建材行业智能制造系统解决方案典型分析

1、建材行业智能制造系统解决方案典型分析1.智能制造发展现状建材工业是国民经济的重要基础原材料工业，建材制造业的发展水平高低已成为衡量中国建材工业在国际建材发展中的地位和竞争力的重要标志。2017年全年建材行业完成主营业务收入7.5万亿元，同比增长8%； 实现利润5173亿元，同比增长17%。销售利润率6.9%，高于整个工业0.4 个百分点。建材行业资产负债率50.6%，同比降低1.2个百分点；亏损企业亏损总额271亿元，同比减亏24%。水泥、平板玻璃行业利润增速超过80%；混凝土与水泥制品、卫生陶瓷制品、技术玻璃、玻璃纤维及制品、非金属矿制品等行业效益也表现良好建材工业作为中国重要的基础原材料工

2、业，也是传统的工业行业，近年来也在智能制造领域进行了尝试和探索。经过几年的建设，有6个项目列入了工信部智能制造试点示范；7个项目列入国家智能制造新模式和标准验证平台专项支持。其中，部分建材子行业如新型干法水泥生产线、玻璃生产线的自动化控制系统已达到国际先进水平；一些集团企业实现了对集团分布在全国各地的生产线的生产调度和现场监控；浮法玻璃生产技术和电气自动化水准已经有了较大的提高，国内浮法玻璃企业通过自动控制技术、信息技术、网络技术实现了原料配料控制系统、三大热工（熔窑、锡槽、退火窑）的分布式控制，提高了窑炉的熔化效率、玻璃质量，延长了窑龄、降低了能耗；已有建材企业应用了能源管理系统，建立能源管

3、理中心，通过利用自动控制、计算机网络和数字化计量技术，加强对水、电、煤、气等主要能源的实时监测、精确控制和集约利用，进一步提高了能源设备、能源计划、能源平衡、能源预测等方面管理水平。2.智能制造面临问题我国建材制造业发展不平衡、不充分的矛盾也十分突出，除少数产业的技术装备与生产制造水平已进入世界前列外，大多数行业的一些核心技术装备还处于追赶或并行的阶段。改革开放以来，特别是进入21世纪以来，尽管我国建材工业取得了长远的发展和进步，但是长期以来积累的发展不平衡、不充分矛盾日益凸显，具体归纳如下：表2-16：智能制造【问题需求】一览表分类方案类别问题和需求整体方案智能工厂资源、能源、环保与可持续发

4、展约束不断加剧，需对其进行精准监控和管理数字化车间信息感知与集成能力缺失，车间智能监控能力不足数字化产线建材装备改造能力，数字化设备和互联互通设备的建设水平有待提升局部方案生产环节生产过程复杂，可通过数据处理分析实现生产工艺落后，产品质量存在波动物流环节仓储成本高，生产线运输成本高1)资源、能源、环保与可持续发展约束不断加剧随着建材工业资源、能源、环保问题的日益凸显，如何加大主要耗能、耗材设备和工艺流程的信息化改造，建立健全资源能源综合利用效率监测和评价体系，提升资源能源供需双向调节水平，及健全主要污染物排放监测和固体废弃物综合利用信息管理系统，完善污染治理监督管理体系是现阶段的主要问题。2)

5、信息感知与集成能力缺失，车间智能监控能力不足建材工业主要产品生产具有连续、流程化和能源资源消耗性的特征， 因其生产流程的复杂性和生产环境的危险性，如何通过信息数据采集实现原燃材料的成分分析和精准计量、设备和生产过程稳定性运行、各种原材料、能源、工艺参数等各类生产数据的集成应用的智能化生产，是目前亟需解决的重要问题。3)建材装备互联互通能力较低建材工业的生产过程具有连续性、流程性的特点，目前建材行业的设备使用和质量控制主要靠人工，装备之间互联互通能力较低，各环节之间容易形成信息孤岛。建设数字化设备，提升设备的互联互通能力可以提高生产效率。4)生产过程复杂，产品质量存在波动建材行业的生产过程复杂导

