智能化新技術在鋁用炭素行業中應用的探討

姜玉敬，王 毅，鄭艷珍，楊玉乾

（①中商碳素研究院有限公司，215203；②山東華鵬精機股份有限公司，264003）

面對當下，鋁電解用炭素行業面臨諸多挑戰，應采取科學的方法積極應對；面向未來，鋁電解用炭素行業應緊跟現代化技術進步的步伐，采用現代新技術成果改造和提升傳統產業。為此，鋁電解用炭素行業應高度重視并積極開展5G、互聯網+AR/VR、人工智能等在鋁用炭素制造業的開發與應用，從而實現從智能車間、智能工廠，到智能制造的發展目標。

在過去十年中，網絡技術取得顯著發展，越來越多的網絡技術應用于控制系統。為了滿足日益復雜的控制任務的需求，需要采集和存儲的數據將會越來越多，控制系統必須能夠處理這些海量數據，傳統控制體系面臨著越來越復雜、計算能力和存儲空間存在約束等嚴峻挑戰，迫切需要新一代控制系統具有智能計算、優化決策與精準控制能力。對此，在傳統控制系統中引入云計算、大數據處理技術以及人工智能算法，通過各種傳感器感知匯聚而成的海量數據，即大數據儲存在云端，在云端利用人工智能算法，實現系統的在線辨識與建模，控制任務的計劃、規劃、調度、預測、優化、決策，結合智能控制算法，如自適應模型預測控制、數據驅動控制等先進控制方法實現系統的自主智能控制，形成云控制。云計算具有強大的數據計算和存儲能力，邊緣計算有部署靈活，計算的實時性，在終端應用邊緣控制，基于云端協作機制，提高控制系統的實現性。

1 5G在鋁用炭素行業發展中的應用

5G是第五代移動通信系統，不僅是4G系統的延伸，而且在性能指標和功能模塊上，5G平臺具有3G、4G無可比擬的優勢。5G就是它不再局限于移動互聯網，而且還能支持物聯網、AR/VR、自動駕駛、人工智能等海量的應用，讓人們真的進入到萬物互聯的時代。

為此，在鋁用炭素工業中，從原材料、備品備件、燃料的采購、運輸及儲藏，到生產過程的各個環節，如煅燒、成型、焙燒、石墨化、產品機加工、陽極澆鑄等操作的工人，5G將會全面改變他們的工作方式。5G可憑借更低的延時率，在控制室里遠程給機器人發出指令，提高人機交互的效率和工作表現。

工業機器人將越來越多地代替工人，去惡劣危險的環境完成任務。5G技術結合AR或者VR，能實現實時的人機智能遠程交互和智能控制，大大提高效率和安全性。

因此，在未來，5G將為鋁用炭素行業提供全新的基礎工具，而傳感器、機器人、自動化設備、AI和獨特設備的各種組合將釋放出新一輪的重大機遇，并加速推動現有的舊技術和思維方式的淘汰。同時，5G將讓工作方式和生活方式變得更加自動化，也將讓很多曾經隱形、不透明的信息變得可見、可控、可預測。這種變化將比以往任何時候都來得都快，影響的范圍也會更廣。人工智能、5G應用于鋁用炭素工業中，可以實現設備提供商對工廠設備的遠程維護，對交通網絡的監控，對能源、水和天然氣等基礎設施網絡的控制；對生產各個環節的設備的運行與維護等控制，必將對鋁電解用炭素工業產生深刻的改變。

2 工業互聯網的發展與應用

工業互聯網平臺本質是通過工業互聯網網絡采集海量工業數據，并提供數據存儲、管理、呈現、分析、建模及應用開發環境，匯聚制造企業及第三方開發者，開發出覆蓋產品全生命周期的業務及創新性應用，以提升資源配置效率，推動制造業的高質量發展。

2.1 互聯網對鋁用炭素行業的影響

互聯網對鋁用炭素行業影響最為直觀的是溝通與管理的便捷性，近幾年炭素行業的電子商務業務也在起步，互聯網在炭素行業的發展雖不及零售業，但互聯網技術和產品已經對炭素行業傳統模式帶來沖擊。

