賈華平：智能水泥廠的概念與架構(gòu)

　　3月14-15日，由中國水泥網(wǎng)主辦的“2019中國水泥產(chǎn)業(yè)峰會暨TOP100頒獎典禮”在杭州隆重召開！此次會議以“與改革開放同行 共創(chuàng)大時代”為主題。中國水泥網(wǎng)高級顧問、天瑞水泥原總工賈華平做《智能水泥廠的概念與架構(gòu)》報告。

一，悄然興起不可阻擋的智能化

　　20190304中央廣播電視總臺融媒體展示平臺亮相人民大會堂，播出5G+4K兩會實況；

　　20190305韓國電信公司在首爾麻浦區(qū)通過將5G網(wǎng)絡(luò)，成功舉辦了首爾與洛杉磯全息圖演唱會，實現(xiàn)了全息圖人與現(xiàn)實人互動；

　　工信部部長苗圩 近日表示：5G牌照將很快發(fā)放，5G應(yīng)用遠(yuǎn)不局限于手機， “將來20%左右的5G的設(shè)施是用于人和人之間的通訊問題，80%還是用于物與物、物和人，也就是物聯(lián)網(wǎng)，特別是移動的物聯(lián)網(wǎng)通訊問題?！?/p>

　　一時間“忽如一夜5G來”，第四次工業(yè)革命的浪潮已經(jīng)掀起，央視近年公開報道過的無人工廠國內(nèi)已有十多家。如：上海通用金橋工廠，阿里巴巴菜鳥無人倉，美的自動化空調(diào)生產(chǎn)線，華為榮耀東莞南方工廠，正大食品無人水餃工廠等，從尖端技術(shù)、汽車制造業(yè)、家電生產(chǎn)、食品加工、交通運輸，都有了無人化的先例。青島港2#碼頭，包括船舶的進(jìn)出港，包括貨物的裝卸、分儲、分發(fā)，實現(xiàn)了完全的無人化，讓人無法淡定！

　　開創(chuàng)5G時代的呼聲越來越高，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時代即將全面開啟，為以智能工廠、智能運輸、智能物流為主題的工業(yè)4.0打下了基礎(chǔ)，智能工廠躍躍欲試。水泥行業(yè)也不甘落后，包括中國建材、海螺等水泥龍頭企業(yè)，也開始了建設(shè)自己的智能工廠。

　　原中聯(lián)水泥總工程師袁亮國指出：“智能化對水泥行業(yè)的管理包含方方面面，和人工的區(qū)別就突顯在及時性、準(zhǔn)確性上。”由他主持建設(shè)的泰安中聯(lián)水泥，作為水泥行業(yè)首個工信部頒發(fā)的“2015年智能制造試點示范項目”，就實現(xiàn)了礦山開采智能化、生產(chǎn)管理信息化、生產(chǎn)控制自動化、生產(chǎn)現(xiàn)場無人化、生產(chǎn)過程可視化。

　　20190304安徽省水泥行業(yè)智能制造現(xiàn)場會上召開，省經(jīng)信廳牛弩韜發(fā)出號召：學(xué)習(xí)全椒海螺水泥智能化工廠的建設(shè)和發(fā)展經(jīng)驗，提升安徽省水泥行業(yè)智能化、綠色化水平，加快智能制造、智能工廠的示范推廣，助力“制造強省”建設(shè)。

　　在第四次工業(yè)革命的激烈浪潮中，我們這代人已經(jīng)是逃不掉了，如何由被引入者變?yōu)閰⑴c者、甚至引領(lǐng)者，對創(chuàng)新技術(shù)、人工智能、智能工廠的探索可能將辛苦一生。

　　實際上，早在20150130工業(yè)和信息化部就發(fā)布過《原材料工業(yè)兩化深度融合推進(jìn)計劃(2015-2018年）》，計劃對水泥行業(yè)提出了明確要求：在水泥行業(yè)選取2～3家先進(jìn)企業(yè)，建設(shè)基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進(jìn)技術(shù)的智能水泥生產(chǎn)線，到2018年水泥行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)線要達(dá)到50%，建成一批生產(chǎn)裝備智能、生產(chǎn)過程智能、生產(chǎn)經(jīng)營智能的智能化工廠。

二，智能化的重要性與可控性

　　隨著信息化時代來臨，計算機的計算能力將大幅提高，數(shù)據(jù)已成為可轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的新能源。如何開采這種能源？需要依賴人工智能（AI）的力量。機械化、電氣化、信息化這三次產(chǎn)業(yè)革命解放了人類的五官和四肢，第四次智能化產(chǎn)業(yè)革命將解放我們的大腦，必將帶來一場更大規(guī)模、更具顛覆性的變革。

　　國務(wù)院在2015年5月下發(fā)了《中國制造2025》，將推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度融合，作為我國實施制造強國戰(zhàn)略的行動綱領(lǐng)，要求加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向。隨后，工業(yè)和信息化部又下發(fā)了《原材料工業(yè)兩化深度融合推進(jìn)計劃（2015-2018年）》，并對水泥工業(yè)提出了具體要求。

　　美國智庫在2017年7月發(fā)表的《人工智能與國家安全》研究報告更說的透徹：認(rèn)為人工智能將是國家安全領(lǐng)域的顛覆性力量，其影響可與核、航空航天、信息和生物技術(shù)比肩，將深刻改變軍事、信息、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的安全態(tài)勢。

　　目前，業(yè)界普遍認(rèn)為真正的人工智能尚處于發(fā)展的初級階段，但其應(yīng)用已經(jīng)滲透到我們的日常生活中，比如人臉識別、刷臉支付、語音助手、無人機、服務(wù)機器人、自動駕駛和智能系統(tǒng)等。有專家認(rèn)為，人工智能的應(yīng)用將使勞動生產(chǎn)率提高90%，至2035年將使年度經(jīng)濟(jì)增長率提高一倍。

