名称、授权运输单位、车辆信息、货款金额、提货量、单价等在内的客户信息，系统可实现自动记录及提货自动扣款功能，确保款到发货。

2.3 存货库存管理系统

（1）原材料水渣存货。原材料水渣存货是以进厂数（进货管理系统试车生产消耗量）实时显示库存，从而了解原材料库存情况，便于生产组织。

（2）产品（矿粉）存货。由DCS系统自动发出指令，每半小时自动检测一次库位，实时显示在DCS系统和存货管理系统中，从而实时显示库存量，便于组织发货和生产,并与喂料秤产量实时比对。

（3）备品备件及物料管理。智能物资管理主要包括公司生产经营过程中所需的机电备件、大宗备件、低值易耗品和劳防用品等的实时动态管控，主要涵盖以下几个模块。

①备件编码管理，根据规范的编码规则，实现设备标准化、全生命周期管理。

②采购供应商管理，包括供应商的新增、修改管理等。根据多维度的评估类别生成评估报告实现供应商评估的全系统化。

③备件仓库管理，用于维护仓库基础信息

④采购计划管理，包括月度正常采购计划、应急采购计划，跟踪采购计划全流程。

⑤采购合同管理，包括采购合同录入、审批、到货跟踪、报支跟踪，跟踪合同整个生命周期。

⑥验收入库管理，质量验收，指定入库仓库，确认入库操作。

⑦领料出库管理，领料计划申报、领料计划审批、领料出库确认。备件领用采用扫码形式，每个备件均配置一个单独的条形码，条形码中记录了此备件的型号、规格、实时库存等情况，可以在手机APP上完成整个领料过程。

⑧库存管理，支持对各种库存业务进行管理，包括备件的收货、领用、库存盘点、库存调拨，实现与库存管理相关的财务帐务处理等。

2.4 生产智能化系统

一般矿渣微粉生产线都是通过DCS系统进行远程中央控制，在运行过程中，往往是通过有一定操作经验的中控员输入指令来对参数进行调整，该运行方式存在两个缺点：

（1）系统工艺参数及生产参数的调整和设定均由人工进行操作，是否合理往往取决于操作员的经验和精力，存在一定的不确定性；

（2）中控员需8h不间断紧盯屏幕，极易出现视觉、身心疲劳现象；尤其是夜班，中控员往往精力不易集中，容易引起设备事故和工艺事故，对产品质量的稳定及能耗的降低有不利影响。

为此，我们开发了矿渣微粉生产智能化系统，在生产过程控制中引进了多个在线监测控制系统。该系统是在现有DCS生产控制系统基础上，加以智能化控制系统，由于该系统具备自感知，自学习，自决策，自适应，自执行的专家系统，可有效代替中控操作员人工操作，提高效率，减轻员工工作强度，使生产系统更可靠，产品质量更稳定，能耗更低。其中，智能化专家系统数据库来源于以前各类生产线总结的成功经验，并以此为基础形成智能化操作系统。

2.4.1 在线成品比表分析系统

比表面积是衡量矿渣粉质量的一个重要参数，行业常规取样方式采用一个自动取样器实时取料，1h左右由化验人员去现场将样品取回化验，得出上一个小时的平均比表面积，中控操作人员据此进行立磨的相关调整，但是同样因时间差的影响，如果出现质量问题，前一个小时的不合格粉料已经入库，很有可能造成质量事故。全自动比表仪采用在线实时取样实时化验出结果的方式，基本可以做到10min甚至1min出一个比表面积数据，这样就可以保证如果出现不合格品可以及时处置保证质量。

将智能制造平台与在线比表面积检测设备进行结合，在实时监控生产工艺和作业系统的同时，提供代表性、准确性、一致性的检测结果，使全自动闭环控制成为可能，从而实现生产管控智能化，为提产节能降耗开辟了一条实行有效的捷径。

2.4.2 在线微波水分分析系统

矿渣粉行业中水渣水分是立磨运行操作的重要指标，入磨水渣含水量影响立磨料层从而对立磨是否稳定运行起到至关重要的作用，传统做法是每小时测一次水份，中控员据此进行操作，但是由于时间差的原因，如果出现水分异常时往往调整滞后，造成立磨震动甚至停机。在线水分自动检测仪可以实时测量并传输到系统中，对于中控操作提供及时支持。

在智能制造全流程平台大背景下，引入在线水分检测系统能够对整个生产过程进行持续、稳定测量，同时针对不同测量标准可实现一站式轻松校准，实时把握原材料性能，对生产管理过程中产品质量的控制与提高起到关键作用。

