礦渣微粉企業智能工廠管理系統介紹

劉遠征，陳友斌（南京南鋼嘉華新型建材有限公司，江蘇 南京210032）

0 前言

近年來，工業制造行業不斷用軟件定義產品功能和性能，增強對以自動化、信息化軟件為主導的創新的重視程度，使得制造業產品產生價值的來源從硬件轉移到了以自動化、信息化軟件為主導，因而也提升了制造業的生產效率。智能制造基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，是具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。

早在2015年1月，工業及信息化部發布的《原材料工業兩化深度融合推進計劃》中便提出了智能工廠示范工程，鼓勵建設基于自適應控制、模糊控制、專家控制等先進技術的智能生產線。在智能制造2025背景下，制造行業正以“堅持推行自動化、信息化軟件替代硬件，不斷提升信息化、智能化水平”為方向，努力將各類硬件功能通過傳感器、機器、工件和IT系統相互聯接，實現跨設備的數據收集和分析，靈活高效地生產出“低價高質”的商品，提高生產效率從而保證軟件在通用性、可靠性、集成化水平不斷提高的同時，信息化、智能化程度取得較大突破。

礦渣微粉企業屬于原材料工業范疇，也是資源再利用、循環經濟產業范疇。在生產制造過程中需對重點設備的工作狀態未雨綢繆、防患未然，需要軟件管理系統來控制處理銷售計劃、備件物資采購計劃，執行層中的生產計劃、過程質量數據、制造成本信息、倉庫出入庫管理等多層級計劃，實現生產計劃、采購計劃的關聯跟蹤，通過底層數據層的建立，實現設備狀態、工作參數、設備動作信息接收等現場數據的實時反饋與目標分析。提升礦渣微粉企業智能制造水平有利于改善工人勞動條件，減少人工干預，對提高產品質量、降低產品能耗、提升管理能效具有重大戰略意義和現實經濟價值。

1 公司規模簡介及礦渣粉行業特征

南京南鋼嘉華新型建材有限公司（以下簡稱“我公司”）設計礦渣微粉總產能240萬t，共有三條生產線，包括一條年產120萬t德國萊歇立磨生產線及兩條60萬t德國Polysius立磨生產線，主機設備均為德國進口，生產采用了DCS控制操作系統。

礦渣微粉行業特征可概括為：

（1）物流量大，存貨庫存高，一般來說，存貨量最少可達一周以上存貨；

（2）生產過程自動化程度高，生產線控制基本采用DCS遠程操作系統，對設備可靠性要求高；

（3）成品出貨量大，日出貨量少則幾千噸，多則上萬噸；

（4）相對水泥而言，產品質量控制指標較為單一，以控制比表面積為主；

（5）工藝系統鏈較短，僅有粉磨、烘干及產品收集環節，便于智能化控制。

可以看出，隨著礦渣微粉企業的發展，人員規模的擴大，產能的提升，必然會面臨復雜多樣的管理問題。為了應對市場競爭業務的復雜性和多變性，通過智能制造系統平臺來解決面對公司高速成長所帶來的管理任務重、數據分散、工作量大、信息不暢、人力嚴重不足等問題顯得至關重要。

我公司通過開發引進五大智能管控系統，搭建了高速、安全、穩定可靠、經濟實用、方便操作的智能制造管理平臺，全面實現生產管理智能化、信息資源共享化、審批移動化、決策智能化，實現與生產有關的各應用管理系統的整合。

