浅谈水泥行业的数字化转型方向

尹军 中国电信股份有限公司江西分公司 江西省南昌市 330000

0 前 言

随着工业互联网的快速发展和5G万物互联时代的到来，以工业传感、智能穿戴、视频监控、工业控制器等智能设备，构建水泥全工艺环节DCS、质量、物料、人员、环境等数据的泛在感知和控制网格；采用5G和NB-IOT等先进技术，构建超低时延、超高带宽、超大容量连接数的网络体系，形成满足水泥工艺全业务传输质量要求的开放式数据通道，将生产、监控、环境、操作和管理数据，汇聚到工业互联网平台，实现生产设备、人、机、环境、质量、能效、工艺流程等同时在线，并采用人工智能技术，将水泥行业一线资深技术专家的行业经验和知识嵌入到水泥工业管理和控制全过程，实现实时在线智能辅助决策，具有重要的科学价值。通过智能传感技术实现人、机器、数据的交互融合和无缝连接，实现更加安全、精准、高效的生产运维管理模式成为水泥企业数字化转型的新方向。

1 水泥行业数字化转型需求探索

针对水泥行业十大工艺流程：矿山开采、原料破碎、均化与储存、原料配料、原料粉磨、生料均化、熟料烧成、熟料入库、配料及粉磨、贮存发运，打通企业数据流、业务流、管理流，为实现企业节能降耗、柔性生产提供可靠保证，实现水泥行业高效、智能、绿色、低碳、可持续发展目标。水泥行业数字化转型需求总结起来主要有以下四个方面：

（1）安全可控。可避免人员伤亡和财产损失，还可为企业控制生产过程中的污染物的排放及有毒气体的释放对环境的污染，对低碳生产和绿色生产的环境目标提供有力的安全支撑。

（2）提质增效。根据在线监测与远程诊断智能服务平台对生产设备运行时间、故障频次、部件故障程度等设备运行信息的实施有效的监测，可对企业生产设备及备件进行真实有效的质量评估，其不仅可方便企业选择优质设备供应商，还可为设备供应商进行产品升级、生产工艺提升、设计缺陷提供真实运行数据，从而促进企业提质增效，带动行业绿色健康发展。

（3）节能降耗。生产设备运行时间、运行效能、效益、停产时长等信息直接或间接对企业生产管理起着辅助作用，通过在线监测设备的运行状态可获知生产效益变化趋势，为企业制定月、季度、年的生产计划提供有利的真实的数据支撑，能有效避免产能过剩引起的资源浪费及软乱市场正常生态环境。

（4）促进转型。针对企业生产管理存在信息孤岛现象、过程数据/基础数据控制不佳、经济成本控制不佳等现实情况，通过构建5G定制网、在线监测与远程诊断智能服务平台，提供5G、NB-IOT、人工智能等先进的技术，为企业生产设备的智能化、生产管理智能化、经营管理的智能化提供网络、平台及技术支撑，加快企业向网络化、智能化、数字化转型升级。

2 水泥行业5G技术方案及应用场景

2.1 5G+矿山质量实时监控视频采集系统

使用5G+全景+人工智能技术，实现开采平台质量分析及进厂搭配策略智能决策，实现矿山的实时在线监控和矿山资源的充分高效利用。

2.2 5G+机器视觉识别在复杂作业环境下的应用

为了解决工业领域的视觉识别问题，设计四类产品组件，每个产品都承担着独立的功能，相互间以微服务的方式进行解耦，实现模型迭代训练业务的闭环。这样的好处是产品架构可以在现场实施进行部分调整，并且功能可做客制化开发，以及本地私有云部署。

（1）AI训练系统：提供模型的迭代训练计划，内置通用和定制化算法模型镜像，提供算法模型的迭代训练和模型对比评估等应用。

（2）AI推理系统：作为模型的在线部署和运行系统，提供算法模型的微服务管理、在线部署服务、模型运行监控和资源调度管理。

（3）智能标注系统：实现对现场400路视频流的一站式标注处理，通过深度学习算法实现半自动预标注，提供在线专家审核功能。

（4）工业线上应用系统：实时在线模型调度平台，同时提供与外部的智慧工厂平台的集成服务。支持数据可视化查看、统计分析、报表推送，可根据用户需求定制报表推送服务，支持与企业ERP端口对接。

2.3 有限数据集和规则算法的混合模型设计

为解决水泥生产线能提供的有效数据集数量有限的问题，利用有限数据集训练出分类器，然后为每条记录贴上标签，对其进行分类，基于专家控制规则的分类任务也是如此。这样一来，可将两类算法统一管理，方便代码部署和维护。

◎ 基于规则的分类器的分类质量用覆盖率(Coverage)和准确率(Accuracy)来度量，二者的定义分别为覆盖率：触发了规则的记录在数据集中所占的比例；准确率：在触发了规则的记录中，分类正确的记录所占比例；支持度和信任度分别满足用户给定阈值的规则。

◎ 关联混合规则的过程分为两个步骤：第一步通过迭代，检索出事务数据库中的所有频繁项集，即支持度不低于用户设定的阈值的项集；第二步利用频繁项集构造出满足用户最小信任度的规则。其中，挖掘或识别出所有频繁项集是该算法的核心，占整个计算量的很大部分。

2.4 水泥综合能效实时在线分析系统

在水泥全工艺流程，采用低时延、超高带宽、超大容量连接数的网络体系，将生产、监控、环境、操作和管理数据，汇聚到云平台，实现是企业生产设备、工艺参数、故障诊断 、流程优化，最终实现降本增效。

2.5 基于AI智能算法的ECS专家控制与监督系统

采用人工智能技术将水泥行业一线资深技术专家的行业经验和知识嵌入到水泥工业管理和控制全过程，实现生产设备、人员、采矿区、能效、虚拟管控的智能化闭环。

2.6 三维模型中深层数据穿透技术

在项目设计中，使用Big SQL Federation 一种Hadoop远程访问数据源的集成技术。通过Federation，管理员或应用程序可使用标准SQL透明地查询Big SQL(Hadoop) 和RDBMS 表；访问HDFS、HBase、Hive等Big SQL表或视图；访问Oracle、Teradata、MSSQL Server、DB2、Informix、Netezza的RDBMS表或视图；跨任意数据源查询数据（project、restrict、join、union、子查询、内置函数）；调用数据源的特定SQL；收集统计信息和检查详细执行计划等。

通过这项技术，能方便的从单一设备设备管理直接穿透到子项数据集，如检修管理、实时DCS、能效管理、预期维护方案、预期操作方案等。发现管理中的问题，最终做到既“治标”又“治本”。

2.7 5G+安全管理

基于5G网络覆盖，对生产设备的运行状态及技术状况进行在线监测。基于5G健康手环，实时了解员工安全情况、位置信息和消息交互。

3 结束语

水泥行业数字化转型尚处在探索初期，行业内企业具有较高的应用积极性，利用5G提供的边缘计算能力，融合专业控制算法和人工智能算法，通过高速信息传输和算法快速计算，实现全流程智能控制与优化，初步形成了一批典型的应用场景。随着5G技术的进一步成熟，5G+应用的进一步探索，商业价值的逐步显现，必将成为水泥行业数字化转型的主要推动力和重要途径。