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面向有色行业的智能制造运营管理平台

—— 基于工业互联网平台的业务优化和模式创新

2019/7/1    来源:工业互联网产业联盟    作者:佚名      
关键字:工业互联网  业务优化  模式创新  智能制造  
为了在铝精深加工领域取得更大的突破,复晟铝业通过与深圳华制智能制造技术有限公司(简称“华制智能”)合作实施智能制造顶层设计及方案,实现了智能化再次升级。

    杭州锦江集团是一家以环保能源、有色金属、化工与新材料为主产业,集商贸于一体的现代化大型民营企业集团,是国内三大氧化铝现货供应商之一,氧化铝产能位居全国第三,可供交易的氧化铝占据国内市场的首位。山西复晟铝业有限公司(简称“复晟铝业”)是杭州锦江集团于2013年8月投资建设的混合所有制氧化铝生产企业,复晟铝业获评有山西省“互联网+工业”试点项目、两化深度融合示范企业、两化融合管理体系贯标试点企业等多项荣誉,是国内氧化铝行业唯一的一家智能制造试点示范企业。

    为了在铝精深加工领域取得更大的突破,复晟铝业通过与深圳华制智能制造技术有限公司(简称“华制智能”)合作实施智能制造顶层设计及方案,实现了智能化再次升级。华制智能作为项目的集成方案商和主要实施方,为复晟铝业提供了智能制造顶层设计与规划、智能工厂建设与改造、智能制造项目集成与实施、工业互联网平台构建及实施、工业企业上云用云等整体解决方案及服务。

一、项目概况

    本项目是在复晟铝业原有装备工艺智能化的基础上,通过打造“纵向集成,横向贯通”的锦江集团云平台,构建全方位智能制造体系架构,解决企业生产管控平台缺失、厂级自动化优化系统缺失问题的同时,升级改造公司各工艺段自动化,实现设备管理及预测性维护系统提升,完成复晟铝业智能制造顶层设计及实施,从而打造氧化铝行业智能制造标杆。

    1.项目背景

    (1)企业背景

    复晟铝业发展面临以下几个突出问题与需求:

    a.生产管控平台缺失、厂级自动化优化系统缺失;

    b.各工艺段有自动化升级改造空间;

    c.设备管理及预测性维护需要系统提升。

    (2)行业背景

    工信部编制发布了《有色金属工业发展规划(2016-2020年)》,提出“以加强供给侧结构性改革和扩大市场需求为主线,以质量和效益为核心,以技术创新为驱动力,以高端材料、绿色发展、两化融合、资源保障、国际合作等为重点,加快产业转型升级,拓展行业发展新空间,到2020年底我国有色金属工业迈入世界强国行列”。

    (3)项目的可行性与优势

    锦江集团高层对智能制造战略方向已经达成共识且高度重视,复晟铝业装备工艺智能化有所布局,具备良好的智能化实施基础。

    2.项目简介

    本项目从氧化铝生产全流程出发,进行智能工厂集成,通过规范信息化和工业化应用,将传统的生产流程、工艺流程与信息化系统相结合,立足于基础业务、着眼于管理提升、放眼于智能生产,形成集全流程监视、全过程控制、全方面分析、全环节跟踪的管理系统,构建新一代工业大数据平台和智能制造运营管理平台(MOM)。

有色金属流程型智能制造建设路径

图1 有色金属流程型智能制造建设路径

    主要分为以下几个实施阶段:

    (1)智能制造顶层规划项目:根据企业痛点,完成从设备层、控制层、执行层、运营层、决策层的整体规划;

    (2)机房扩建项目:根据网络规划、新建信息化及自动化项目,增加相应机柜、交换机、中心路由器、散热系统、不间断供电系统等;

    (3)网路规划及信息工控安全项目:对工厂整体信息化办公网络及工控网络进行整体规划、布局和设置,保证稳定性及冗余性,增加系统和安全设备,对VPN设备进行两网及信息交互隔离;

    (4)数据标准化项目:提供统一、标准化的对外数据接口,可为多个系统提供源数据,实时监控生产情况,所有系统数据同一平台呈现,所有报表自动生产,数据源统一,实时环保报警;

    (5)工艺自动化控制项目:增加自动控制系统、防碰撞传感器、三维扫描器等自动化装备;