　　就工廠而言，人工智能能夠代替現(xiàn)場的事務(wù)性控制，實現(xiàn)控制過程的無人參與。將控制人員解放出來，讓他們更專注于優(yōu)化策略，以及對重大異常工況的調(diào)度處理；克服諸如專家可遇不可求、控制人員輪換帶來控制策略波動、疲勞導(dǎo)致的精力分散等問題，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，繼而提高產(chǎn)品質(zhì)量和能效。

　　除了生產(chǎn)領(lǐng)域，智能化還能滲透到企業(yè)管理的各個層面，在采購、倉儲、銷售、運輸、質(zhì)量管理、能源管理和財務(wù)管理等方面發(fā)揮作用，借助大數(shù)據(jù)和先進(jìn)管控手段，給予生產(chǎn)經(jīng)營更科學(xué)的決策依據(jù)，降低經(jīng)營風(fēng)險提高經(jīng)營效益。

　　具體就國內(nèi)的5000t/d預(yù)分解水泥線定員，目前普遍在200人左右，通過智能化經(jīng)營管控，可將管理部門人員優(yōu)化掉10%左右，通過場內(nèi)外智能物流、智能運行生產(chǎn)、智能監(jiān)控巡檢，至少能優(yōu)化掉50%左右。泰國的老城堡水泥，同樣是5000t/d預(yù)分解水泥線，參與生產(chǎn)運行的就只有3＋3＋3＝9個人了。

　　不可能嗎？20190304復(fù)刻了白巖松聲音的AI記者助理已經(jīng)到兩會現(xiàn)場上崗，并且采訪了它的老師白巖松，美國財經(jīng)新聞網(wǎng)站稱，中國在淘汰傳統(tǒng)記者的路上又邁出了一大步；20190304央視的AI女主播已經(jīng)正式上崗，美國KTLA5 、英國Daily Mail、“今日俄羅斯”等，多家海外媒體給予了關(guān)注。

　　人工智能正以迅雷不及掩耳之勢取代人類，大致分為四個階段：第一階段取代藍(lán)領(lǐng)，第二階段取代白領(lǐng)，第三階段取代管理者，第四階段取代藝術(shù)家。取代藍(lán)領(lǐng)工人容易理解，不大可能連藝術(shù)家都取代吧？意大利機器人鋼琴師Teo現(xiàn)場彈奏鋼琴，郎朗聽后都驚呼：“機器人速度超越人類，節(jié)奏精準(zhǔn)！”

　　那么，問題來了：智能化最終將毀滅人類嗎？這倒不用擔(dān)心，機器人超越我們的是智商和運算層面，而人的理解、情感、同情心、共鳴性等軟實力，是機器無法取代的。未來的世界將屬于具有高感性能力的一個族群，以及為事物賦予意義的人！

　　20180629中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)人工智能研究院院長張鈸解釋：人非常聰明，很理性、很靈活，最大的優(yōu)點是“雖然小錯不斷、但是大錯不犯”；而計算機很笨、很認(rèn)真，最大的缺點是“小錯不犯，一犯就犯大錯”，這是決策系統(tǒng)的大忌！所以，人工智能不可能超越人類。

　　原理上，人工智能的特征是自我學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的原理是因果認(rèn)知，認(rèn)知的理念是再現(xiàn)的頻次越高越認(rèn)為真理，人工智能有感無知、只認(rèn)重復(fù)，但事實上重復(fù)的再現(xiàn)幷不一定就是真理，這就是人工智能的局限性；人類有判別真假、識別環(huán)境的能力，而人工智能沒有，所以不可能超越人類。

　　但是，這不等于可以輕視人工智能。目前，人類社會已處于第四次工業(yè)革命興起的關(guān)鍵時刻，大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)，必將解構(gòu)、顛覆、重塑現(xiàn)有的社會結(jié)構(gòu)，直至影響到企業(yè)的生產(chǎn)成本、勞動效率、環(huán)境持續(xù)、職工素質(zhì)、人員構(gòu)成，這是社會發(fā)展的必然趨勢，我們必須抓住這次就會。中國作為世界第一的水泥大國，現(xiàn)在不能說我們?nèi)鄙儋Y金、沒有基礎(chǔ)了，已經(jīng)沒有理由落后了！

　　智能水泥廠為什么必須引領(lǐng)世界，不能再走引進(jìn)、提高的老路了。因為誰一旦領(lǐng)先，就能吸引其他沒有領(lǐng)先能力和愿望者的資金和市場，有了資金和市場的支撐，就可以進(jìn)一步擴大發(fā)展優(yōu)勢；而一旦失去了引領(lǐng)機會，在資金和市場上就會受到引領(lǐng)者的打壓，就會形成一步跟不上步步跟不上的局面。引領(lǐng)者可以制定有利于自己的游戲規(guī)則，被打壓者就會付出慘痛的代價。

　　水泥行業(yè)在這方面是深有體會的，我們在引進(jìn)技術(shù)和裝備上付出了多大代價：比如一個燃燒器，原來賣我們200萬，現(xiàn)在70萬他都賣，國產(chǎn)的只要20-40萬；比如在線分析儀，原來賣我們400萬，現(xiàn)在賣300萬，國產(chǎn)的只要200萬，讓人家賺了多少錢。類似例子舉不勝舉，歐美人的高福利是哪兒來的，都是吃的我們的血汗錢，都是因為他們引領(lǐng)了世界！我們已成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，這種情況再也不能繼續(xù)下去了！　