2 智能工廠管理系統

2.1 原材料進廠管理系統

水渣作為生產礦渣微粉的主要原材料，一般來源于鋼廠，存在汽車運輸和皮帶機（管帶機）運輸兩種進廠方式。在生產線滿負荷工作條件下，水渣平均日進廠量為8 000～10 000 t，車輛次數維持在300車次左右，生產任務之重，車輛、人員活動頻率之高，顯而易見。在智能化進廠系統的支撐下，司機可通過刷自助IC卡快速進廠，同時，系統能夠自行對車輛進行多點拍照并存檔，系統自動抓拍車牌號和車廂水渣裝載情況，自動生成文件包存檔，自動記錄水渣進廠數據，其中包括車牌號、凈重、毛重、皮重等信息，可在較大程度上簡化原材料進廠工序。同時，在進行水渣費用成本結算時，擁有高集成度的大數據智能管理系統可與鋼廠水渣銷售數據進行快速、精確、科學對比，防止少算、漏算、多算情況的出現，確保原材料進廠工作的穩定運行。

2.2 產品銷售管理系統

產品銷售管理系統包括價格管理，貨款管理，銷售計劃管理，無人值守過磅稱量管理，發貨裝車管理，GPS運輸管理，銷售區域電子圍欄通行管理等，通過對多部位、多環節實行智能化管理，規避了人為操作控制的風險，可有效防止竄貨現象的發生。同時，數據自動化采集功能及多角度監控拍照記錄，建立了高度集成數據庫，實現可查詢追溯功能。操作流程如下：

（1）司機憑提貨單+IC卡及車載RFID，刷卡過無人值守皮重，同時，系統會自動顯示并記錄提貨單位、車輛信息、可提貨量等客戶信息。

（2）到指定下料口刷IC卡，待車輛信息與IC卡信息自動對比并確認無誤情況后予以裝車，可遠程監控，自動裝車。

（3）車輛滿載后過磅稱毛重，系統可自動打單，自動扣款，確保車輛快速出廠。

（4）為踐行環保要求，車輛須經過通過式自動車輛清洗通道，以保證車輛的整潔干凈。

（5）車載GPS可自動跟蹤并反饋此車所達銷售區域客戶信息，有效防止竄貨現象的發生。

所有數據均可與銷售管理系統進行有效結合，對于公司名稱、授權運輸單位、車輛信息、貨款金額、提貨量、單價等在內的客戶信息，系統可實現自動記錄及提貨自動扣款功能，確?？畹桨l貨。

2.3 存貨庫存管理系統

（1）原材料水渣存貨。原材料水渣存貨是以進廠數（進貨管理系統試車生產消耗量）實時顯示庫存，從而了解原材料庫存情況，便于生產組織。

（2）產品（礦粉）存貨。由DCS系統自動發出指令，每半小時自動檢測一次庫位，實時顯示在DCS系統和存貨管理系統中，從而實時顯示庫存量，便于組織發貨和生產,并與喂料秤產量實時比對。

（3）備品備件及物料管理。智能物資管理主要包括公司生產經營過程中所需的機電備件、大宗備件、低值易耗品和勞防用品等的實時動態管控，主要涵蓋以下幾個模塊。

①備件編碼管理，根據規范的編碼規則，實現設備標準化、全生命周期管理。

②采購供應商管理，包括供應商的新增、修改管理等。根據多維度的評估類別生成評估報告實現供應商評估的全系統化。

③備件倉庫管理，用于維護倉庫基礎信息

④采購計劃管理，包括月度正常采購計劃、應急采購計劃，跟蹤采購計劃全流程。

⑤采購合同管理，包括采購合同錄入、審批、到貨跟蹤、報支跟蹤，跟蹤合同整個生命周期。

⑥驗收入庫管理，質量驗收，指定入庫倉庫，確認入庫操作。

⑦領料出庫管理，領料計劃申報、領料計劃審批、領料出庫確認。備件領用采用掃碼形式，每個備件均配置一個單獨的條形碼，條形碼中記錄了此備件的型號、規格、實時庫存等情況，可以在手機APP上完成整個領料過程。

