從經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，AI如何幫助水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)？

　　工業(yè)4.0時(shí)代，水泥行業(yè)面臨著節(jié)能降耗、優(yōu)產(chǎn)減排等諸多挑戰(zhàn)，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)的工藝優(yōu)化方式存在無(wú)法避免的天花板，以數(shù)字化、智能化手段來(lái)推動(dòng)綠色高效發(fā)展，成為水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新契機(jī)。12月9日，阿里云在杭州舉辦“2019水泥智能化創(chuàng)新研討會(huì)”，圍繞大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算在水泥行業(yè)的應(yīng)用做深入探討。中材國(guó)際、南方水泥、西南水泥、金隅冀東、紅獅水泥、臺(tái)灣水泥、山水水泥、亞?wèn)|水泥、中國(guó)水泥網(wǎng)、中材邦業(yè)、赤霄科技、西南科技大學(xué)、上海交通大學(xué)等業(yè)內(nèi)百余家單位代表出席。

　?。ā鴪D1：2019水泥智能化創(chuàng)新研討會(huì)在阿里巴巴西溪園區(qū)召開(kāi)）

　　研討會(huì)上，阿里云分享了工業(yè)大腦聚焦數(shù)據(jù)的工藝優(yōu)化和自動(dòng)駕駛方案，目前已經(jīng)在東華水泥等多家水泥廠(chǎng)應(yīng)用，為企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　當(dāng)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(hù)，也面臨著相同的問(wèn)題。結(jié)合過(guò)去一年走訪(fǎng)國(guó)內(nèi)近百條水泥產(chǎn)線(xiàn)的經(jīng)歷，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前水泥生產(chǎn)面臨的兩大核心痛點(diǎn)：

　　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(dòng)大，水泥行業(yè)始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和智能化生產(chǎn)，生產(chǎn)質(zhì)量和能耗水平嚴(yán)重依賴(lài)于人工經(jīng)驗(yàn)。

　　因此，整個(gè)水泥行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的最大訴求在于：在保質(zhì)保量的前提下，通過(guò)穩(wěn)定的自動(dòng)化生產(chǎn)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

　　水泥產(chǎn)線(xiàn)的核心工藝高度相似，生料磨、回轉(zhuǎn)窯和水泥磨組成的“兩磨一燒”環(huán)節(jié)是每條產(chǎn)線(xiàn)的標(biāo)配，也是能耗最大、最依賴(lài)人工操作的環(huán)節(jié)。聚焦“兩磨一燒”的工藝優(yōu)化和自動(dòng)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(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)的優(yōu)化方式，阿里云工業(yè)大腦提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的解題思路。無(wú)論是磨主電機(jī)、窯主電機(jī)，還是子環(huán)節(jié)涉及的各類(lèi)風(fēng)機(jī)，在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生大量運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，基于歷史的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)與效果數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析，利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)尋優(yōu)，再嵌入到產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備中，讓機(jī)器幫助人類(lèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工序下的實(shí)時(shí)最優(yōu)決策與控制，在生產(chǎn)保持平穩(wěn)的情況下降低能耗。

　　阿里云工業(yè)大腦通過(guò)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(jié)合的數(shù)字化創(chuàng)新之路，整個(gè)過(guò)程主要分為以下幾步：

　　1、數(shù)據(jù)沉淀

　　結(jié)合工藝專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，沉淀反映和影響水泥生料/熟料質(zhì)量及能耗的數(shù)據(jù)，包括質(zhì)檢數(shù)據(jù)、DCS數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等。以生料磨工藝為例，磨機(jī)壓差、出入磨風(fēng)溫、磨機(jī)料層厚度、斗提電流和精確至每半分鐘的生產(chǎn)電耗數(shù)據(jù)，都是后續(xù)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　2、識(shí)別關(guān)鍵因子，構(gòu)建數(shù)據(jù)字典