2.4.3 热耗控制系统

智能制造系统涉及热风炉控制、磨机进口温度、磨机出口温度、主排风机进出口温度、循环回风温度等多部位温度。同时，热风炉的温控涉及炉膛温度、炉膛出口温度、煤气阀门开度、一次风调节控制、二次风风量等参数，这些参数共同构成了一个自动智能控制系统，并与磨机热耗控制系统相关联，实现了热耗智能化高度集成。为了减少燃气消耗、排放，保持磨机出口温度的稳定显得至关重要，是该智能制造系统的主要控制目标。

2.4.4 设备管理系统

本系统以标准化作业的设备管理模式为原则，通过对设备管理业务流程的优化整合，固化设备管理的各项业务流程，加强公司内部资产的管理，提高设备综合利用效率，提高对设备故障隐患的预防和预警能力，降低设备故障率，减低设备停机率，确保主要设备安全运行、稳定可靠运行。根据模块功能的不同，分为以下几个功能模块：

（1）设备编码管理。设备编码管理模块根据编码规则生成设备编码，实现设备编码标准化。

（2）设备电子档案管理。每个设备档案信息由多个部分组成，主要包括：①设备基本信息，包括原有设备代号，以及设备名称、规格型号、设备编码、设备类型、设备标识、功率、生产厂商、供应商等固有属性；②设备外观图像，以图片形式展示的设备外观形状，保证用户在面对各种不同设备时可以通过照片影像对设备有一个准确的了解；③设备相关维修、保养、检修和巡检计划，以及故障处理记录；④设备文档：关联查询设备相关文档。

（3）设备状态管理。设备状态管理包含作业线停机信息管理、设备参数异常管理两部分。①设备停开机管理：包含设备连续停机和开机时长，累计停机和开机时长以及停机原因；②根据系统采集到的设备参数数据，设定参数报警，及时推送异常信息，发现并消除潜在的设备隐患，生成设备异常信息表。

（4）巡检管理。巡检方式采用二维码与GPS相结合：①二维码方式：移动终端会自动调用扫描二维码软件，扫描出的信息包括设备主信息、当前时间、巡检员，巡检过程中可上传图片，数据信息会自动传输到PC端的对应功能模块；②GPS定位：客户端软件在提交设备巡检数据时，通过GPS获取当前位置并对数据进行分析后，上传设备当前位置的经纬度信息。巡检管理模块还包括巡检点管理、巡检计划管理、巡检记录管理和巡检计划考核等模块。巡检内容由专业工程师负责维护，可根据设备当前运行状况实时调整巡检内容及其它要求，同时系统PC端可以按照班、日、月等方式查询巡检完成率等信息。

（5）设备检修管理。设备检修管理模块分为临时检修、计划定修和计划大修几个模块。

（6）设备异常故障管理。设备异常故障管理模块包括设备异常查询、设备故障登记、设备故障处理、设备故障分析、设备故障整改处理等功能模块。

（7）设备维修保养管理。设备维修保养管理模块根据维修保养周期自动生成维修保养计划。2.4.5 立磨粉磨控制系统

矿渣微粉生产工艺较为简单，立磨及粉磨作为最重要的两个组成部分，其性能的好坏与否可直接决定产品质量。围绕立磨粉磨应运而生的智能制造系统为全流程智能化平台核心部分，涉及较多的参数和控制，有工业参数：喂料量、入磨水渣水分、磨机入口温度、研磨压力、外循环量、选粉机转速、主电机电流、磨机振动、主排风机转速（风量）、磨机出口温度、成品斗提电流、收尘器压差、产品比表面积等参数控制。该系统是基于磨机过去运行所积累的数据及经验，加以计算分析判断，并给出相应调整参数，从而实现大数据智能化管控。以Polysius 51/26立磨为例，其中几个重要控制参数的逻辑关系见表1。

表1 控制参数的逻辑关系

3 结语

我公司智能管控系统平台的建立，极大程度上解决了原材料进厂、生产、销售等管理上的痛点，提高了企业生产服务质量，提升了企业管理水平，实现了企业信息共享平台的建立，有效整合了与生产有关的各工作环节管理系统，强化了已有信息管理系统中较薄弱的流程审批和定制功能板块，为公司未来信息系统建设奠定基础。同时，目前在生产管理优化和制造过程智能化程度上仍有较大发展空间，自动化生产控制的精准程度还未达到一定的高度。

随着企业业务精细化要求的提升，对操作、管理智能化的要求也越来越高。对人员安全管理、厂内物流、财务管理、成本分析等信息技术的发展，需实行进一步优化完善，建立“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据生产、用数据创新”的新型管理机制，从中发现新知识、创造新价值、提升新能力。