2.1.1 改變傳統生產運作模式

目前炭素行業仍延續傳統的產銷方式，不過新的產銷模式也已經萌芽，比如代生產、定制化生產。隨著互聯網與炭素行業的深度融合，必將改變企業與客戶間的關系，個性化定制，用戶全程參與，服務化轉型將成為炭素行業新生產模式。另外，互聯網讓炭素產品性能、價格、產量、區域差異等有價值的信息透明化，炭素企業的秘密愈來愈少，企業的競爭愈演愈烈，當然合作也更加緊密，最終將催生平臺化、產業鏈、生態化的競爭，利于炭素行業健康、持續、有序的運作發展。

在生產工藝、設備控制、產品檢測等生產環節炭素企業引入互聯網技術，可減少人工操作流程，有利于降低因人為干預帶來的產品質量下降以及生產安全隱患，讓炭素企業達到減員增效、降低成本的需要。另外，炭素產品的生產因種種因素會出現質量問題，通過對生產過程中的信息搜集，進行大數據的分析，找出影響炭素產品質量的原因，利于炭素企業降低因生產工藝帶來的損失。

2.1.2 改變傳統服務模式

互聯網經濟的快速發展，新型的服務模式也應運而生，比如OTO服務、體驗服務、在線檢測、遠程運維等等，新型的服務模式讓企業與客戶之間的關系更加緊密。在炭素行業，企業就可通過在線檢測、遠程運維對生產過程中設備問題遠程診斷與解決，此類服務已在其它傳統制造企業使用，可直接復制應用于炭素領域。它不僅提高了設備運維的效率、提升了重大裝備故障的預判率，還改變了當前設備運維的服務體系，側面推動炭素設備生產企業的服務化轉型。

互聯網技術的應用，讓產品質量追溯成為可能。比如陽極炭塊，通過信息化技術可實現從配料、生產加工、成品、運輸、應用整個環節進行質量追蹤，當客戶提出質量問題，就可通過信息化手段發現在某個環節出現的問題，節省解決問題的效率，避免了因此產生的糾紛。

2.1.3 改變炭素的發展環境

互聯網網羅各類行業信息，將炭素企業置信息透明的環境中，讓行業競爭更加充分、質檢監督更加充溢，倒逼企業通過技術創新、服務升級、資源共享、分工合作、平臺運營的方式尋求發展突破，炭素企業傳統的信息差、地域差帶來的利潤被不斷壓減，傳統的生產和貿易的模式會被互聯網摧毀，炭素企業的發展環境將會發生顛覆性改變。

這種改變還體現在互聯網讓炭素企業所能獲取的資源及途徑更加豐富。互聯網+物流、互聯網+金融、互聯網+教育、互聯網+工業……以互聯網為中心，將各行各業連接在了一起，打破了傳統經濟模式下，各行業的隔閡，也為跨界顛覆提供通途。在此情況下，炭素企業可通過互聯網快速獲得資金、人才、技術支持，所能使用的資源更加豐沛。

2.1.4 創新將成為重中之重

互聯網給炭素企業帶來豐富資源的同時，也加速了炭素企業的優勝劣汰，創新將成為在炭素企業在殘酷競爭中立于不敗之地的法寶。互聯網與炭素行業的融合，改變了其生產模式、運營模式、服務模式，企業要想跟上互聯網時代的發展，就要運營各種信息化手段，不斷進行商業模式創新、產品創新、應用創新，以客戶為中心，實現企業健康可持續發展。

2.2 鋁用炭素企業應用互聯網面臨的問題

對于傳統的鋁用炭素制造業而言，互聯網可節約中間環節的成本，提高生產效率，減輕人口紅利消失帶來的壓力，促進企業的轉型升級，但從行業實際應用來看，互聯網對炭素企業的影響還比較有限，炭素企業對互聯網技術的應用僅浮于表面，這與行業特點和工業互聯網發展環境有較大的關系。

2.2.1 缺乏數據標準

鋁用炭素企業涉及的應用場景非常復雜、工業設備繁多。比如在預焙陽極企業，雖然生產流程相比簡單，但也要經過8道以上的生產工序，煅燒車間、制糊成型車間、焙燒車間和組裝車間需要配合協作，因此會產生大量的生產、管理、設備運維方面的數據，大量不同數據的傳輸交互，工業協議等等還無法做到標準統一，這些都是阻礙互聯網在工業領域應用的因素。

2.2.2 數據安全待提高

互聯網時代，數據對每個企業都非常重要，而工業數據安全要求遠遠高于消費數據，工業數據如果存儲出現問題一旦泄露，將威脅到生產企業的安全，甚至給社會安全帶來隱患。

2.2.3 關鍵技術不足

工業互聯網所需的嵌入式芯片、操作系統等核心技術被國外壟斷，這從與美國的貿易戰中得到充分認證；盡管我國有龐大完整的工業基礎，但也面臨轉型升級、缺乏自主技術支持，阻礙了工業互聯網落地的速度。

