面向有色行業的智能制造運營管理平臺 ——基于工業互聯網平臺的業務優化和模式創新
杭州錦江集團是一家以環保能源、有色金屬、化工與新材料為主產業，集商貿于一體的現代化大型民營企業集團，是國內三大氧化鋁現貨供應商之一，氧化鋁產能位居全國第三，可供交易的氧化鋁占據國內市場的首位。山西復晟鋁業有限公司（簡稱“復晟鋁業”）是杭州錦江集團于2013年8月投資建設的混合所有制氧化鋁生產企業，復晟鋁業獲評有山西省“互聯網+工業”試點項目、兩化深度融合示范企業、兩化融合管理體系貫標試點企業等多項榮譽，是國內氧化鋁行業唯一的一家智能制造試點示范企業。
為了在鋁精深加工領域取得更大的突破，復晟鋁業通過與深圳華制智能制造技術有限公司（簡稱“華制智能”）合作實施智能制造頂層設計及方案，實現了智能化再次升級。華制智能作為項目的集成方案商和主要實施方，為復晟鋁業提供了智能制造頂層設計與規劃、智能工廠建設與改造、智能制造項目集成與實施、工業互聯網平臺構建及實施、工業企業上云用云等整體解決方案及服務。
一、項目概況
本項目是在復晟鋁業原有裝備工藝智能化的基礎上，通過打造“縱向集成，橫向貫通”的錦江集團云平臺，構建全方位智能制造體系架構，解決企業生產管控平臺缺失、廠級自動化優化系統缺失問題的同時，升級改造公司各工藝段自動化，實現設備管理及預測性維護系統提升，完成復晟鋁業智能制造頂層設計及實施，從而打造氧化鋁行業智能制造標桿。
1. 項目背景
（1）企業背景
復晟鋁業發展面臨以下幾個突出問題與需求：
a生產管控平臺缺失、廠級自動化優化系統缺失；
b.各工藝段有自動化升級改造空間；
c.設備管理及預測性維護需要系統提升。
（2）行業背景
工信部編制發布了《有色金屬工業發展規劃（2016－2020年）》，提出“以加強供給側結構性改革和擴大市場需求為主線，以質量和效益為核心，以技術創新為驅動力，以高端材料、綠色發展、兩化融合、資源保障、國際合作等為重點，加快產業轉型升級，拓展行業發展新空間，到2020年底我國有色金屬工業邁入世界強國行列”。
（3）項目的可行性與優勢
錦江集團高層對智能制造戰略方向已經達成共識且高度重視，復晟鋁業裝備工藝智能化有所布局，具備良好的智能化實施基礎。
2. 項目簡介
本項目從氧化鋁生產全流程出發，進行智能工廠集成，通過規范信息化和工業化應用，將傳統的生產流程、工藝流程與信息化系統相結合，立足于基礎業務、著眼于管理提升、放眼于智能生產，形成集全流程監視、全過程控制、全方面分析、全環節跟蹤的管理系統，構建新一代工業大數據平臺和智能制造運營管理平臺（MOM）。
圖1 有色金屬流程型智能制造建設路徑
主要分為以下幾個實施階段：
（1）智能制造頂層規劃項目：根據企業痛點，完成從設備層、控制層、執行層、運營層、決策層的整體規劃；
（2）機房擴建項目：根據網絡規劃、新建信息化及自動化項目，增加相應機柜、交換機、中心路由器、散熱系統、不間斷供電系統等；
（3）網路規劃及信息工控安全項目：對工廠整體信息化辦公網絡及工控網絡進行整體規劃、布局和設置，保證穩定性及冗余性，增加系統和安全設備，對VPN設備進行兩網及信息交互隔離；
（4）數據標準化項目：提供統一、標準化的對外數據接口，可為多個系統提供源數據，實時監控生產情況，所有系統數據同一平臺呈現，所有報表自動生產，數據源統一，實時環保報警；
（5）工藝自動化控制項目：增加自動控制系統、防碰撞傳感器、三維掃描器等自動化裝備；
（6）設備EAM管理系統項目：通過傳感器信號預測設備故障類型，完成設備相關全部信息采集、梳理、備品備件、工單流轉等；