6、致加工精度难以把控，生产效率普遍较低。如何结合现有智能化生产手段，建立数字化、智能化的生产过程管理系统，根据数据的采集情况可在系统中增加数据分析系统，计算得到最优化的参数值，帮助提高加工精度和生产效率。5)生产工艺落后，产品质量存在波动建材工业起步较早，是国民经济的重要基础产业，但发展比较缓慢， 生产工艺比较落后，又因为受到原材料价格、质量波动等因素的影响，产品质量会存在波动。6)生产成本日益增加，企业运营压力增大建材工业的生产要素价格上涨，外部约束日益趋紧。2017年以来， 煤炭、天然气、纯碱等大宗燃原料价格上涨明显，环保督查力度加大，建材企业为还“欠账”实现达标排放，必须增加投入进行节能减

7、排等专项技术改造，也增大了企业的运营压力。3.解决方案及效果针对上述问题和需求，供应商提供了不同模式的解决方案。表2-17：智能制造【问题需求-解决方案】对照一览表分类方案类别问题和需求解决方案整体方案智能工厂资源、能源、环保与可持续发展约束不断加剧，需对其进行精准监控和管理方案数字化车间信息感知与集成能力缺失，车间智能监控能力不足方案数字化产线建材装备互联互通能力缺乏或较为低下，数字化设备和互联互通设备的建设水平有待提升方案局部方案生产环节生产过程复杂，可通过数据处理分析实现生产工艺落后，产品质量存在波动方案方案物流环节仓储成本高，生产线运输成本高方案问题需求：资源、能源、环保约束不断加剧，

8、需对其进行精准监控解决方案：水泥智能工厂解决方案预期目标：建设高效环保智能工厂。具体内容：南京凯盛在建成国内首条具有自主知识产权的万吨水泥生产线的基础上，为泰安中联水泥有限公司系统配套双系列六级旋风预热器、在线双喷腾式分解炉、两档短窑等一系列的新型干法水泥生产工艺，应用数字化矿山开采、自动配料、窑磨智能控制等信息技术，将矿山、生料、烧成、粉磨等多个子智能系统集成为短流程全自动水泥智能制造系统，实现水泥工艺流程布局突破性变革。实现效果：确保全厂设备自动控制及监测，生产工艺数据自动数采率达100%； 减少了生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，合理编排生产进度，构建出一个高效节能、绿色环保

9、的水泥智能工厂。问题需求：资源、能源、环保约束不断加剧，需对其进行精准监控解决方案：生产、运维、管理综合智能工厂解决方案预期目标：实现生产过程的流程性，运行维护的保障性和运营管理的关联性。具体内容：海螺公司坚持产学研相结合，建立了采用新型干法水泥工艺的水泥生产线，同时建立了包含数字化矿山智能管理系统、专家优化控制系统、智能质量控制系统和清洁包装发运四大系统的智能生产平台，包含设备管理及辅助巡检系统、能源管理和安全环保三大系统的运营维护平台，包含生产制造执行系统和营销物流管理系统的智能管理平台。实现效果：各类能耗和污染物排放指标显著下降，生产运营集约化、智能化水平实现大幅提升，提高了生产运营质量

10、，降低了员工劳动强度，改善了工作环境，有效降低了安全风险，经济和社会效益有效提升。通过制造执行系统，实现了各大工业智能系统的全面融合。问题需求：需提升车间智能监控能力解决方案：高性能混凝土大数据云平台预期目标：生产全过程包括采购信息、检测数据、配合比数据、设备运行数据、订单信息、统计数据全部实时上传云端数据库。具体内容： “粉尘大，环境差”是建材工业生产现场的传统印象，贵州兴达兴建材股份有限公司自主研发和建设了“砼智造高性能混凝土信息化产业平台”。实现效果：实现了数字化管理和智能化生产，避免了人为干预，让生产更精准，让管理更严谨。在生产环节建设制造执行系统，实时采集生产数据、监控生产过程，通过