2.2.4 企業接受度不高

工業互聯網距離炭素行業稍顯遠些，企業能接觸工業互聯網技術不多，對互聯網對行業發展的思考也不夠深入，認為其對公司業務的影響有限，仍在按傳統模式經營企業。有部分企業雖然能夠認識到工業互聯網是未來大勢，但想要升級，需要大量的資金，對于炭素行業的中小型企業無法承擔這部分費用，只能安于現狀。

2.3 工業互聯網在鋁用炭素企業的應用

鋁電解用炭素領域采用“互聯網+”就是“互聯網+各個有關傳統行業”，利用信息通信技術以及互聯網平臺，讓互聯網與傳統行業（鋁用炭素行業的上下游、配套的機械制造、耐火材料、能源、物流等）進行深度融合，形成鋁電解用炭素工業互聯網，創造新的發展生態。它代表一種新的社會形態，即充分發揮互聯網在社會資源配置中的優化和集成作用，又將互聯網的創新成果深度融合于經濟、社會各領域之中，提升全社會的創新力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和實現工具的經濟發展新形態。

在我國鋁電解用炭素領域中，中商碳素研究院、山東華鵬精機有限公司、山東云想技術有限公司等都做了大量卓有成效的工作。中商碳素研究院是國內首家以互聯網+（科技、產業、文化、金融）為一體的綜合服務商，創立了“碳素網”和“鋁行天下網”，見圖1。

圖1 中商碳素研究院建立的工業互聯網

3 物聯網在鋁用炭素產業的發展與應用

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，就是“物物相連的互聯網”。物聯網的標準定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

中商碳素研究院著力打造大宗工業物聯網服務平臺，為全行業的工業企業實現快捷、高效、低成本、安全可靠的高質量一站式服務，滿足全行業、全產業鏈的全部企業的互聯網、物聯網和未來智能工廠及智能制造的需要。中商碳素研究院已初步建立起山東索羅門物聯網服務平臺和山東派啦啦物聯網服務平臺。

物聯網的目標是為了讓物與物在線相聯，讓在線的一切變得更有效率，這樣對于炭素生產企業，有很大的應用空間，例如企業可以給每個生產員工配備一個RFID電子標簽，通過在工廠內安裝RFID讀取設備，實施對人員的自動識別、位置定位，以此隨時掌握人員的情況；同樣的方法給每個工藝車輛配備一個RFID電子標簽，通過在工廠內安裝RFID讀取設備，實施對工藝車輛的自動定識別和位置定位，從而實施對廠內物流的監控和管理，以提高運轉效率，生產穩定后，可以制定各個工藝車的固定的軌跡路線，幾點該干啥到哪里，為最終實現無人自動駕駛創造條件，無人自動駕駛在工廠里實現自動載貨，比在大街上實現自動載人要容易的多，固定的線路、固定的貨物、固定的上車卸貨地點，想象一下，傳感器的布置、線路軌跡的設置，安全措施的實施，是不是更好實現、效益也要好得多,節省車倆損耗、油料消耗，最大的發揮設備的投資回報率；其實在機器人概念大熱前好多年，工業機械手是不是已經在工廠里得到了很廣泛的應用，工業企業相比財力充足，節省看得見,效益更明顯，所以物聯網的應用肯定是在工業企業里開始,完善后再在其他行業推廣的,所有有志做物聯網的企業方向一定要放對,定位也一定要準確,服務對象沒選對,投資大沒回報。祈禱物聯網企業盡快能和炭素行業結合,從而提高管理水平、降低成本，增加產品競爭力。

通過物聯網改造成功的工廠，工廠管理水平將大幅度提高，質量大幅度提高，用人大幅度減少，成本有效降低，該企業市場占有率會大幅度提高，品牌會越來越響亮，企業效益也會越來越好。

