智能制造在水泥工厂数字化转型过程中的应用价值分析

李珊珊

华润水泥控股有限公司，广东深圳，518001

0 引言

基于工信部所颁布文件《建材工业智能制造数字转型行动计划（2021-2023年）》可知，智能化、数字化的生产流程已经成为水泥建造领域现阶段最为主要的创新与改革方向。并且在未来，水泥工厂还需要将物联网、大数据、云计算等各项技术渗透进其生产流程之中，逐步落实现代化、智能化的水泥生产标准。并以清洁材料、高效生产为最终目标，助力我国社会早日达成“碳达峰”“碳中和”战略发展目标。在降低水泥生产资源损耗的同时，为全社会的可持续发展源源不断地提供更清洁、安全、优质的水泥材料。

1 智能制造在水泥工厂数字化转型中的价值

1.1 智能制造简述

智能制造是集数字化技术、智能技术以及现代化信息技术等多种技术优势于一体的新型制造概念。智能制造主要面向产品设计、生产以及售卖等全生命周期环节，具有信息感知、全程监控、高执行力等优势，能够为相关制造厂商提供更高效、稳定、安全、灵活、清洁、个性化以及低风险的产品制造服务[1-2]。

1.2 智能制造价值分析

多元化的信息技术与数字技术是智能制造运行的基础，将相应的技术硬软件应用于生产企业之中，能够有效摒弃传统生产、制造过程中的信息传递成本以及运行负荷。首先，智能制造有助于升级水泥工厂生产安全性，落实EHS管理体系[3]。借助物联网技术、5G通信技术等构建水泥工厂权限监督与预警系统，实现对生产车间、运输车辆、生产工人等各方面的跟踪监督，精准检测并预警生产中的各类风险隐患因素，避免危险事故的发生。依托虚拟现实技术构建“线上+线下”“虚拟与现实”于一体的培训体系，助力安全生产目标的实现；其次，智能制造有助于优化水泥工厂生产效率与质量[4]。结合现代化技术优化既有配料系统，落实对水泥生料、熟料以及水泥生产工序的自动检测、配料与优化调整，有效提升生产效率、降低劳动强度；再次，依托于智能化生产技术，辅以能源管理系统，有助于深化水泥工厂的“绿色化”转型，同步降低水泥生产与加工的能源损耗；最后，基于数字化营销平台以及智能物流系统，落实高效、稳定的水泥产品运输与销售工作，带动供应链上下游企业协同发展，促进产业结构完善与转型[5]。

2 基于实例的智能制造数字化水泥工厂架构分析

对某水泥工厂的数字化系统展开分析，依照分层结构进行设计，以水泥工厂智能制造规划为起点，结合智能化水泥工业互联网平台，构建包含智能设备管理、数字化生产、智能监控与管理、智能物流等数字化智慧服务功能模块的数字化水泥工厂。

并进一步实现不同层级模块的功能优势，应用智能制造的数字化水泥工厂功能架构如图1所示。各模块的实际功能可参考表1。

图1 数字化水泥工厂功能架构

表1 数字化水泥工厂系统各模块的实际功能

3 智能制造在水泥工厂数字化转型中的实际应用效果分析

某水泥工厂结合智能制造以及数字化技术，构建新型干法水泥熟料生产线路，计划日产水泥熟料4000t。该项目中，智能制造以及数字化技术贯穿于水泥工厂的设计、生产加工、云文管理、交通运输以及销售、售后服务等各个环节。重点利用智能化系统“NC-CPIS”，对生产线路中的煤磨、水泥磨、原料磨等机械设备进行智能化管控与监督，同步对设备参数、工艺技术以及系统故障检测程序进行优化调整，落实全流程智能控制。

基于生产过程进行分析，本项目中数字化生产设备主要包含石灰石等原料的自动堆料/取料设备；水泥辅料自动堆料/取料设备；综合仓库自动堆料/取料设备；自动插袋机、远程控制包装设备以及智能化装车机等。依托于物联网技术、大数据技术、4G/5G通信技术、GIS等智慧技术，借助智能传感装置、在线监测与分析技术、车间内智能巡航机器人等先进设备，实现对数字化水泥生产与运输流程的远程监控与智慧化控制。

基于智能化质量控制层面进行分析。本项目主要利用在线分析仪以及线上数据检测、处理系统等对水泥生产过程的质量进行监督控制。借助窑专家优化系统、能源控制系统、配电线路检测系统以及各类型水泥生产质量控制系统等，重点参考行业内专业学者生产加工经验，利用大数据技术以及人工智能算法模型等自动生成多种适用于水泥生产的设备、线路控制策略，对不同情境、不同需求下的水泥生产线路进行个性化、动态化监督与控制。

在整体系统运行稳定的情况下，数字化水泥生产过程中系统会基于生产质量、能源损耗等各项需求自动生成各项数据报表。以此为相关工作人员提供更及时、精准的数据参考，进一步优化数字化水泥生产与管理效率。项目进行中，数字化生产系统所自动生成的生产效应报表可见表2。

表2 项目生产指标效果

4 结论

应用智能制造构建的水泥工厂在完成数字化转型后主要达成效果有：①降低1.5%～3.0%的煤炭燃料消耗；②降低2%左右的电力损耗；③在相关系统的作用下，生产设备的运行效率获得近99%的提升；④数字化设计、生产与运输系统进一步升级了各环节的工作效率与质量，同时降低了基层操作员以及实验人员的劳动强度，下降程度根据作业情况的不同分别下降90%以及25%。

应用智能制造构建的水泥工厂在完成数字化转型后达成的节能减排效果有：①熟料生产年均可节省150万t熟料×23=3450万kWh电量、水泥生产可节省180万t×8=1440万kWh电量；②燃煤年均可降低约7.38万t的碳排放、耗电年均可降低约4.2054万t的碳排放。煤电年均降低碳排放量为11.5854万t；③水泥工厂生产效率有效提升24%左右、能源利用率提升15%左右、降低生产与运营成本13%左右。

可知，智能制造有助于实现水泥工厂的数字化转型，助力相关设计、管理、生产、物流等环节的智能化、高效化、节能化、自动化升级，在经验积累中共同助力绿色低碳制造，推动水泥行业向高端化智能化绿色化发展。