（7）集成管控平臺項目：通過工業互聯網無線傳感器、采集器、數據服務器，對高溫高濕環境下的重型設備運轉數據進行層層透傳，互通DCS服務器大數據，同時整合執行層ERP、MOM、PLM等多級數據，最終實現企業現場控制層、操作管理層、企業協同層的扁平化管理；
（8）MOM生產運營管理項目：以物聯網、云計算、大數據等信息技術為支撐控制系統，自動采集設備運行狀態及生產全流程數據；
（9）大數據分析系統項目：依托生產業務模型、專家經驗，建成生產執行平臺，實現各控制和監控系統的智能化管理。
3. 項目目標
（1）打通各系統之間的數據流程，實現互聯互通，形成完整、操作性強、且對智能工廠建設具有指導性的集成框架和標準；
（2）通過研制智能工廠集成標準并推廣應用，實現智能制造所要求的橫向集成和綜合集成，滿足企業甚至是行業產業鏈生產、質量管理全過程自動化、生產進度可視化、信息化系統持續發展的需要，實現氧化鋁產業生產過程信息系統和過程控制系統無縫對接；
（3）提高企業運營管理水平、提高設備利用率、提高產品生產效率，打造氧化鋁智能制造標桿。
二、項目實施概況
該項目利用華制智能工業互聯網平臺優勢，借助華制智能自主研發的“一平臺多應用”體系產品，導入工業自動化優化控制項目、機房擴建項目、實時數據庫項目、設備在線預測性維護系統及設備EAM管理系統、MOM制造運營管理項目等，為復晟鋁業構建全方位智能制造體系架構，解決了企業數據交互不暢、機房容量不足、網絡故障無從監控處理、工控控制存在風險等痛點。
1. 項目總體架構和主要內容
有色金屬智能制造模型參考工業互聯網體系架構，制定了工業互聯網總體方案，從基礎架構、現場、控制執行、管理4個方面進行了規劃，如下圖
（1）基礎架構層
包括辦公網絡、工業網絡和無線網絡規劃。為系統提供基礎硬件網絡系統及系統軟件支持，是企業構建信息化、智能化的基礎。
（2）現場層
用以實現智能裝備，包括DCS控制系統、集中控制、局部多變量模型動態智能控制（APC）規劃。通過智能裝備實現生產數據的自動采集、分析，并充分利用智能機器人降低人工成本，提升工作效率。
通過在線傳感器將核心設備數據采集，可以準確預測設備運行狀態，實現對異常設備的預警和故障的精準定位，并根據當前運行工況事先進行設備故障劣化趨勢預判，實現在線檢測、遠程監控與故障診斷。
（4）控制執行層
用以實現智能生產，包括MES生產控制、生產建模仿真決策、人事測評互聯、配電室智能溫控點巡檢、設備點巡檢、手機互聯管控系統、企業一卡通、客商物聯平臺系統規劃。從業務集成、設備集成、生產過程集成等關鍵環節出發，搭建制造運營管控平臺（MOM）、虛擬工廠集成平臺、質量管理集成平臺，實現氧化鋁智能工廠全部業務流程模擬。
通過構建企業綜合自動化建設的中樞系統，為企業提供生產過程透明化管控，提高生產效率、產品質量，降低能耗物耗及生產成本。該方案具有很強的復制性，可廣泛應用于有色金屬行業智能化車間建設。
（5）管理層
用以實現智能管理，包括ERP、NC用友財商管理、OA辦公、人力HER、商務采購招標平臺系統規劃。
2. 網絡、平臺或安全互聯架構
三、下一步實施計劃
計劃1：
實施無人值守地磅項目，通過建設無人地磅值守系統、客商平臺系統、微信APP系統，配合硬件設施，完成原料進廠、成品出廠的無人信息流轉系統，實現客商平臺與ERP信息交互，完成訂單信息采集與采樣系統、實驗室系統信息交互及驗證。解決人員監控及計量存在人為因素影響、不同供應商的批次和樣本存在等待情況、車輛插隊造成車輛堵塞的問題。
計劃2：