　　“兩磨一燒”環(huán)節(jié)有上萬(wàn)個(gè)維度的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析不同數(shù)據(jù)維度對(duì)品質(zhì)和能耗的影響權(quán)重，對(duì)這些因子做重要性排序，經(jīng)過(guò)與產(chǎn)線(xiàn)工藝專(zhuān)家探討，識(shí)別出關(guān)鍵影響因子，作為后續(xù)算法模型的標(biāo)準(zhǔn)輸入。

　　3、優(yōu)化算法建模

　　當(dāng)確認(rèn)了所需的數(shù)據(jù)輸入后，即可進(jìn)行算法模型的開(kāi)發(fā)，分為三個(gè)方向，

　　1） 經(jīng)典的工業(yè)控制算法，如PID，MPC等；

　　2） 對(duì)工業(yè)過(guò)程的強(qiáng)化學(xué)習(xí)，將工藝經(jīng)驗(yàn)融入算法中；

　　3）  通過(guò)能耗模型來(lái)預(yù)測(cè)生產(chǎn)能耗并從中尋找最優(yōu)的控制參數(shù)。

　　最終將這三類(lèi)獨(dú)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(shí)現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)自動(dòng)下發(fā)、自動(dòng)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)節(jié)能降耗。

　　4、產(chǎn)線(xiàn)多工段協(xié)同

　　雖說(shuō)“兩磨一燒”是一整條連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，但其中的三個(gè)子環(huán)節(jié)是相對(duì)獨(dú)立的。因此，我們的產(chǎn)品也將生料磨、回轉(zhuǎn)窯、水泥粉磨分開(kāi)來(lái)做，先按不同工段來(lái)做局部?jī)?yōu)化，最后實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化。這樣也能滿(mǎn)足不同水泥廠(chǎng)的個(gè)性化需求，根據(jù)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(chǎn)優(yōu)化和自動(dòng)控制兩層問(wèn)題，利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)參數(shù)的自動(dòng)尋優(yōu)和自動(dòng)控制，提升生產(chǎn)效率和平穩(wěn)率，同時(shí)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(gè)與阿里云工業(yè)大腦合作的水泥企業(yè)。通過(guò)對(duì)DCS數(shù)據(jù)、質(zhì)檢數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列清洗、加工和轉(zhuǎn)換，東華水泥基于產(chǎn)線(xiàn)數(shù)據(jù)建立能耗優(yōu)化模型，并融合工藝專(zhuān)家的一線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)，獲得凝結(jié)數(shù)理與行業(yè)機(jī)理調(diào)優(yōu)算法，運(yùn)用在產(chǎn)線(xiàn)控制中。憑借超強(qiáng)的學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)單產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降至100千克/噸，電耗突破50度/噸，大幅降低生產(chǎn)成本。

　　與此同時(shí)，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(shí)時(shí)優(yōu)化水泥燒成生產(chǎn)線(xiàn)的溫度、壓力、給煤量、冷卻等參數(shù)，幫助水泥廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)駕駛，投產(chǎn)率達(dá)95%以上，投運(yùn)效果相當(dāng)于中等操作人員水平。

　　今后，阿里云將會(huì)在生產(chǎn)管理、能源管理、設(shè)備管理、安全管理、物流管理等更多的場(chǎng)景，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等技術(shù)，賦能水泥產(chǎn)業(yè)，幫助水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)智能、局部智能，最終走向全局智能。

　　正如中材國(guó)際副總裁徐培濤在研討會(huì)上所言，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步，未來(lái)我們真正需要的水泥產(chǎn)線(xiàn)有兩條，一條是穩(wěn)定的產(chǎn)線(xiàn)，另一條是精細(xì)的產(chǎn)線(xiàn)，兩者都需要通過(guò)智能化、自動(dòng)化的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。在新興技術(shù)的加持下，水泥這個(gè)龐大、傳統(tǒng)的行業(yè)，也必然迎來(lái)高質(zhì)量發(fā)展的新動(dòng)力。