三，什么是智能制造和智能工廠

　　1，人工智能

　　人類的“智慧”，是從感知（信息的檢測與傳遞）到記憶（信息的儲存）再到思維（對信息的邏輯化處理、對已有邏輯的因果類比），這一過程被稱為“智慧”；智慧的結(jié)果（因果類比的導(dǎo)向作用）將產(chǎn)生行為和語言，將行為和語言的表達(dá)過程稱為“能力”；將智慧和能力合在一起簡稱為“智能”，由人類創(chuàng)造的類似于人類智能的技術(shù)稱為“人工智能”。

　　因此，人工智能應(yīng)該具有這樣一些特點：

　　一是具有感知能力。即具有能夠感知外部世界、獲取外部信息的能力，這是產(chǎn)生智能活動的前提條件和必要條件；

　　二是具有記憶和思維能力。即能夠存儲感知到的外部信息、再通過思維將信息轉(zhuǎn)化為知識、累積為經(jīng)驗，同時能夠利用已有的知識和經(jīng)驗對信息進(jìn)行分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策；

　　三是具有學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力。即通過與環(huán)境的交互作用，不斷學(xué)習(xí)積累知識、不斷的類比獲得經(jīng)驗，使自己能夠適應(yīng)環(huán)境的不同變化；

　　四是具有行為決策能力。即能對外界的信息作出反應(yīng)，能在邏輯的驅(qū)動下形成意愿，然后通過語言和行為把意愿表達(dá)出來。

　　2，智能制造

　　所謂“制造”，是指對原材料進(jìn)行加工或再加工，以及對零部件進(jìn)行裝配，由此獲得產(chǎn)品的過程；被賦予一定人工智能的制造過程被稱為“智能制造”。

　　像德國的工業(yè)4.0、美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、中國制造2025，盡管各國家叫法不同，但其本質(zhì)其實都是智能制造。有關(guān)智能制造并沒有明確定義，社會各界的認(rèn)識及理解也各不相同。

　　但我國的工業(yè)和信息化部、財政部聯(lián)合制定的《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，對“智能制造”給出了較為明確的定義：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。

　　智能制并不單單是生產(chǎn)制造上的自動化、智能化，更是應(yīng)用到從數(shù)據(jù)層的機器視覺、射頻識別、傳感器等，到網(wǎng)絡(luò)層的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等，再到執(zhí)行層的智能裝備、機器人、3D打印等，最后形成智能工廠的制造方案。

　　03智能工廠

　　由以上工信部的定義可見，智能工廠是智能制造在整個應(yīng)用層的概括?！爸悄芄S”涵蓋：智能裝備集成、計算機輔助工具、生產(chǎn)管理、供銷系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算實現(xiàn)智能化互操互控，進(jìn)而實現(xiàn)生產(chǎn)資源、裝備運行、工藝流程、業(yè)務(wù)流程、資金流程的動態(tài)協(xié)同配置，總體構(gòu)成智能制造的工廠。

　　智能工廠具有如下特點：生產(chǎn)廠通過物聯(lián)網(wǎng)獲取定制，通過物聯(lián)網(wǎng)把原料和生產(chǎn)設(shè)備連接起來，根據(jù)用戶喜好的特性，適時多品種、小批量、定制生產(chǎn)，再通過物流系統(tǒng)發(fā)送給用戶；而且產(chǎn)品也是智能的，可以收集用戶信息通過物聯(lián)網(wǎng)上傳給生產(chǎn)廠，方便生產(chǎn)廠提供售后服務(wù)，進(jìn)一步獲取附加值；而且生產(chǎn)設(shè)備也是智能的，通過物聯(lián)網(wǎng)實時上傳數(shù)據(jù)反映自身狀況，方便生產(chǎn)廠調(diào)劑任務(wù)和檢修維護(hù)。廣義的發(fā)展，每個智能工廠又可以通過物聯(lián)網(wǎng)，將它的上游生產(chǎn)廠和下游生產(chǎn)廠連接起來，人類勞動最終被人工智能取代。

　　目前各水泥企業(yè)在經(jīng)歷了產(chǎn)能高速發(fā)展的時代后，其區(qū)域優(yōu)勢和裝備工藝優(yōu)勢越來越小，加之國家對產(chǎn)能、環(huán)保、安全等領(lǐng)域的要求不斷嚴(yán)格，僅靠加強管理已難以維持企業(yè)的核心競爭力。

　　隨著國家對智能制造的大力推行，又為水泥企業(yè)提高競爭力打開了一扇窗，有遠(yuǎn)見的企業(yè)已開始向智能工廠的建設(shè)邁進(jìn)。但總體上還處于探索階段，探索就難免存在一系列誤區(qū)、難免要走一些彎路，但不能因為有誤區(qū)、走彎路就不去探索，搞總比不搞好。

四，智能化與自動化、機器人、無人化

　　工業(yè)化、電氣化、自動化是我們推進(jìn)了多年的工作，數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化在這幾年也有了概念，現(xiàn)在又要智能化。那么，什么是智能化呢？現(xiàn)代社會這么多的“化”又是什么關(guān)系呢？中國人工智能學(xué)會名譽理事長涂序彥指出，“什么是智能化？目前尚缺乏明確的、公認(rèn)的、科學(xué)的定義”。

　　當(dāng)然，“目前尚缺乏科學(xué)的定義”，不是說我們沒有一點概念，而是尚缺乏定義的“充要條件”。正因為如此，我們談起來就比較復(fù)雜、做起來也比較模糊，但要搞智能化就回避不了這個問題，如果連什么是智能化都說不清楚，你又怎么去搞智能化呢？