實施全自動取樣、制樣、合樣、送樣項目。采用機器人自主無人巡航定位方式實現采樣的公正客觀性；采用自動合制樣機完成自動合制樣；采用集放線完成樣品由料廠至質檢廠的流轉。消除所有人為干擾因素、提高工作效率、增加車輛送料時間。和樣、制樣、送樣完全自動化，提高工作效率降低工作強度。
計劃3：
實施無人化實驗室項目，通過自動稱重、自動融樣、機械臂協同抓取樣本，完成檢測儀器自動測量，測量結果自動流轉系統。建設行業標桿，提高工作效率，完成化驗室固相操作，解決人力資源浪費等問題。
計劃4：
建設自動包裝碼垛系統，按照預訂方式完成碼垛垛形。裝車根據訂單，機械裝置自動完成。完成堆取料機全自動化，人工只需監控故障和預警，只在故障下人工干預，其他運行工況下設備全自動運行，提高工作效率。
計劃5：
建設工藝自動優化系統項目，通過先進控制算法，完成最佳參數設定值設定，解決人工控制不夠精準、全流程工藝銜接不夠完善、未達到最佳工況的痛點，實現全流程工藝自動化控制最優、工藝設定值最佳、控制穩定、控制平穩、效益最優。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
（1）無碼智能工廠平臺（免代碼構建應用）
摒棄傳統企業應用系統由于發展時間不同步產生的高耦合、高冗余、低集成的弱點，將系統還原為小顆粒度的業務功能集，根據客戶需求對業務功能進行定制和構裝，打造完全量身定做的高集成度協同方案。
（2）生產運營管控平臺MOM
生產運營管控平臺MOM是根據客戶的發展戰略，結合生產管理現狀，借鑒國內外成熟的行業經驗建立統一的信息管理平臺。
圖12 MOM系統整體功能構架
該平臺可提升企業生產管理水平，實現設備自動化向軟件智能化的無縫鏈接、企業資源信息的有力整合、企業信息由孤島化向一體化的跨越和生產過程可追溯化管理。
（3）預測性維護系統
在線檢測預測性維護項目，每個周期會對關鍵設備進行設備故障預測，2017年1月報告中，發現磨機的震動及溫度出現異常，趨勢曲線出現異常波動，判斷磨機出現不“對中”的情況，給相關設備維修人員提供數據報告，并告知按照預測報告及時準備備品備件，安排檢修，切換設備機調整生產，避免由于設備非計劃停車和間接生產而引起的減產損失達幾百萬元。項目投資不到五十萬元，效果顯著，投資回報率極高。下圖為現場維修技術人員為項目寫的確認函。
圖13 現場檢修反饋
3. 實施效果：高質量、高效率、低成本、低能耗
本項目將復晟鋁業打造成為氧化鋁行業智能制造標桿，并將該模式推廣到了錦江集團其他下屬企業，達成了以下項目成果：
（1）設備100%互聯：打通設備孤島、實現底層數據采集上傳；
（2）數據標準化：解決系統建設獨立、功能兼顧性差、接口和數據表不統一的痛點；
（3）機房擴容：建設T2級支撐廠內全部自動化、信息化系統穩定，高效運行，同時具備后續擴容空間的機房；
（4）信息安全：一改初期網絡無防護、異常無監控狀態，保證廠內辦公系統與工業生產系統的獨立運行，建立網絡攻擊防御體系，主動監控；
（5）實時數據庫：構建集團級的基礎數據平臺，滿足企業生產管理、過程監控、經營管理之間對實時信息完整性、一致性、安全共享的需求；
（6）制造運營管理系統：構建集團級運營管理系統，集營銷分析、過程管控、經驗分析三大板塊功能，全面支撐企業信息化；
（7）減員增效：針對流程行業高溫高濕戶外設備的保養監控，導入設備在線監測系統，大量減少人員監測和維護成本，實現無人巡檢、數據透傳和預測維護、減員增效的同時主動防御，大量減少設備非計劃停機造成的損失。
聲明
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