11、“砼智造智能监控中心” 进行感知、分析、推理、决策与控制，实时分析生产状态、调整生产参数，提高产品质量。问题需求：需提升车间智能监控能力解决方案：基于工业大数据的生产智能管控平台预期目标：全面实现数字化透明工厂与能源智能管控。具体内容：为实现ERP与DCS的互联互通与数据集成，建立了百万级的工业实时 大数据中心，华润水泥的大数据智能管控平台采用了接点公司的三层技术架构搭建，建立了从DCS工控网到生产基地局域网，再到总部大数据中心互联网的三级防火隔离网络。实现效果：该平台保持了极好的扩展性，包括自定义能耗单元、计算公式、对标展示、管理看板等，可根据管理水平的提升随时自助增加数据采集、报表、公式及

12、数据分析；基于实时数据的可视化监控、实时告警与实时数据查询与分析；多维度的报表体系，实现任一能耗单元、任一能源介质的任一时段报表查询，并可根据需要自定义数据报表。问题需求：建材装备改造能力，数字化装备能力提升解决方案：冷却机技改工程解决方案预期目标：解决生产线原材料波动，出窑的飞沙料较多的问题。具体内容：南京凯盛在改造方案上首次采用一段篦床三代机+二段篦床四代机的改造思路，整体改造工期短，费用低。通过近8个月的运行，湖州槐坎南方公司也逐渐摸索出一套适合改造后冷却机运行的操作方法，目前各项考核指标均符合合同要求，有效实现建材装备改造。实现效果：改造后的冷却机对物料的适应性强，不会影响原有的熟料热

13、耗，通过一段篦床三代机的灰斗可以有效排除部分飞沙料，避免了单独替换成四代机回窑飞沙料大的问题。经过中段高温辊破破碎后的熟料再次经过二段篦床四代机的冷却，出冷却机熟料温度相比于改造前大幅度下降，同时余热发电蒸汽量也有所提升。问题需求：仓储成本高，生产线运输成本高解决方案：玻璃纤维自动化生产线系统和自动化仓储中心解决方案预期目标：解决电子级玻璃纤维生产线生产环节多、工艺流程复杂、产品质量要求高、各个生产指标控制严格等问题。具体内容：北自所先后为巨石集团提供了数十条大型生产线的物流输送系统和二十几座大小功能不同的自动化立体仓库系统。自动化控制系统实现了条码的自动读取和识别功能，并与立体库管理系统和条

14、码系统完美结合，实现了生产信息和物流信息的统一管理。这是目前为止全球最大的自动玻纤成品存储立体库，生产基地生产的所有成品货物实现自动化和信息化储存。实现效果：立体库管理系统通过与巨石集团ERP系统的对接，加大对库存的控制，实现了库存的随时可查，减少了库存积压，在调节产销平衡的同时， 大大减少了土地占用，降低了人力成本，同时也保证了库存货物信息的准确率。据相关数据统计，该自动化仓储中心直接节约用地面积近5万平方米，相应可节约土地投资3000余万元；通过减少外租库的租金，外租库到车间的往来运输费用，节省工人工资，共计每年减少成本2000万元。4.下一步发展方向表2-18：智能制造【问题需求-解决方

15、案-发展方向】对照一览表分类方案类别问题和需求解决方案发展方向整体方案智能工厂资源、能源、环保与可持续发展约束不断加剧，需对其进行精准监控和管理方案继续开展面向建材行业的智能工厂通用模型研究促进数字化设备、传感器等在线监控检测设备的使用数字化车间信息感知与集成能力缺失，车间智能监控能力不足方案继续推进建材工业企业生产过程监控和数据采集建成若干数字化车间数字化产线建材装备有待改造，数字化设备和互联互通设备的建设水平有待提升方案推进建材装备能力建设局部方案研发环节生产过程复杂导致加工精准度和生产效率低促进建材工业工厂建造共性技术研发及应用生产环节生产过程复杂， 可通过数据处理分析实现生产工艺落后， 产品质量存在波动方案方案促进建材工业生产数据采集与分析能力建设促进建材工业生产工艺提升的共性研究，避免产品质量波动物流环节仓储成本高，生产线运输成本高方案进一步实现数字化智能化仓储物流方案1)智能工厂继续推进建材工业企业生产过程监控和数据采集， 继续开展面向建材行业的智能工厂通用模型研究，促进数字化设备、传感器