　　雖然現(xiàn)在還不能完整的定義智能化，但可以說清什么不是智能化：自動化不等于智能化，在一定條件下自動化可以實現(xiàn)無人化，目前的機器人多是自動化的產(chǎn)物。所以，自動化、機器人、無人化都不等于智能化！

　　20171220清華大學(xué)軟件學(xué)院訪問學(xué)者、寶鋼研究院原首席研究員郭朝暉： 智能制造盡管很熱，但落地時存在很多困惑，最常見的有兩種：①視野小了、未看到宏觀，將注意力主要集中于設(shè)備上，把智能制造搞成自動化；②只看眼前、未考慮明天，把無人監(jiān)控技術(shù)用于有人監(jiān)控的場景，往往顯得多余，沒必要要求過高。

　　智能制造小范圍看是自動化的延伸，大范圍看是協(xié)同、共享、重用，再大的范圍就是生產(chǎn)組織關(guān)系的改革?？囱矍?，投入產(chǎn)出比不大，沒有多少吸引力；到明天，可能就關(guān)系到企業(yè)的存亡。

　　20180629中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)人工智能研究院院長張鈸：現(xiàn)在的人工智能至少要滿足五個條件：①確定性信息、②完全信息、③靜態(tài)的、④單任務(wù)和⑤有限領(lǐng)域。而在這五個條件限制下，就是照章辦事，不需要任何靈活性，這顯然不是智能的核心，是沒有理解的人工智能。[Page]

　　智能體現(xiàn)在推理能力上，要解決這個問題，必須加上常識庫、常識推理，沒有做到這一步不可能具有理解能力。而現(xiàn)在的人工智能基本方法有缺陷，離真正的智能還很遠(yuǎn)，我們必須走向具有理解的真正的人工智能，這是一條很漫長的路。

　　1，最近發(fā)生的一個不幸案例

　　20190310發(fā)生的埃塞俄比亞空難事故，導(dǎo)致149名乘客和8名機組人員遇難，與去年（20181029）發(fā)生的印度尼西亞獅航空難很有相似之處。僅管最終原因還不好妄下結(jié)論，但中國民航局、印尼交運部第二天對波音 737MAX下了暫停令。截止20190313，除美國依然在飛外，其余在用該機型的52個國家已全部停飛，歐洲甚至對其關(guān)閉了領(lǐng)空。

　　為什么暫停波音 737MAX的飛行，就是因為他有一套自動化控制系統(tǒng)是重點懷疑對象，有資深機長表示兩次空難都可以歸結(jié)為LOC-空中失控。印尼獅航空難已經(jīng)過去了4個月，其原因已經(jīng)分析得很清楚了，“飛機接收到一個顯示飛機抬頭的假信號，自控系統(tǒng)就持續(xù)給出了低頭指令。機組與自控系統(tǒng)‘搏斗’了很長時間，最終還是發(fā)生了空難?！?/p>

　　飛機都怕失速，失速的原因大部分是機頭抬得太高，緊急壓機頭是唯一的拯救措施。波音 737MAX在開發(fā)時采用了糾正飛機抬頭的自動化安全增強系統(tǒng)，在機頭設(shè)置了2個傳感器隨時監(jiān)測飛機迎角，遺憾的是這套安全系統(tǒng)并不可靠，而且一旦誤報觸發(fā)了自控，由于時間緊迫，它就不管不顧外界干預(yù)自己動了起來，更要命的是駕駛員也干預(yù)不了，救命系統(tǒng)就這樣變成了要命系統(tǒng)！

　　怎么會這樣呢？這就是自動化的弊端--不懂綜合判斷、不辨真假、不會隨機應(yīng)變。如果不是自動化系統(tǒng)，而是采用智能化系統(tǒng)，在結(jié)合多項自變量判斷是不是誤報之后，再采取應(yīng)變措施，就能避免這類事故，這就是智能化與自動化的區(qū)別。教訓(xùn)不可謂不深刻！

　　2，智能化與自動化的區(qū)別

　　自動化（Automation）：指機器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按規(guī)定的程序或指令，自行的檢測狀態(tài)、處理信息、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。包括設(shè)備、系統(tǒng)、過程，均處于自動化狀態(tài)。

　　智能化（Intelligent）：指利用現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)、結(jié)合行業(yè)技術(shù)，匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用，具有一定的人工智能或擬人智能的特性或功能。例如具有一定的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自校正、自診斷、自修復(fù)、自組織、自協(xié)調(diào)等某些功能。

　　就智能化的系統(tǒng)和裝置來說，它應(yīng)該具有如下特征：

　　一是能自動完成某些任務(wù)，或在程序指導(dǎo)下完成預(yù)定工作；

　　二是具有進(jìn)行某種復(fù)雜計算和修正誤差的數(shù)據(jù)處理能力；

　　三是具有自檢測、自校正、自診斷、自修復(fù)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自組織、自協(xié)調(diào)等一些“自”字功能；

　　四是便于通過標(biāo)準(zhǔn)總線組成多種裝置的復(fù)雜系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，并且能靈活地改變功能和擴張功能。

　　我們對具有上述智能特征的系統(tǒng)冠以智能系統(tǒng)，而對具有部分智能特征的系統(tǒng)冠以智能化系統(tǒng)。

　　總體上，智能化是自動化的高級發(fā)展，自動化是智能化的基礎(chǔ)部分；智能化是在自動化基礎(chǔ)上，通過引入“數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化”，實現(xiàn)了一些智慧和能力的高級發(fā)展。

　　自動化相對要簡單的多，一般的自動化系統(tǒng)或裝置能夠根據(jù)既定指令進(jìn)行操作調(diào)整，實現(xiàn)無人控制。自動化一般會出現(xiàn)對于不同情況作出相同反應(yīng)的結(jié)果，就像所有的生物具有一定的遺傳本能一樣，多用于重復(fù)性的工作或工程中，其過程類比于數(shù)學(xué)的一元一次方程。

