从经验主导到数据驱动,AI如何帮助水泥行业转型升级?

时间:2019-12-18 11:40:00 来源:中国水泥网信息中心 添加人:

  工业4.0时代,水泥行业面临着节能降耗、优产减排等诸多挑战,当经验主导的工艺优化方式存在无法避免的天花板,以数字化、智能化手段来推动绿色高效发展,成为水泥行业转型升级的新契机。12月9日,阿里云在杭州举办“2019水泥智能化创新研讨会”,围绕大数据、人工智能、云计算在水泥行业的应用做深入探讨。中材国际、南方水泥、西南水泥、金隅冀东、红狮水泥、台湾水泥、山水水泥、亚东水泥、中国水泥网、中材邦业、赤霄科技、西南科技大学、上海交通大学等业内百余家单位代表出席。

  研讨会上,阿里云分享了工业大脑聚焦数据的工艺优化和自动驾驶方案,目前已经在东华水泥等多家水泥厂应用,为企业带来可观的经济效益。

  当前,制造业普遍面临着人工成本上涨、能源成本上涨、环保重任艰巨等挑战。水泥行业作为能源消耗大户,也面临着相同的问题。结合过去一年走访国内近百条水泥产线的经历,不难发现,当前水泥生产面临的两大核心痛点:

  1) 煤和电的成本占水泥成本的40%~70%,节能降耗、减少污染排放是重要课题;

  2) 由于原料、燃料、工况波动大,水泥行业始终无法实现高度自动化和智能化生产,生产质量和能耗水平严重依赖于人工经验。

  因此,整个水泥行业转型升级的诉求在于:在保质保量的前提下,通过稳定的自动化生产控制来实现节能降耗。

  水泥产线的核心工艺高度相似,生料磨、回转窑和水泥磨组成的“两磨一烧”环节是每条产线的标配,也是能耗大、依赖人工操作的环节。聚焦“两磨一烧”的工艺优化和自动控制,或许是解决水泥行业之痛的有效路径。

  不同于以往经验主导的优化方式,阿里云工业大脑提出了数据驱动的解题思路。无论是磨主电机、窑主电机,还是子环节涉及的各类风机,在生产过程中都会产生大量运转数据,基于历史的运转数据与效果数据进行深度挖掘分析,利用人工智能技术实现参数自动寻优,再嵌入到产线设备中,让机器帮助人类实现复杂工序下的实时优决策与控制,在生产保持平稳的情况下降低能耗。

  阿里云工业大脑通过与东华水泥、中材邦业、南方水泥等行业企业深度合作,摸索出一条AI与水泥“两磨一烧”工艺深度结合的数字化创新之路,整个过程主要分为以下几步:

  1、数据沉淀

  结合工艺专家经验,沉淀反映和影响水泥生料/熟料质量及能耗的数据,包括质检数据、DCS数据、环境数据等。以生料磨工艺为例,磨机压差、出入磨风温、磨机料层厚度、斗提电流和精确至每半分钟的生产电耗数据,都是后续分析的基础数据。

  2、识别关键因子,构建数据字典

  “两磨一烧”环节有上万个维度的数据,通过分析不同数据维度对品质和能耗的影响权重,对这些因子做重要性排序,经过与产线工艺专家探讨,识别出关键影响因子,作为后续算法模型的标准输入。

  3、优化算法建模

  当确认了所需的数据输入后,即可进行算法模型的开发,分为三个方向,

  1) 经典的工业控制算法,如PID,MPC等;

  2) 对工业过程的强化学习,将工艺经验融入算法中;

  3) 通过能耗模型来预测生产能耗并从中寻找优的控制参数。

  终将这三类独立的算法组集成,融合成为阿里云工业大脑的智能水泥引擎。采用云端优化+边缘端控制的方式,实现优参数自动下发、自动控制,同时实现产线节能降耗。

  4、产线多工段协同

  虽说“两磨一烧”是一整条连续的生产过程,但其中的三个子环节是相对独立的。因此,我们的产品也将生料磨、回转窑、水泥粉磨分开来做,先按不同工段来做局部优化,实现整体的优化。这样也能满足不同水泥厂的个性化需求,根据具体情况自由组合不同模块。

  阿里云工业大脑的“两磨一烧”智能引擎聚焦生产优化和自动控制两层问题,利用生产数据进行模型训练,实现生产参数的自动寻优和自动控制,提升生产效率和平稳率,同时降低煤耗和电耗。

  东华水泥是与阿里云工业大脑合作的水泥企业。通过对DCS数据、质检数据、能耗数据进行一系列清洗、加工和转换,东华水泥基于产线数据建立能耗优化模型,并融合工艺专家的一线经验,获得凝结数理与行业机理调优算法,运用在产线控制中。凭借强的学习能力,工业大脑帮助东华水泥不断降低能耗排放,新成果已实现单产标准煤耗下降至100千克/吨,电耗突破50度/吨,大幅降低生产成本。

  与此同时,阿里云工业大脑牵手中材邦业,采用云端优化+边缘端控制方案,实时优化水泥烧成生产线的温度、压力、给煤量、冷却等参数,帮助水泥厂实现生产过程自动驾驶,投产率达95%以上,投运效果相当于中等操作人员水平。

  今后,阿里云将会在生产管理、能源管理、设备管理、安全管理、物流管理等更多的场景,运用数据分析、云计算等技术,赋能水泥产业,帮助水泥企业实现单点智能、局部智能,走向全局智能。

  正如中材国际副总裁徐培涛在研讨会上所言,随着经济发展与社会进步,未来我们真正需要的水泥产线有两条,一条是稳定的产线,另一条是精细的产线,两者都需要通过智能化、自动化的技术手段实现。在新兴技术的加持下,水泥这个庞大、传统的行业,也必然迎来高质量发展的新动力。

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