    (6)设备EAM管理系统项目:通过传感器信号预测设备故障类型,完成设备相关全部信息采集、梳理、备品备件、工单流转等;

    (7)集成管控平台项目:通过工业互联网无线传感器、采集器、数据服务器,对高温高湿环境下的重型设备运转数据进行层层透传,互通DCS服务器大数据,同时整合执行层ERP、MOM、PLM等多级数据,最终实现企业现场控制层、操作管理层、企业协同层的扁平化管理;

    (8)MOM生产运营管理项目:以物联网、云计算、大数据等信息技术为支撑控制系统,自动采集设备运行状态及生产全流程数据;

    (9)大数据分析系统项目:依托生产业务模型、专家经验,建成生产执行平台,实现各控制和监控系统的智能化管理。

    3.项目目标

    (1)打通各系统之间的数据流程,实现互联互通,形成完整、操作性强、且对智能工厂建设具有指导性的集成框架和标准;

    (2)通过研制智能工厂集成标准并推广应用,实现智能制造所要求的横向集成和综合集成,满足企业甚至是行业产业链生产、质量管理全过程自动化、生产进度可视化、信息化系统持续发展的需要,实现氧化铝产业生产过程信息系统和过程控制系统无缝对接;

    (3)提高企业运营管理水平、提高设备利用率、提高产品生产效率,打造氧化铝智能制造标杆。

二、项目实施概况

    该项目利用华制智能工业互联网平台优势,借助华制智能自主研发的“一平台多应用”体系产品,导入工业自动化优化控制项目、机房扩建项目、实时数据库项目、设备在线预测性维护系统及设备EAM管理系统、MOM制造运营管理项目等,为复晟铝业构建全方位智能制造体系架构,解决了企业数据交互不畅、机房容量不足、网络故障无从监控处理、工控控制存在风险等痛点。

    1.项目总体架构和主要内容

    有色金属智能制造模型参考工业互联网体系架构,制定了工业互联网总体方案,从基础架构、现场、控制执行、管理4个方面进行了规划,如下图。

有色金属流程型智能制造总体方案

图2 有色金属流程型智能制造总体方案

    (1)基础架构层

    包括办公网络、工业网络和无线网络规划。为系统提供基础硬件网络系统及系统软件支持,是企业构建信息化、智能化的基础。

    (2)现场层

    用以实现智能装备,包括DCS控制系统、集中控制、局部多变量模型动态智能控制(APC)规划。通过智能装备实现生产数据的自动采集、分析,并充分利用智能机器人降低人工成本,提升工作效率。

智能设备管理平台

图3 智能设备管理平台

    通过在线传感器将核心设备数据采集,可以准确预测设备运行状态,实现对异常设备的预警和故障的精准定位,并根据当前运行工况事先进行设备故障劣化趋势预判,实现在线检测、远程监控与故障诊断。

基于模型的预测控制APC

图4 基于模型的预测控制APC

    (4)控制执行层

    用以实现智能生产,包括MES生产控制、生产建模仿真决策、人事测评互联、配电室智能温控点巡检、设备点巡检、手机互联管控系统、企业一卡通、客商物联平台系统规划。从业务集成、设备集成、生产过程集成等关键环节出发,搭建制造运营管控平台(MOM)、虚拟工厂集成平台、质量管理集成平台,实现氧化铝智能工厂全部业务流程模拟。

    通过构建企业综合自动化建设的中枢系统,为企业提供生产过程透明化管控,提高生产效率、产品质量,降低能耗物耗及生产成本。该方案具有很强的复制性,可广泛应用于有色金属行业智能化车间建设。

生产运营管控平台MOM

图5 生产运营管控平台MOM

    (5)管理层

    用以实现智能管理,包括ERP、NC用友财商管理、OA办公、人力HER、商务采购招标平台系统规划。

    2.网络、平台或安全互联架构

有色金属智能制造平台网络架构

图6 有色金属智能制造平台网络架构

三、下一步实施计划

    计划1:

    实施无人值守地磅项目,通过建设无人地磅值守系统、客商平台系统、微信APP系统,配合硬件设施,完成原料进厂、成品出厂的无人信息流转系统,实现客商平台与ERP信息交互,完成订单信息采集与采样系统、实验室系统信息交互及验证。解决人员监控及计量存在人为因素影响、不同供应商的批次和样本存在等待情况、车辆插队造成车辆堵塞的问题。