　　智能化是自動化的高級發(fā)展，是在自動化基礎(chǔ)上又加入了類似于人類一樣的智慧程序。智能化具有一定的學(xué)習(xí)能力，能根據(jù)外界的信息豐富自己，自主產(chǎn)生新的指令。智能化一般能根據(jù)多種不同情況可以作出不同的反應(yīng)，就像高等動物除了本能以外還具有一定的自適應(yīng)能力，其過程類比于數(shù)學(xué)的多元多次方程。

　　智能化的工作過程包括：信息的檢測、采集、傳輸、處理與儲存，指令的形成、調(diào)整與發(fā)出，指令的執(zhí)行與結(jié)果的反饋，這些過程都離不開工業(yè)化、自動化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化這些基礎(chǔ)，所以說智能化是一個系統(tǒng)工程，每一個環(huán)節(jié)都非常重要。

　　類比于人類，我們講一個人非?！奥斆鳌?，本意是說他的腦子好用，但“聰明”的具體指向是“耳聰目明”，可見及時、準(zhǔn)確、甚至量化的信息對“大腦”的作用是多么重要；我們說這個人“心靈手巧”，又強調(diào)了執(zhí)行機構(gòu)的重要性，沒有理想的執(zhí)行機構(gòu)，再好用的腦子又有什么用呢、而且沒有“巧手”的實踐又如何演化出“心靈”的大腦呢？

　　3，機器人尚未到智能水平

　　目前的機器人，還只是停留在自動化水平上，實現(xiàn)的是機和物之間的互動工作，被限定在精準(zhǔn)設(shè)定的工作環(huán)境中，在精確、重復(fù)性的工作上效率很高，但遇到從未執(zhí)行過的新任務(wù)、沒有確定性的新環(huán)境，機器人往往就“傻了”，這還不能叫人工智能。

　　起碼要通過淺層學(xué)習(xí)，主要是計算機系統(tǒng)從大量訓(xùn)練樣本中學(xué)習(xí)統(tǒng)計規(guī)律，能對一定的未知事件做出預(yù)測，取代現(xiàn)有藍(lán)領(lǐng)的人和機之間的互動工作，才能達(dá)到初級人工智能水平。

　　最終要過深度學(xué)習(xí)，主要是構(gòu)建多層的機器學(xué)習(xí)模型和海量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)更有用的特征和因果關(guān)系。模擬人腦學(xué)習(xí)、模仿人腦解釋數(shù)據(jù)、模仿人類作出判斷，取代現(xiàn)有白領(lǐng)的人與人之間的互動工作，才能達(dá)到高級人工智能水平。

　　4，自動化在水泥行業(yè)的局限性

　　對于大工業(yè)生產(chǎn)，各種原燃材料以及各工序的工況其波動是難以避免的，各項生產(chǎn)控制參數(shù)的穩(wěn)定、以及過程產(chǎn)品和成品性能指標(biāo)的穩(wěn)定，都需要通過及時地操作調(diào)整才能得以實現(xiàn)。所以，從預(yù)分解窯生產(chǎn)工藝誕生的第一天起，人們就在謀求生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化，在整個水泥的生產(chǎn)控制中，從原料開采直到水泥出廠，引入了幾十個儀表自控調(diào)節(jié)回路。

　　這些自控調(diào)節(jié)回路主要采用PID（比例--積分--微分）調(diào)節(jié)器（或類似的計算機程序）完成。將儀器儀表對特征參數(shù)的測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)偏差時，調(diào)節(jié)器利用比例、積分、微分作用生成調(diào)節(jié)值，對執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行修正動作，以不斷的消除偏差，使測量值與設(shè)定值保持在較高的一致上。

　　輸出的變化量與偏差成比例，稱之為比例作用；當(dāng)有偏差輸入時，輸出隨時間不斷地上升或下降之動作，稱之為積分作用；輸出與偏差的變化速度成比例之動作，稱之為微分作用。在實際應(yīng)用中，PID三種作用相互協(xié)調(diào)，使調(diào)節(jié)過程處于最佳工作狀態(tài)。遺憾的是，大家在這方面費了不少勁，花了不少錢，但直到今天，仍然很不理想。

　　我國水泥工業(yè)在幾十年的產(chǎn)業(yè)升級過程中，幾乎全部采用了新型干法生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了中央控制室的DCS集散系統(tǒng)操控、生產(chǎn)線全程流水生產(chǎn)作業(yè)，相比于其他很多行業(yè)的工業(yè)，自動化水平應(yīng)在工業(yè)領(lǐng)域居于前列。

　　但是應(yīng)該看到，雖然我們花錢裝備了幾十個自動調(diào)節(jié)回路，努力提高我們的自動化水平，但實際生產(chǎn)中仍多以手動人工調(diào)節(jié)為主。我們可以看看，在國內(nèi)的上千條生產(chǎn)線上、每條線的幾十個控制回路中，又有幾個是好用的呢？

　　為了找出自動化控制系統(tǒng)不能有效運行的問題所在，我們不妨就以大家認(rèn)為非常重要的“預(yù)熱器C5旋風(fēng)筒出口溫度自控調(diào)節(jié)回路”展開一下討論。

　　自控調(diào)節(jié)回路認(rèn)為，出C5旋風(fēng)筒的氣體，是窯尾廢氣和分解爐廢氣混合后的熱氣流。其溫度的高低，一則反應(yīng)C5旋風(fēng)筒入窯物料的分解率，二則反應(yīng)出分解爐內(nèi)的燃燒狀況，是一個非常重要的特征參數(shù)。這個沒錯！

