從經驗主導到數據驅動，AI如何幫助水泥行業(yè)轉型升級？

　　工業(yè)4.0時代，水泥行業(yè)面臨著節(jié)能降耗、優(yōu)產減排等諸多挑戰(zhàn)，當經驗主導的工藝優(yōu)化方式存在無法避免的天花板，以數字化、智能化手段來推動綠色高效發(fā)展，成為水泥行業(yè)轉型升級的新契機。12月9日，阿里云在杭州舉辦“2019水泥智能化創(chuàng)新研討會”，圍繞大數據、人工智能、云計算在水泥行業(yè)的應用做深入探討。中材國際、南方水泥、西南水泥、金隅冀東、紅獅水泥、臺灣水泥、山水水泥、亞東水泥、中國水泥網、中材邦業(yè)、赤霄科技、西南科技大學、上海交通大學等業(yè)內百余家單位代表出席。

　　（▲圖1：2019水泥智能化創(chuàng)新研討會在阿里巴巴西溪園區(qū)召開）

　　研討會上，阿里云分享了工業(yè)大腦聚焦數據的工藝優(yōu)化和自動駕駛方案，目前已經在東華水泥等多家水泥廠應用，為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。

　　當前，制造業(yè)普遍面臨著人工成本上漲、能源成本上漲、環(huán)保重任艱巨等挑戰(zhàn)。水泥行業(yè)作為能源消耗大戶，也面臨著相同的問題。結合過去一年走訪國內近百條水泥產線的經歷，不難發(fā)現，當前水泥生產面臨的兩大核心痛點：

　　1） 煤和電的成本占水泥成本的40%~70%，節(jié)能降耗、減少污染排放是重要課題；

　　2） 由于原料、燃料、工況波動大，水泥行業(yè)始終無法實現高度自動化和智能化生產，生產質量和能耗水平嚴重依賴于人工經驗。

　　因此，整個水泥行業(yè)轉型升級的最大訴求在于：在保質保量的前提下，通過穩(wěn)定的自動化生產控制來實現節(jié)能降耗。

　　水泥產線的核心工藝高度相似，生料磨、回轉窯和水泥磨組成的“兩磨一燒”環(huán)節(jié)是每條產線的標配，也是能耗最大、最依賴人工操作的環(huán)節(jié)。聚焦“兩磨一燒”的工藝優(yōu)化和自動控制，或許是解決水泥行業(yè)之痛的有效路徑。

　　不同于以往經驗主導的優(yōu)化方式，阿里云工業(yè)大腦提出了數據驅動的解題思路。無論是磨主電機、窯主電機，還是子環(huán)節(jié)涉及的各類風機，在生產過程中都會產生大量運轉數據，基于歷史的運轉數據與效果數據進行深度挖掘分析，利用人工智能技術實現參數自動尋優(yōu)，再嵌入到產線設備中，讓機器幫助人類實現復雜工序下的實時最優(yōu)決策與控制，在生產保持平穩(wěn)的情況下降低能耗。

　　阿里云工業(yè)大腦通過與東華水泥、中材邦業(yè)、南方水泥等行業(yè)企業(yè)深度合作，摸索出一條AI與水泥“兩磨一燒”工藝深度結合的數字化創(chuàng)新之路，整個過程主要分為以下幾步：

　　1、數據沉淀

　　結合工藝專家經驗，沉淀反映和影響水泥生料/熟料質量及能耗的數據，包括質檢數據、DCS數據、環(huán)境數據等。以生料磨工藝為例，磨機壓差、出入磨風溫、磨機料層厚度、斗提電流和精確至每半分鐘的生產電耗數據，都是后續(xù)分析的基礎數據。

　　2、識別關鍵因子，構建數據字典

　　“兩磨一燒”環(huán)節(jié)有上萬個維度的數據，通過分析不同數據維度對品質和能耗的影響權重，對這些因子做重要性排序，經過與產線工藝專家探討，識別出關鍵影響因子，作為后續(xù)算法模型的標準輸入。

　　3、優(yōu)化算法建模

　　當確認了所需的數據輸入后，即可進行算法模型的開發(fā)，分為三個方向，

　　1） 經典的工業(yè)控制算法，如PID，MPC等；

　　2） 對工業(yè)過程的強化學習，將工藝經驗融入算法中；

　　3）  通過能耗模型來預測生產能耗并從中尋找最優(yōu)的控制參數。

　　最終將這三類獨立的算法組集成，融合成為阿里云工業(yè)大腦的智能水泥引擎。采用云端優(yōu)化+邊緣端控制的方式，實現最優(yōu)參數自動下發(fā)、自動控制，同時實現產線節(jié)能降耗。

　　4、產線多工段協(xié)同

　　雖說“兩磨一燒”是一整條連續(xù)的生產過程，但其中的三個子環(huán)節(jié)是相對獨立的。因此，我們的產品也將生料磨、回轉窯、水泥粉磨分開來做，先按不同工段來做局部優(yōu)化，最后實現整體的優(yōu)化。這樣也能滿足不同水泥廠的個性化需求，根據具體情況自由組合不同模塊。

　　阿里云工業(yè)大腦的“兩磨一燒”智能引擎聚焦生產優(yōu)化和自動控制兩層問題，利用生產數據進行模型訓練，實現生產參數的自動尋優(yōu)和自動控制，提升生產效率和平穩(wěn)率，同時降低煤耗和電耗。

　?。ā鴪D2：阿里云工業(yè)大腦水泥“兩磨一燒”智能引擎）

　　東華水泥是第一個與阿里云工業(yè)大腦合作的水泥企業(yè)。通過對DCS數據、質檢數據、能耗數據進行一系列清洗、加工和轉換，東華水泥基于產線數據建立能耗優(yōu)化模型，并融合工藝專家的一線經驗，獲得凝結數理與行業(yè)機理調優(yōu)算法，運用在產線控制中。憑借超強的學習能力，工業(yè)大腦幫助東華水泥不斷降低能耗排放，最新成果已實現單產標準煤耗下降至100千克/噸，電耗突破50度/噸，大幅降低生產成本。

　　與此同時，阿里云工業(yè)大腦牽手中材邦業(yè)，采用云端優(yōu)化+邊緣端控制方案，實時優(yōu)化水泥燒成生產線的溫度、壓力、給煤量、冷卻等參數，幫助水泥廠實現生產過程自動駕駛，投產率達95%以上，投運效果相當于中等操作人員水平。

　　今后，阿里云將會在生產管理、能源管理、設備管理、安全管理、物流管理等更多的場景，運用數據分析、云計算等技術，賦能水泥產業(yè)，幫助水泥企業(yè)實現單點智能、局部智能，最終走向全局智能。

　　正如中材國際副總裁徐培濤在研討會上所言，隨著經濟發(fā)展與社會進步，未來我們真正需要的水泥產線有兩條，一條是穩(wěn)定的產線，另一條是精細的產線，兩者都需要通過智能化、自動化的技術手段實現。在新興技術的加持下，水泥這個龐大、傳統(tǒng)的行業(yè)，也必然迎來高質量發(fā)展的新動力。