對于整個鋁用炭素行業，通過物聯網技術的應用，不僅在設備管理、生產管理、質量管理、安全環保管理等都具有顯著的作用，而且除了生產企業以外，還有物流、原料供應、設備的運行及備品備件、爐窯的大中小修、銷售市場等環節；物聯網在整個行業的整合作用更明顯，更有效，原料的質量與價格、那里有供應與采購需求、庫存多少、物流車輛有沒有、有沒有返程配貨等等，這些信息的收集整合，每個環節都蘊含著巨大的商機和財富，目前整個產業現狀基本還是：各企業單打獨奏、一盤散沙，行業內叫得響的品牌企業不多，也沒有哪家企業有絕對實力可以整合，大家都是各干各的，上下游信息不暢通，人浮于事，資源浪費嚴重，運營效率低下，全行業運轉率低，運營成本較高，缺乏競爭力，行業的上下游迫切希望有正規、有實力的能整合物流、貨源、市場占主導地位的企業品牌出現，把行業亂象捋順，把風險降低，把成本降低，實現全行業、全產業鏈企業物聯網。

4 人工智能在鋁電解用炭素工業上的應用

人工智能正在對世界經濟、社會進步和人民生活產生極其深刻的影響。人工智能從感知和認知兩方面模擬人類智慧，賦予機器學習以及推斷能力，在與5G通信技術、物聯網以及云計算的協同下，成為能夠真正改變現有人類社會生產工藝的科學技術。

就世界經濟而言，人工智能是引領未來的戰略性技術，全球主要國家及地區都把發展人工智能作為提升國家競爭力、推動國家經濟增長的重大戰略。對于鋁電解用炭素行業的進步而言，人工智能技術為鋁電解用炭素行業提供了全新的技術和思路，將人工智能運用于行業、企業、車間中，是降低生產成本、提升運營效率、保證安全和環境、提高競爭力的最直接、最有效的方式。

以山東華鵬精機有限公司、山東云想技術有限公司為代表的人工智能制造企業，已在鋁用炭素生產全流程和陽極組裝工藝中開拓性地完成一系列的人工智能機器人的制造，處于國際領先水平。

5 鋁用炭素行業智能化的發展方向

鋁電解用炭素企業智能制造的總體思路是以智能制造標準體系的構建、平臺建設，提升鋁電解用炭素企業數字化、網絡化、智能化水平，打造鋁電解用炭素行業智能制造解決方案為著力點，從智能車間、智能工廠做起，再到實現智能制造；促進互聯網、云計算、大數據、人工智能在企業研發設計、生產制造、經營管理、銷售服務等全流程和全產業鏈的綜合集成應用，推進鋁電解用炭素行業與上下游產業的互聯互通及全行業的智能化轉型升級。

任何事物的發展不可能一蹴而就，需要有一個科學的發展過程。就鋁電解用炭素行業而言，在發展智能化的道路上可以按照智能車間、智能工廠、智能制造三個不同層次發展。

智能車間，智能工廠，智能制造，三個層級，各有不同，示意如圖2。

圖2 行業智能化發展的三個層次

其中智能車間和智能工廠屬于術的層級，智能制造才屬于道的層級。術無窮，道亦無盡;道盡，術亦可無窮，但較難有質的突破。道未盡，術無窮，一直持續下去，終究會有質的突破，實現鋁電解用炭素行業的智能制造。

當前，我國大多數鋁用炭素企業、行業智能制造系統還處于局部應用階段，只有少數大企業單項業務信息技術覆蓋面較高，關鍵業務環節應用系統之間實現了一定的協同和集成。大量企業處于工業2.0要補課，有些企業處于工業3.0待普及，有個別企業處于工業4.0要示范。對于我國鋁用炭素行業而言，智能制造更是處于發展的初級階段。

智能制造是系統工程，不能一蹴而就，切忌急功近利，需扎實推進管理優化。為避免企業在智能制造過程中走入誤區，數字化和網絡化是基礎，智能化才是技術深水區，因此，企業首先應打好數字化、網絡化這些強基固本的基礎，進而充分挖掘智能化需求。需要以實事求是的態度，做好技術積累，應用多學科領域里的專業知識，通盤考慮，整體規劃，按需實施智能制造需搭建行業智能制造服務平臺，整合各方資源為鋁電解用炭素行業提供專項服務，推動鋁電解用炭素行業在新時代實現高質量的智能轉型與升級。

6 結語

鋁用炭素行業高質量發展的有效途徑就是應用現代智能化技術改造或提升傳統的生產、經營管理模式，智能化技術包括5G、工業互聯網、物聯網、人工智能等技術，這些技術在鋁用炭素行業已引起廣泛認同與重視，但現實仍存在一些問題，需要全行業與機械制造業、信息技術產業等的相互協作，共同為行業早日實現智能化做出貢獻。