　　隨著窯尾氣體的變化及物料量的波動，出C5旋風(fēng)筒氣體的溫度勢必會波動。通過調(diào)整分解爐的喂煤量來調(diào)節(jié)分解爐的廢氣溫度，便可保持其相對穩(wěn)定，繼而減少入窯物料分解率的波動，為窯的熱工制度的穩(wěn)定創(chuàng)造良好條件。這可就不一定了，用煤滯后跟蹤一個引起溫度波動的未知變量（除煤以外），那可就是瞎碰運氣了，效果可想而知！

　　實踐證明，這個自動化控制實踐證明，這個回路在燒成系統(tǒng)、特別在燒成系統(tǒng)出現(xiàn)較大波動時，幾乎是沒有作用，甚至起副作用。問題出在哪兒了呢？仔細(xì)分析便會發(fā)現(xiàn)，影響“C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度”的因素，并不只是一個“分解爐的喂煤量”，還有諸如系統(tǒng)的喂料量、物料的易燒性、系統(tǒng)的通風(fēng)量等等等等，但由于自動化的能力有限，又無法接納這么多影響因素。

　　回路在燒成系統(tǒng)、特別在燒成系統(tǒng)出現(xiàn)較大波動時，幾乎沒有作用，甚至起副作用。問題出在哪兒了呢？仔細(xì)分析便會發(fā)現(xiàn)，影響“C5旋風(fēng)筒出口氣體溫度”的因素，并不只是一個“分解爐的喂煤量”，還有諸如系統(tǒng)的喂料量、物料的易燒性、系統(tǒng)的通風(fēng)量等等等等，但由于自動化的能力有限，又無法接納這么多影響因素?！?

五，走向智能水泥廠的技術(shù)路線

　　當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向，美國提出了“工業(yè)互聯(lián)”、德國提出了“工業(yè)4.0工業(yè)4.0”、中國提出了“中國制造2025”。但無論提法有何不同，其本質(zhì)是一樣的，自動化的空間向上發(fā)展到智能化，向下擴展到整個工業(yè)生產(chǎn)的全方位、全過程。整個社會生產(chǎn)，將被逐個、逐步的推向智能工廠，用人工智能逐漸取代人類勞動。

　　中國的水泥行業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模，從1996年4.9億噸拿下世界第一后，就一路領(lǐng)先到現(xiàn)在，規(guī)模不可謂不大；工藝技術(shù)，已經(jīng)對國內(nèi)引進(jìn)的生產(chǎn)線進(jìn)行了大量改造，并且在國際上也得到認(rèn)可；裝備質(zhì)量，已經(jīng)在國外建設(shè)投產(chǎn)了多條生產(chǎn)線，包括世界單線規(guī)模最大的12000t/d生產(chǎn)線，與國外的差距也在縮小。

　　但看看我們的勞動生產(chǎn)率，卻還存在較大的差距。5000t/d單線用工多數(shù)還在200人左右，先進(jìn)水平的也在100人左右。而泰國同等規(guī)格的“老城堡”水泥廠，每班只有3個人，主要是應(yīng)付突發(fā)事件，其中中控室1人（而且包括化驗室所有職能）、現(xiàn)場巡檢2人。如此高的生產(chǎn)效率，除了可靠的裝備以外，主要體現(xiàn)在自動化和智能化方面。

　　1，智能水泥廠的官方概念

　　20150130工業(yè)和信息化部發(fā)布了《原材料工業(yè)兩化深度融合推進(jìn)計劃(2015-2018年）》，基本給出了一個智能水泥廠的概念。智能水泥廠不僅包括如下內(nèi)容：

　?。?）基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進(jìn)技術(shù)，利用智能儀器儀表、工業(yè)機器人、計算機仿真、移動應(yīng)用等信息系統(tǒng)與專用裝備，進(jìn)一步突出實時控制、運行優(yōu)化和綜合集成，基本實現(xiàn)礦山開采、配料管控、窯爐燒成、水泥粉磨全系統(tǒng)全過程的智能優(yōu)化；

　?。?）應(yīng)用機器人等技術(shù)，在礦山爆破排險、窯爐運行維護(hù)、投料裝車作業(yè)、高溫高塵搶修等，危害、危險、重復(fù)作業(yè)的環(huán)節(jié)，基本實現(xiàn)無人值守或機器人替代人工作業(yè)；

　?。?）建設(shè)信息物理融合系統(tǒng)（CPS），實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)運營的自動化、數(shù)字化、模型化、可視化、集成化，提高企業(yè)勞動生產(chǎn)率、安全運行能力、應(yīng)急響應(yīng)能力、風(fēng)險防范能力和科學(xué)決策能力；

　?。?）在生產(chǎn)管控和經(jīng)營決策中，通過大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，應(yīng)用商業(yè)智能系統(tǒng)（BI）和產(chǎn)品生命周期管理（PLM），建立對采購、生產(chǎn)、倉儲、銷售、運輸、質(zhì)量、資源、能源和財務(wù)等全方位的智能管控平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品、市場和效益的動態(tài)監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警，提升各環(huán)節(jié)的資源優(yōu)化配置能力和智能決策水平；

　?。?）建立與供應(yīng)商和用戶的上下游協(xié)作管理系統(tǒng)，按照供應(yīng)商提前介入技術(shù)（EVI）、準(zhǔn)時生產(chǎn)技術(shù)（JIT）等模式，統(tǒng)一企業(yè)資源計劃（ERP）等企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)間信息交換接口、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，通過信息共享和實時交互，實現(xiàn)物料協(xié)同、儲運協(xié)同、訂貨業(yè)務(wù)協(xié)同以及財務(wù)結(jié)算協(xié)同。

