【案例方向】提品質(zhì)
【企業(yè)名稱】華新水泥股份有限公司
【案例簡要】水泥工廠大規(guī)模使用替代原燃料，傳統(tǒng)的質(zhì)控方法已不能滿足質(zhì)控需求。華新水泥自主研發(fā)了智能在線質(zhì)控系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)研發(fā)質(zhì)控模型，多系統(tǒng)互通，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)全過程智能質(zhì)控，提升了水泥產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性。
一、實施背景
水泥是能源消耗和二氧化碳排放的重點行業(yè)之一，節(jié)能、減排、降碳是水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心，現(xiàn)階段大規(guī)模快速減碳核心技術(shù)之一是使用替代燃料。華新水泥積極響應(yīng)國家號召，大規(guī)模使用替代原燃料。替代原燃料種類多、成分波動大，傳統(tǒng)的質(zhì)檢和控制方法落后，質(zhì)量信息傳遞滯后，難以及時驅(qū)動業(yè)務(wù)優(yōu)化。水泥制造大規(guī)模使用替代原燃料面臨運(yùn)行穩(wěn)定的巨大挑戰(zhàn)，穩(wěn)定質(zhì)量難，需要一套智能質(zhì)量控制系統(tǒng)對水泥生產(chǎn)全過程實施智能質(zhì)控。
二、典型經(jīng)驗做法
（一）技術(shù)路線
華新智能在線質(zhì)量控制系統(tǒng)HOQC，是基于質(zhì)量預(yù)測模型，自動采集生產(chǎn)全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)，與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通，以質(zhì)量數(shù)據(jù)驅(qū)動生產(chǎn)流程，實現(xiàn)大量使用多種類、多品質(zhì)替代原燃料時質(zhì)量穩(wěn)定控制。通過自研接口實現(xiàn)離線檢測數(shù)據(jù)自動采集；使用在線檢測設(shè)備實現(xiàn)質(zhì)量實時閉環(huán)測控；通過大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)研發(fā)質(zhì)量預(yù)測模型與智能配料；多系統(tǒng)互聯(lián)互通，打破數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)質(zhì)量驅(qū)動、組合式創(chuàng)新。
圖1 技術(shù)規(guī)劃圖
?。ǘ嵤┻^程和舉措
根據(jù)水泥制造質(zhì)量控制特點及需求研發(fā)出華新智能在線質(zhì)量控制系統(tǒng)（圖2所示）。
圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖
1.質(zhì)量管理線上運(yùn)行：在線質(zhì)檢數(shù)據(jù)直接接入HOQC系統(tǒng)，離線質(zhì)檢數(shù)據(jù)通過自研接口接入，質(zhì)檢工單自動分配，互聯(lián)DCS、ADL物流、智能行車、ERP、SAP等，實現(xiàn)質(zhì)量管理線上運(yùn)行。
圖3 系統(tǒng)互聯(lián)互通
2.使用在線檢測設(shè)備實現(xiàn)質(zhì)量實時閉環(huán)測控：
1）利用PGNAA實時監(jiān)控進(jìn)廠石灰石質(zhì)量，質(zhì)量波動時及時調(diào)整。
圖4 進(jìn)廠石灰石在線分析
2）自研粒徑分析儀（高速攝像頭+自研顆粒分割算法），實現(xiàn)對進(jìn)廠石灰石粒徑全程測控。
圖5 在線粒徑分析
3）利用PGNAA在線監(jiān)測生料成分，實現(xiàn)入生料磨原料自動配料。
圖6 生料在線元素分析及配料
4）利用在線粒度分析儀，在線監(jiān)測生料/水泥粒度，與磨機(jī)聯(lián)動，實現(xiàn)對出磨生料/水泥粒度自動控制。
圖7 在線粒度分析
3.多系統(tǒng)互聯(lián)互通，打破數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)質(zhì)量驅(qū)動、組合式創(chuàng)新。
對接HIMP行車/ADL/DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)全流程質(zhì)量管理。對接ERP，原燃材料收貨質(zhì)量信息自動匹配。對接華新商城，出廠水泥質(zhì)檢報告單自動出具。
圖8 多系統(tǒng)互通互聯(lián)
4.通過大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)研發(fā)質(zhì)量預(yù)測模型與智能配料:
1）HOQC智能質(zhì)控系統(tǒng)與ADL物流及智能行車系統(tǒng)互通，實現(xiàn)對物料進(jìn)、出聯(lián)合儲庫智能質(zhì)控管理。
圖9 原燃料規(guī)劃及提取
2）建立熟料-生料-原料雙閉環(huán)控制模型，實現(xiàn)生料自動配料。
圖10 熟料-生料-原料雙閉環(huán)控制模型
3）根據(jù)實測水泥1天、3天、28天強(qiáng)度線性回歸，建立水泥28天強(qiáng)度預(yù)測模型。
圖11 水泥強(qiáng)度預(yù)測模型
三、應(yīng)用成效
?。ㄒ唬┙?jīng)濟(jì)效益
華新智能質(zhì)量控制系統(tǒng)已在祿勸、陽新、黃石、武穴、襄陽工廠推廣，成效明顯，原燃料穩(wěn)定性提升>10%，產(chǎn)品合格率提升約5%，水泥的熟料消耗系數(shù)降低約2.73%。截至2024年12月，HOQC系統(tǒng)累計創(chuàng)造近4.2億元的經(jīng)濟(jì)效益，華新全面推廣后預(yù)計將產(chǎn)生1.23億元/年的巨大經(jīng)濟(jì)效益。
（二）社會效益和環(huán)境效益
截至2024年12月，應(yīng)用該項目碳減排累計約160萬噸，節(jié)能減碳效果明顯。華新全面推廣后，預(yù)計碳減排約218萬噸/年。
四、推廣價值
本案例通過研發(fā)智能在線質(zhì)控系統(tǒng)HOQC自動采集生產(chǎn)全流程質(zhì)量數(shù)據(jù)，使用在線檢測設(shè)備實現(xiàn)質(zhì)量實時閉環(huán)測控，如使用PGNAA實時監(jiān)控進(jìn)廠石灰石及入生料磨物料成分、自研粒徑分析儀實時監(jiān)測出破碎機(jī)超大石塊、搭建模型實現(xiàn)水泥粉磨細(xì)度自動控制等，并通過大數(shù)據(jù)與AI技術(shù)研發(fā)質(zhì)量預(yù)測模型與智能配料，對接HIMP/ADL/DCS/ERP/華新商城，多系統(tǒng)互聯(lián)互通組合創(chuàng)新。
本案例技術(shù)成果有效提升了華新水泥產(chǎn)品質(zhì)量及總體生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)字化水平，并從降本增效和節(jié)能減碳等方面為企業(yè)帶來了顯著的改善和收益；有效改善了水泥行業(yè)高能耗、高污染、高排放、低效率的行業(yè)痛點，增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力，具有行業(yè)典型示范效應(yīng)和推廣應(yīng)用價值。
