（1）提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)一管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)價(jià)值化。

（2）推動(dòng)基于水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的創(chuàng)新發(fā)展，主要是基于大數(shù)據(jù)、人工智能的技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新。

2.2 企業(yè)層面

（1）基于水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，提升企業(yè)自動(dòng)化水平，穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程，提升產(chǎn)品質(zhì)量、水泥綜合成本下降。提升人均效率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人員需求。

（2）通過(guò)基于大數(shù)據(jù)和人工智能的預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)，提升設(shè)備運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的健康、高效運(yùn)行，提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低維修成本；進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，減少故障的發(fā)生。

（3）提升能效、節(jié)約能源，建立關(guān)鍵能耗設(shè)備的分析模型，提升設(shè)備能效，減少人為浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能。

（4）提高生產(chǎn)過(guò)程精細(xì)化管理水平，利用大數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的管理模型，建成科學(xué)化、數(shù)字化的管理與考核體系。提高精細(xì)化管理水平，提高企業(yè)管理效益。

（5）安全環(huán)保，符合規(guī)范，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程，符合國(guó)家安全環(huán)保規(guī)范，建成實(shí)時(shí)的安全環(huán)保平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)符合國(guó)家安全環(huán)保規(guī)范的綠色、安全生產(chǎn)監(jiān)控體系。

開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，全面建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化的智能工廠勢(shì)在必行，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐，理順體制機(jī)制，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程和組織，強(qiáng)化新技術(shù)運(yùn)用，以信息化手段實(shí)現(xiàn)集團(tuán)各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，基于數(shù)字化服務(wù)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的服務(wù)化轉(zhuǎn)型，通過(guò)商業(yè)模式轉(zhuǎn)型提升企業(yè)未來(lái)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.1 總體規(guī)劃

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，不僅僅只是簡(jiǎn)單的信息系統(tǒng)或者設(shè)備的堆疊建設(shè)，而是要基于業(yè)務(wù)流程的端到端梳理與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)流程的數(shù)字化運(yùn)作、數(shù)字化管理和數(shù)字化決策。涉及到流程、組織、IT的改變，涉及到人的行為和意識(shí)的改變，需要全面分析、統(tǒng)籌謀劃、分步開(kāi)展，更需要一套行之有效的管理機(jī)制和數(shù)字化團(tuán)隊(duì)為這場(chǎng)長(zhǎng)期的變革提供持續(xù)保障。通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略咨詢整體規(guī)劃和實(shí)施，推動(dòng)業(yè)務(wù)能力梳理與沉積、并與5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，確立未來(lái)持續(xù)發(fā)展的核心能力體系和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

3.2 總體架構(gòu)

水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)包含一平臺(tái)、一中心、六朵云，基于“云—邊—端”總體架構(gòu)（見(jiàn)圖1），采用分布式微服務(wù)架構(gòu)體系，部署粒度細(xì)，服務(wù)擴(kuò)展靈活，既能夠滿足集團(tuán)化管控或區(qū)域化管控的系統(tǒng)要求，又能滿足工廠本地化需求，具有高度靈活的階梯化部署能力、異構(gòu)系統(tǒng)的集成能力、定制性開(kāi)發(fā)能力等，支持云端布署。

圖1 水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)圖

（1）工業(yè)APP(SaaS層)即軟件應(yīng)用層，基于水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，借助大數(shù)據(jù)中臺(tái)數(shù)據(jù)湖和業(yè)務(wù)中臺(tái)的知識(shí)組件、算法組件、業(yè)務(wù)組件和開(kāi)發(fā)平臺(tái)等，通過(guò)Saas應(yīng)用和工業(yè)APP承載水泥行業(yè)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立水泥行業(yè)垂直應(yīng)用體系，使之能夠成為覆蓋水泥企業(yè)營(yíng)銷、計(jì)劃、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、物流、環(huán)保、交易、服務(wù)等環(huán)節(jié)價(jià)值提升的重要載體。

（2）工業(yè)PaaS層即技術(shù)平臺(tái)層，平臺(tái)層包含了CPS平臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)、AI中臺(tái)。

①CPS建模平臺(tái)中包含對(duì)平臺(tái)核心配置信息的管理以及通過(guò)配置信息快速實(shí)現(xiàn)可視化的過(guò)程，平臺(tái)將設(shè)備、協(xié)議、邊緣層采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通道、數(shù)據(jù)情況統(tǒng)一監(jiān)控配置；

②數(shù)據(jù)中臺(tái)具有數(shù)據(jù)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)模型、垂直數(shù)據(jù)中心、全域數(shù)據(jù)中心、萃取數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)服務(wù)等多個(gè)層次的體系化建設(shè)方案。數(shù)據(jù)中臺(tái)像一個(gè)“數(shù)據(jù)工廠”，涵蓋了數(shù)據(jù)湖、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等存儲(chǔ)組件；

③業(yè)務(wù)中臺(tái)中包含了水泥行業(yè)的各類微服務(wù)組件庫(kù)，包括基礎(chǔ)服務(wù)組件、知識(shí)組件、算法組件、原理模型組件等、涵蓋用戶、生產(chǎn)、質(zhì)量、能源、設(shè)備等各類通用的業(yè)務(wù)，是水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中公共的服務(wù)資源集合；