　?。?）建設(shè)基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進(jìn)技術(shù)的智能水泥生產(chǎn)線，實現(xiàn)原料配備、窯爐控制和熟料粉磨的全系統(tǒng)智能優(yōu)化，智能制造不僅要具有機械化、自動化、信息化功能和海量數(shù)據(jù)的分析能力，更要有針對具體問題的自我判斷和對癥自我糾錯能力。

　　（7）并在工業(yè)窯爐、投料裝車等危險、重復(fù)作業(yè)環(huán)節(jié)應(yīng)用機器人智能操作。

　?。?）開展具有采購、生產(chǎn)、倉儲、銷售、運輸、質(zhì)量、能源和財務(wù)管理等功能的商業(yè)智能系統(tǒng)應(yīng)用。。

　　2，建設(shè)智能水泥廠的進(jìn)度要求

　　上述“推進(jìn)計劃”對水泥行業(yè)提出了明確要求：為了縮小我國水泥行業(yè)在智能化方面與國外的差距，在水泥行業(yè)選取2～3家先進(jìn)企業(yè)，建設(shè)基于自適應(yīng)控制、模糊控制、專家控制等先進(jìn)技術(shù)的智能水泥生產(chǎn)線；到2018年，水泥行業(yè)應(yīng)用優(yōu)化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)線要達(dá)到50%；建成一批生產(chǎn)裝備智能、生產(chǎn)過程智能、生產(chǎn)經(jīng)營智能的智能化工廠。

　　根據(jù)“推進(jìn)計劃”要求，智能水泥廠涵蓋生產(chǎn)裝備、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)經(jīng)營的全面智能，就是實現(xiàn)讓水泥工廠關(guān)起門來自己生產(chǎn)。生產(chǎn)線的智能控制是水泥智能工廠的基礎(chǔ)和主體，沒有這個基礎(chǔ)，所謂的“智能工廠”就只能是一個“智能化工廠”。

　　這里有兩個概念需要注意，“智能化工廠”并不完全等同于“智能工廠”，這要看你“化”到什么程度，智能工廠都是逐漸“化”過來的。

　　按照以上進(jìn)度要求和質(zhì)量要求，我們水泥行業(yè)顯然已經(jīng)慢了。個人認(rèn)為，進(jìn)度上慢了，與大環(huán)境有關(guān)，智能工廠牽涉到方方面面，特別是嚴(yán)重依賴的物聯(lián)網(wǎng)還不具備；質(zhì)量上差點，也是因為很多條件還不具備，任何事物都有個發(fā)展完善的過程，本就應(yīng)該先從智能化水泥廠做起，能做多少是多少，逐步向智能水泥廠趨近。

　　3，走向智能水泥廠的技術(shù)路線

　　關(guān)于采購、倉儲、銷售、運輸、質(zhì)量、管理等智能系統(tǒng)，在水泥行業(yè)相較實體的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)步要快，這幾年的智能化進(jìn)步也主要體現(xiàn)在這些方面，這里就不再贅述，重點討論相對薄弱的生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化問題。

　　看似簡單的水泥工藝，其過程包含有大量的物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)以及物理化學(xué)反應(yīng)，囊括了地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、巖相學(xué)、流體學(xué)、燃燒學(xué)、熱傳導(dǎo)、結(jié)晶學(xué)等等學(xué)科，要使整個過程處于受控狀態(tài)，按照我們設(shè)計的P-T-t軌跡（礦物學(xué)術(shù)語）運行，不但需要維持物料的量和質(zhì)的均衡穩(wěn)定，而且必須維持好各系統(tǒng)各工序各個特征參數(shù)的穩(wěn)定。

　　對于水泥生產(chǎn)中的控制操作，可以是人工手動的，也可以是儀表自控的，但最好是智能程控的。因為變化無時不在，調(diào)節(jié)無時不需，人的精力和經(jīng)驗又是有限的，自動化又擔(dān)負(fù)不了如此復(fù)雜的問題，智能化就成為最佳選擇。

　　分析其前任自動化成效不大的原因，以大家最關(guān)注的“C5出口氣體溫度自控調(diào)節(jié)回路”為例，自動化建立的數(shù)學(xué)模型為：“分解爐的喂煤量”＝＞“C5出口氣體溫度”，（注：A=>B為邏輯學(xué)符號，表示命題A與B的涵蓋關(guān)系）。實踐證明，這個控制回路的作用不大，有時甚至起副作用。主要是受自動化能力限制，應(yīng)變量選取太少，調(diào)節(jié)模型建立得過于簡單。

　　而智能化有足夠的能力，完全可以模仿人類的智能，建立一個多變量調(diào)節(jié)模型：分解爐的喂煤量＝＞∑（C5出口氣體溫度，系統(tǒng)生料喂料量，生料KH、SM、細(xì)度，窯灰喂入量，預(yù)熱器各級（包括分解爐、后窯口）的溫度、壓力，C1出口、分解爐出口、后窯口的O2、CO、NOX，煤粉的熱值、揮發(fā)份、細(xì)度、水分，二次風(fēng)溫度、三次風(fēng)溫度、三次風(fēng)閘板開度……）

　　總之，只要你能想到的因素就只管往涵蓋變量里加，然后進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計分析。根據(jù)不同的相關(guān)系數(shù)給予各變量不同的調(diào)節(jié)權(quán)重，各變量對于喂煤調(diào)節(jié)量的代數(shù)和，便是分解爐喂煤量的調(diào)節(jié)量。不要說沒關(guān)系、不要嫌多、不要怕錯！