⑧庫存管理，支持對各種庫存業務進行管理，包括備件的收貨、領用、庫存盤點、庫存調撥，實現與庫存管理相關的財務帳務處理等。

2.4 生產智能化系統

一般礦渣微粉生產線都是通過DCS系統進行遠程中央控制，在運行過程中，往往是通過有一定操作經驗的中控員輸入指令來對參數進行調整，該運行方式存在兩個缺點：

（1）系統工藝參數及生產參數的調整和設定均由人工進行操作，是否合理往往取決于操作員的經驗和精力，存在一定的不確定性；

（2）中控員需8h不間斷緊盯屏幕，極易出現視覺、身心疲勞現象；尤其是夜班，中控員往往精力不易集中，容易引起設備事故和工藝事故，對產品質量的穩定及能耗的降低有不利影響。

為此，我們開發了礦渣微粉生產智能化系統，在生產過程控制中引進了多個在線監測控制系統。該系統是在現有DCS生產控制系統基礎上，加以智能化控制系統，由于該系統具備自感知，自學習，自決策，自適應，自執行的專家系統，可有效代替中控操作員人工操作，提高效率，減輕員工工作強度，使生產系統更可靠，產品質量更穩定，能耗更低。其中，智能化專家系統數據庫來源于以前各類生產線總結的成功經驗，并以此為基礎形成智能化操作系統。

2.4.1 在線成品比表分析系統

比表面積是衡量礦渣粉質量的一個重要參數，行業常規取樣方式采用一個自動取樣器實時取料，1h左右由化驗人員去現場將樣品取回化驗，得出上一個小時的平均比表面積，中控操作人員據此進行立磨的相關調整，但是同樣因時間差的影響，如果出現質量問題，前一個小時的不合格粉料已經入庫，很有可能造成質量事故。全自動比表儀采用在線實時取樣實時化驗出結果的方式，基本可以做到10min甚至1min出一個比表面積數據，這樣就可以保證如果出現不合格品可以及時處置保證質量。

將智能制造平臺與在線比表面積檢測設備進行結合，在實時監控生產工藝和作業系統的同時，提供代表性、準確性、一致性的檢測結果，使全自動閉環控制成為可能，從而實現生產管控智能化，為提產節能降耗開辟了一條實行有效的捷徑。

2.4.2 在線微波水分分析系統

礦渣粉行業中水渣水分是立磨運行操作的重要指標，入磨水渣含水量影響立磨料層從而對立磨是否穩定運行起到至關重要的作用，傳統做法是每小時測一次水份，中控員據此進行操作，但是由于時間差的原因，如果出現水分異常時往往調整滯后，造成立磨震動甚至停機。在線水分自動檢測儀可以實時測量并傳輸到系統中，對于中控操作提供及時支持。

在智能制造全流程平臺大背景下，引入在線水分檢測系統能夠對整個生產過程進行持續、穩定測量，同時針對不同測量標準可實現一站式輕松校準，實時把握原材料性能，對生產管理過程中產品質量的控制與提高起到關鍵作用。

2.4.3 熱耗控制系統

智能制造系統涉及熱風爐控制、磨機進口溫度、磨機出口溫度、主排風機進出口溫度、循環回風溫度等多部位溫度。同時，熱風爐的溫控涉及爐膛溫度、爐膛出口溫度、煤氣閥門開度、一次風調節控制、二次風風量等參數，這些參數共同構成了一個自動智能控制系統，并與磨機熱耗控制系統相關聯，實現了熱耗智能化高度集成。為了減少燃氣消耗、排放，保持磨機出口溫度的穩定顯得至關重要，是該智能制造系統的主要控制目標。

2.4.4 設備管理系統

本系統以標準化作業的設備管理模式為原則，通過對設備管理業務流程的優化整合，固化設備管理的各項業務流程，加強公司內部資產的管理，提高設備綜合利用效率，提高對設備故障隱患的預防和預警能力，降低設備故障率，減低設備停機率，確保主要設備安全運行、穩定可靠運行。根據模塊功能的不同，分為以下幾個功能模塊：