④AI服務(wù)中臺(tái)包含數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型評(píng)估、模型預(yù)測(cè)、模型發(fā)布、模型管理、任務(wù)管理以及任務(wù)監(jiān)控等一站式、全方位的從建模到上線的流程。支持分類、回歸、時(shí)間序列等算法，提供豐富的統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)算法庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)算法庫(kù)與樣本訓(xùn)練數(shù)據(jù)的便捷配置調(diào)用，快速形成模型計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。

（3）IaaS層即基礎(chǔ)設(shè)施層，平臺(tái)支持混合云或本地等部署模式。

（4）邊緣層，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)發(fā)、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)優(yōu)化、數(shù)據(jù)加密以及集成監(jiān)控等，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后統(tǒng)一集中在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行統(tǒng)一管理，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免信息的重復(fù)錄入和“信息孤島”現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高數(shù)據(jù)的利用率，減少數(shù)據(jù)冗余，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性、有效性和安全性。

3.3 應(yīng)用框架

面向水泥行業(yè)的應(yīng)用框架和主要路線見(jiàn)圖2。

圖2 應(yīng)用架構(gòu)和路線圖

（1）集團(tuán)管控層面，建立集團(tuán)層面ERP經(jīng)營(yíng)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)財(cái)務(wù)、HR、風(fēng)險(xiǎn)管控、投資管理、經(jīng)營(yíng)分析與管控，統(tǒng)一企業(yè)門戶，建立集團(tuán)主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分發(fā)，為集團(tuán)大數(shù)據(jù)分析做好支撐；

（2）區(qū)域管控層面，按照運(yùn)營(yíng)區(qū)域建立生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的遠(yuǎn)程管控、對(duì)標(biāo)管理、在線指揮，實(shí)現(xiàn)區(qū)域統(tǒng)一銷售、集中采購(gòu)、設(shè)備備品備件統(tǒng)一管理、財(cái)務(wù)統(tǒng)一管理；

（3）企業(yè)業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)層面，主要是傳統(tǒng)應(yīng)用軟件與區(qū)域公司進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，如：設(shè)備管理、質(zhì)量管理、能源管理、銷售管理、采購(gòu)管理、生產(chǎn)管理等；另一個(gè)是AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、工藝過(guò)程優(yōu)化、視頻輔助巡檢等專業(yè)模塊的推廣和使用。

4.1 總體使用效果

水泥行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)已經(jīng)在兩個(gè)全新萬(wàn)噸線水泥工廠投入使用，設(shè)備接入量4000左右，數(shù)據(jù)點(diǎn)位量40000左右，每天存儲(chǔ)量15G左右，設(shè)備模型120左右，算法模型40左右。主要指標(biāo)見(jiàn)表1，其特點(diǎn)如下：

（1）集成當(dāng)今先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和在線檢測(cè)儀器；

（2）建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的數(shù)字化、可視化、流程化、模型化的全流程業(yè)務(wù)系統(tǒng)；

（3）建立基于全流程生產(chǎn)管控的工業(yè)大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)；

（4）基于工業(yè)大數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)開(kāi)展生產(chǎn)管理實(shí)時(shí)優(yōu)化及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策輔助；

（5）全生產(chǎn)工序?qū)崟r(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)，磨機(jī)一鍵啟停全工況自動(dòng)控制、無(wú)人值守；

（6）全生命周期的設(shè)備智能運(yùn)維及健康管理平臺(tái)，智能分析，自動(dòng)預(yù)警；

（7）提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)能降耗、減員增效，輔助推進(jìn)精細(xì)化管理及開(kāi)展精益生產(chǎn)，全面提高企業(yè)自動(dòng)化和生產(chǎn)管理水平。

表1 智能系統(tǒng)主要指標(biāo)（%）

4.2 設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)

4.2.1主要功能

水泥生產(chǎn)中設(shè)備大部分都是以串聯(lián)的方式運(yùn)行，如生料磨、預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、水泥磨等主要設(shè)備，生產(chǎn)線很容易因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備的故障造成全工序的停產(chǎn)，因而對(duì)設(shè)備的可用性要求極高，基于大數(shù)據(jù)的設(shè)備預(yù)防性維護(hù)是提高水泥生產(chǎn)設(shè)備可用性、保障設(shè)備持續(xù)健康安全生產(chǎn)的有效保證。

以某水泥基地高溫風(fēng)機(jī)預(yù)防性維護(hù)應(yīng)用為例，有風(fēng)機(jī)上百臺(tái)，因風(fēng)機(jī)導(dǎo)致的非計(jì)劃性年故障停機(jī)時(shí)間近200h，投入大量人力物力進(jìn)行點(diǎn)檢、巡檢。