　　某公司應(yīng)用的這套控制系統(tǒng)，就接受某操作員的建議，引入一個看是不相干的尾煤鉸刀泵出口壓力信號，結(jié)果取得了意想不到的效果！每條生產(chǎn)線都不相同、每個時間段都不相同，你不可能知道哪個信號在什么時候會起關(guān)鍵作用，還是把它交給智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)為好。

　　相關(guān)性分析并不復(fù)雜，用計算機程序來做更是小菜一碟。不僅可以從初始的統(tǒng)計分析開始，設(shè)定初始的調(diào)節(jié)權(quán)重，而且要每時、每天、每月、每年的一直做下去，以適應(yīng)各種因素的變化。

　　為了適應(yīng)各種因素的新情況、新變化，設(shè)定按照“先入先出的原則”滾動記錄最近10天（可根據(jù)實際情況的異變速度和頻次，確定和調(diào)整滾動天數(shù)）的數(shù)據(jù)、并進(jìn)行相關(guān)性分析。根據(jù)最新的分析結(jié)果及時地調(diào)整調(diào)節(jié)權(quán)重的分配，使其在不斷地循環(huán)調(diào)整中趨于合理化，效果就會越來越好。實際上，這種自動調(diào)節(jié)回路已經(jīng)變成了智能調(diào)節(jié)回路。

　　生產(chǎn)系統(tǒng)需要調(diào)控的參數(shù)很多，由于時間關(guān)系，這里僅選了這幾年大家非常重視的、已經(jīng)做了不少工作的“預(yù)熱器C5旋風(fēng)筒出口溫度自控調(diào)節(jié)回路”，進(jìn)行了展開分析，其他參數(shù)的調(diào)控可以比照優(yōu)化。

　　進(jìn)一步放開講，智能水泥廠離不開大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)，這些都離不開5G平臺。雖然目前還沒有這個平臺，但我們將在世界上首先擁有這個平臺，我們的智能化現(xiàn)在就應(yīng)該為利用好這個平臺作好準(zhǔn)備。

　　接著上述C5出口氣體溫度的波動討論，存在如下因素關(guān)聯(lián)：--煤質(zhì)波動--煤粉制備（細(xì)度）--原煤進(jìn)廠（煤質(zhì)）--供應(yīng)煤礦--煤層變化；--煤量波動--喂煤系統(tǒng)--煤粉制備（流動性）--煤粉（細(xì)度、水分）--原煤變化--供應(yīng)煤礦--煤層變化。

　　利用這些關(guān)聯(lián)情況，如果建立了大數(shù)據(jù)，每一個節(jié)點都能及時量化出來；如果建立了物聯(lián)網(wǎng)，這些量化出來的變化，就能及時的得到層層傳遞，就能給予燒成智控系統(tǒng)預(yù)知的時間，提前采取相應(yīng)的對策，最終減小甚至避免波動。

　　所以說，智能制造不是花架子，可以給制造企業(yè)帶來生產(chǎn)效率的大幅度提升、資源綜合利用率的大幅度提升，研制周期的大幅度縮短、運營成本的大幅度下降、產(chǎn)品不良品率的大幅度下降，是我國水泥工業(yè)由大變強的必由之路，是水泥工業(yè)在新常態(tài)下的必走之路。

　　所以說，中國水泥不僅是大，而且會強，必將引領(lǐng)世界水泥工業(yè)！

　　4，不妨先從智能化做起

　　水泥行業(yè)智能工廠建設(shè)是一個龐大的工程，目前國內(nèi)外的情況差不太多，尚處于起步階段，控制原理尚需要突破、大數(shù)據(jù)還需要積累?！爸悄芩鄰S”在概念上還不準(zhǔn)確、在技術(shù)上還不成熟，不一定就要一步到位、建設(shè)嚴(yán)格意義上的智能水泥廠。把目標(biāo)定的過高，反而會欲速不達(dá)！

　　智能工廠是建立在可靠的裝備、成熟的工藝、穩(wěn)定的生產(chǎn)、準(zhǔn)確的在線監(jiān)測計量之上的技術(shù)，裝備、工藝、監(jiān)測、計量這些基礎(chǔ)的東西，不僅是智能工廠的必須，對提高現(xiàn)有企業(yè)的運營水平也是很見效的。如果這些條件不具備，在建設(shè)真正的智能工廠以前，不妨先在這幾方面給予完善提高，特別是一些成熟的在線監(jiān)測計量控制系統(tǒng)。

　　近年正在推向市場的在線監(jiān)測控制產(chǎn)品主要有：原料成分、煤質(zhì)檢測、生料粒度、入窯成分、入窯分解率、出窯游離鈣、窯尾廢氣、水泥碳硫、水泥比表面積等。能及時準(zhǔn)確的提供這些數(shù)據(jù)，既是現(xiàn)有生產(chǎn)的需要，也可為建設(shè)智能水泥廠提供大數(shù)據(jù)支撐，有條件者不妨先在這方面突破。

　　需要提醒的是，目前智能工廠的建設(shè)在運輸和管理上已經(jīng)取得了一定的成績，這是應(yīng)該給予肯定的良好開端，但在生產(chǎn)工序上還差的很遠(yuǎn)。對這一點必須要有充分的認(rèn)識，因為工廠的主體就是生產(chǎn)，最終不能避重就輕！

　　企業(yè)不能為了“智能制造”而智能制造，應(yīng)以智能、協(xié)同、綠色、安全發(fā)展為突破口，以“提高生產(chǎn)效率和能源效率，縮短和降低產(chǎn)品的研制周期、運營成本、不良品率”為目標(biāo)，本著長遠(yuǎn)規(guī)劃、逐步實施、重點突破的原則，先對整個制造業(yè)進(jìn)行逐步的升級改造。先在“化”中起步，然后再完善、提高，這可能是一條更切合實際的道路！