（1）設備編碼管理。設備編碼管理模塊根據編碼規則生成設備編碼，實現設備編碼標準化。

（2）設備電子檔案管理。每個設備檔案信息由多個部分組成，主要包括：①設備基本信息，包括原有設備代號，以及設備名稱、規格型號、設備編碼、設備類型、設備標識、功率、生產廠商、供應商等固有屬性；②設備外觀圖像，以圖片形式展示的設備外觀形狀，保證用戶在面對各種不同設備時可以通過照片影像對設備有一個準確的了解；③設備相關維修、保養、檢修和巡檢計劃，以及故障處理記錄；④設備文檔：關聯查詢設備相關文檔。

（3）設備狀態管理。設備狀態管理包含作業線停機信息管理、設備參數異常管理兩部分。①設備停開機管理：包含設備連續停機和開機時長，累計停機和開機時長以及停機原因；②根據系統采集到的設備參數數據，設定參數報警，及時推送異常信息，發現并消除潛在的設備隱患，生成設備異常信息表。

（4）巡檢管理。巡檢方式采用二維碼與GPS相結合：①二維碼方式：移動終端會自動調用掃描二維碼軟件，掃描出的信息包括設備主信息、當前時間、巡檢員，巡檢過程中可上傳圖片，數據信息會自動傳輸到PC端的對應功能模塊；②GPS定位：客戶端軟件在提交設備巡檢數據時，通過GPS獲取當前位置并對數據進行分析后，上傳設備當前位置的經緯度信息。巡檢管理模塊還包括巡檢點管理、巡檢計劃管理、巡檢記錄管理和巡檢計劃考核等模塊。巡檢內容由專業工程師負責維護，可根據設備當前運行狀況實時調整巡檢內容及其它要求，同時系統PC端可以按照班、日、月等方式查詢巡檢完成率等信息。

（5）設備檢修管理。設備檢修管理模塊分為臨時檢修、計劃定修和計劃大修幾個模塊。

（6）設備異常故障管理。設備異常故障管理模塊包括設備異常查詢、設備故障登記、設備故障處理、設備故障分析、設備故障整改處理等功能模塊。

（7）設備維修保養管理。設備維修保養管理模塊根據維修保養周期自動生成維修保養計劃。2.4.5 立磨粉磨控制系統

礦渣微粉生產工藝較為簡單，立磨及粉磨作為最重要的兩個組成部分，其性能的好壞與否可直接決定產品質量。圍繞立磨粉磨應運而生的智能制造系統為全流程智能化平臺核心部分，涉及較多的參數和控制，有工業參數：喂料量、入磨水渣水分、磨機入口溫度、研磨壓力、外循環量、選粉機轉速、主電機電流、磨機振動、主排風機轉速（風量）、磨機出口溫度、成品斗提電流、收塵器壓差、產品比表面積等參數控制。該系統是基于磨機過去運行所積累的數據及經驗，加以計算分析判斷，并給出相應調整參數，從而實現大數據智能化管控。以Polysius 51/26立磨為例，其中幾個重要控制參數的邏輯關系見表1。

表1 控制參數的邏輯關系

3 結語

我公司智能管控系統平臺的建立，極大程度上解決了原材料進廠、生產、銷售等管理上的痛點，提高了企業生產服務質量，提升了企業管理水平，實現了企業信息共享平臺的建立，有效整合了與生產有關的各工作環節管理系統，強化了已有信息管理系統中較薄弱的流程審批和定制功能板塊，為公司未來信息系統建設奠定基礎。同時，目前在生產管理優化和制造過程智能化程度上仍有較大發展空間，自動化生產控制的精準程度還未達到一定的高度。

隨著企業業務精細化要求的提升，對操作、管理智能化的要求也越來越高。對人員安全管理、廠內物流、財務管理、成本分析等信息技術的發展，需實行進一步優化完善，建立“用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據生產、用數據創新”的新型管理機制，從中發現新知識、創造新價值、提升新能力。