當(dāng)涉及監(jiān)測(cè)參數(shù)較多、數(shù)據(jù)量較大、工藝耦合復(fù)雜時(shí)，采用規(guī)則的方式可能無(wú)法涵蓋所有異常情況，或工藝規(guī)則過(guò)多，配置繁瑣，效率不高。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)的方式，可以讓算法模型自行挖掘大量數(shù)據(jù)中相互之間的耦合關(guān)系，學(xué)習(xí)正常工況下的數(shù)據(jù)表現(xiàn)模態(tài)，從而更有效的發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，及時(shí)預(yù)警。主要功能如下：

（1）在線監(jiān)控:設(shè)備動(dòng)態(tài)3D模型、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)在線監(jiān)控；

（2）全方位預(yù)警:閾值預(yù)警、規(guī)則預(yù)警、綜合預(yù)警、機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)警；設(shè)備評(píng)估:設(shè)備運(yùn)行效率評(píng)估、設(shè)備健康度評(píng)估；

（3）設(shè)備管理、用戶管理、預(yù)警記錄管理、預(yù)警模型管理。

系統(tǒng)部署模式如下：

（1）傳感器-SCADA/DCS/PLC-服務(wù)器（OPC/FTP）-設(shè)備預(yù)防性檢修平臺(tái)；協(xié)議基于OPC/FTP；

（2）傳感器-網(wǎng)關(guān)-服務(wù)器-設(shè)備預(yù)防性檢修平臺(tái)；協(xié)議基于Moudbus/TCP/UDP；

（3）傳感器-在線保護(hù)器-服務(wù)器（消息隊(duì)列Kafka/MQTT）-設(shè)備預(yù)防性檢修平臺(tái)；協(xié)議基于TCP；

（4）傳感器-在線保護(hù)器-服務(wù)器（消息隊(duì)列Kafka/MQTT）-PaaS平臺(tái)-設(shè)備預(yù)防性檢修平臺(tái)；協(xié)議基于RESTfulAPI。

4.2.2主要內(nèi)容

規(guī)則預(yù)警：

（1）對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)備的每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別設(shè)置閾值進(jìn)行預(yù)警。

（2）結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更全面、更復(fù)雜的規(guī)則預(yù)警系統(tǒng)，多重規(guī)則相結(jié)合并預(yù)警。

（3）將規(guī)則與設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)相結(jié)合，綜合計(jì)算系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)并預(yù)警。

機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)警：

（1）數(shù)據(jù)相關(guān)度分析:通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，挖掘各種信號(hào)之前潛在的關(guān)系；

（2）特征建立與提取:基于數(shù)據(jù)相關(guān)性，建立特征單元，對(duì)特征單元進(jìn)行提取；

（3）機(jī)器學(xué)習(xí)模型:采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型(LSTM、XGBoost、......)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練、在線預(yù)測(cè)，得到較為準(zhǔn)確模型預(yù)測(cè)結(jié)果，利用模型預(yù)測(cè)結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的殘差進(jìn)行預(yù)警。

4.2.3實(shí)施效果

（1）設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，替代點(diǎn)檢員離線點(diǎn)檢。

（2）引入專家經(jīng)驗(yàn)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的算法模型，將點(diǎn)檢員的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成算法，利用機(jī)器學(xué)習(xí)提高故障識(shí)別能力，從而提高模型準(zhǔn)確性，替代傳統(tǒng)的規(guī)則模型。

（3）按類別將同類風(fēng)機(jī)設(shè)備放在一起監(jiān)測(cè)、預(yù)警、分析，便于對(duì)該類設(shè)備進(jìn)行總結(jié)歸納、深入研究、擴(kuò)展管理、綜合把控，替代僅按照設(shè)備物理位置分類管理。

（4）經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)故障預(yù)警模型準(zhǔn)確率可達(dá)到99%以上，高于傳統(tǒng)預(yù)警模型的準(zhǔn)確率。

我們要立足水泥板塊，協(xié)同水泥產(chǎn)業(yè)上下游，深化信息技術(shù)在水泥生產(chǎn)流程、運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)的全方位應(yīng)用，重點(diǎn)培育科學(xué)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理模式。生產(chǎn)流程方面，推動(dòng)水泥板塊智能化水平整體升級(jí)，集成智能化礦山管理系統(tǒng)、智能質(zhì)量控制系統(tǒng)、專家優(yōu)化控制系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)等智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能監(jiān)控；運(yùn)行維護(hù)方面，逐步開(kāi)展實(shí)時(shí)化改造，集成智能化的設(shè)備管理、能源管理及安全環(huán)保管理系統(tǒng)，支撐生產(chǎn)平臺(tái)高效、節(jié)能、安全運(yùn)行；經(jīng)營(yíng)管理方面，結(jié)合財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人力資源管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、物流管理類信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從原材料到生產(chǎn)控制、物流運(yùn)輸、戰(zhàn)略決策的全流程信息化管理，實(shí)現(xiàn)物流、資金流、信息流的統(tǒng)一和產(chǎn)業(yè)鏈上下游的高度協(xié)同。

作者：孫曉峰1，李建軍2，劉虎1，劉威2，韓紹鑫2

來(lái)源：《1中建材信息技術(shù)股份有限公司；2中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（南京）》

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