 无人值守称重系统构成

图7 无人值守称重系统构成

    计划2:

    实施全自动取样、制样、合样、送样项目。采用机器人自主无人巡航定位方式实现采样的公正客观性;采用自动合制样机完成自动合制样;采用集放线完成样品由料厂至质检厂的流转。消除所有人为干扰因素、提高工作效率、增加车辆送料时间。和样、制样、送样完全自动化,提高工作效率降低工作强度。

自动取样、制样、合样、送样系统构成

图8 自动取样、制样、合样、送样系统构成

    计划3:

    实施无人化实验室项目,通过自动称重、自动融样、机械臂协同抓取样本,完成检测仪器自动测量,测量结果自动流转系统。建设行业标杆,提高工作效率,完成化验室固相操作,解决人力资源浪费等问题。

无人化实验室系统构成

图9 无人化实验室系统构成

    计划4:

    建设自动包装码垛系统,按照预订方式完成码垛垛形。装车根据订单,机械装置自动完成。完成堆取料机全自动化,人工只需监控故障和预警,只在故障下人工干预,其他运行工况下设备全自动运行,提高工作效率。

自动包装码垛系统构成

图10 自动包装码垛系统构成

    计划5:

    建设工艺自动优化系统项目,通过先进控制算法,完成最佳参数设定值设定,解决人工控制不够精准、全流程工艺衔接不够完善、未达到最佳工况的痛点,实现全流程工艺自动化控制最优、工艺设定值最佳、控制稳定、控制平稳、效益最优。

工艺自动优化系统构成

图11 工艺自动优化系统构成

四、项目创新点和实施效果

    1.项目先进性及创新点

    (1)无码智能工厂平台(免代码构建应用)

    摒弃传统企业应用系统由于发展时间不同步产生的高耦合、高冗余、低集成的弱点,将系统还原为小颗粒度的业务功能集,根据客户需求对业务功能进行定制和构装,打造完全量身定做的高集成度协同方案。

    (2)生产运营管控平台MOM

    生产运营管控平台MOM是根据客户的发展战略,结合生产管理现状,借鉴国内外成熟的行业经验建立统一的信息管理平台。

MOM系统整体功能构架

图12 MOM系统整体功能构架

    该平台可提升企业生产管理水平,实现设备自动化向软件智能化的无缝链接、企业资源信息的有力整合、企业信息由孤岛化向一体化的跨越和生产过程可追溯化管理。

(3)预测性维护系统

    在线检测预测性维护项目,每个周期会对关键设备进行设备故障预测,2017年1月报告中,发现磨机的震动及温度出现异常,趋势曲线出现异常波动,判断磨机出现不“对中”的情况,给相关设备维修人员提供数据报告,并告知按照预测报告及时准备备品备件,安排检修,切换设备机调整生产,避免由于设备非计划停车和间接生产而引起的减产损失达几百万元。项目投资不到五十万元,效果显著,投资回报率极高。下图为现场维修技术人员为项目写的确认函。

现场检修反馈

图13 现场检修反馈

    3.实施效果:高质量、高效率、低成本、低能耗

    本项目将复晟铝业打造成为氧化铝行业智能制造标杆,并将该模式推广到了锦江集团其他下属企业,达成了以下项目成果:

    (1)设备100%互联:打通设备孤岛、实现底层数据采集上传;

    (2)数据标准化:解决系统建设独立、功能兼顾性差、接口和数据表不统一的痛点;

    (3)机房扩容:建设T2级支撑厂内全部自动化、信息化系统稳定,高效运行,同时具备后续扩容空间的机房;

    (4)信息安全:一改初期网络无防护、异常无监控状态,保证厂内办公系统与工业生产系统的独立运行,建立网络攻击防御体系,主动监控;

    (5)实时数据库:构建集团级的基础数据平台,满足企业生产管理、过程监控、经营管理之间对实时信息完整性、一致性、安全共享的需求;

    (6)制造运营管理系统:构建集团级运营管理系统,集营销分析、过程管控、经验分析三大板块功能,全面支撑企业信息化

    (7)减员增效:针对流程行业高温高湿户外设备的保养监控,导入设备在线监测系统,大量减少人员监测和维护成本,实现无人巡检、数据透传和预测维护、减员增效的同时主动防御,大量减少设备非计划停机造成的损失。

责任编辑:程玥
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