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构建数字化车间,复晟铝业打造透明化工厂

2020/1/6    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:数字化车间  e-works岁末盘点  智能制造  复晟铝业  
本文为“2019年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例。本次活动将评选出2019年度,在智能制造各领域有实践案例,或者有突出效益的最佳实践工程,全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等,分享建设过程中的经验,有效推动中国智能制造应用,供广大制造业行业企业学习供鉴。

一、企业简介

    杭州锦江集团有限公司创建于浙江临安,1983年起步,1993年组建集团公司,先后涉足纺织、印染、造纸、电缆、建材、医药等领域,历经三次产业结构调整,目前已形成以环保能源、有色金属、化工新材料为主产业,同时集贸易与物流、投资与金融于一体的现代化大型民营企业集团。2018年末,集团总资产近700亿元,营业收入889亿元。2019年度位列中国民营企业500强第65位,中国制造业企业500强第97位,中国企业500强第221位。锦江集团现有5大产业板块,企业分布国内30多个省级行政区,并在新加坡、日本、印尼、越南、印度、巴西等国投资兴业,为企业全球化发展战略奠定基础。

    山西复晟铝业有限公司是杭州锦江集团于2013年8月投资建设的混合所有制氧化铝生产企业之一,采用拜耳法生产技术,是目前国内较为领先的氧化铝企业,锦江集团将拥有的40多项生产工艺专利全部用于复晟铝业,同步成立智能制造团队,全力推进氧化铝传统工业技术向智能化加速转型。

杭州锦江集团

图1 杭州锦江集团

二、企业在智能制造方面的现状

    作为氧化铝生产企业代表,山西复晟铝业有限公司2017年4月被山西省经信委选定为“互联网+工业”试点项目、两化深度融合示范企业和两化融合管理体系贯标试点企业,同年6月获得山西省经信委1850万元智能制造专项扶持资金。复晟铝业目前已基本完成了生产过程的“数字化”、“透明化”,消除了企业内部的信息孤岛,建立了生产制造体系,包括设备自动化改造、MES系统、三维工厂仿真系统等一系列项目建设,已取得氧化铝生产管控MES系统,氧化铝生产管控手机APP(Android版),生产管控APP(ISO版),质检站手机web系统,质检站手机APP系统,氧化铝系统视频语音联动系统等6个软件著作权,目前是国内具备最先进管控能力的氧化铝企业。

三、参评智能制造项目详细情况介绍

    1.项目背景介绍

    在“中国制造2025”战略背景下,复晟铝业针对集团公司提出的“优化控制、企业增效”转型升级需求,结合当前氧化铝行业智能制造趋势,以及企业自身当前数字化、自动化和智能化实施程度的分析,计划通过逐步升级工艺装备、实施智能装备系统、实施MES管控信息化等系统,完成生产过程的“数字化”、“透明化”,提升企业的数据积累应用。

智能制造整体规划

图2 智能制造整体规划

智能制造实施路径

图3 智能制造实施路径

    2.项目实施与应用情况详细介绍

    1)第一阶段:自动化设备、工艺升级改造

    通过设备自动化改造、工序AIC项目的实施,稳定苛碱浓度,降低各种消耗量,提升生产装置的抗干扰能力和工艺约束处理能力,目前已完成90%以上设备阀门自动化改造,实施后人均劳动效率提升23%。

    质检化验设备自动化改造:目前已经实现矿石取样、合并样、制样等工序的自动化改造,从矿石入厂到化验结果全程无人操作;

    矿石斗轮机自动化改造:目前已经实现斗轮堆取料机、中央控制室全程自动控制操作;

    在线监测设备升级改造:目前已经实现NK在线监测;

    工序AIC控制系统建设:目前已完成原料磨机、蒸发工序、焙烧工序自动控制,正在开展全流程联动AIC项目的研发。

生产控制智能化

图4 生产控制智能化

AIC上线前后软件统计效果图对比

图5 AIC上线前后软件统计效果图对比

集中控制大屏

图6 集中控制大屏

    2)第二阶段:智能装备系统实施

    设备全生命周期管理:针对设备状态预知预测功能未完全发挥作用的现状,在现有设备点巡检系统基础上增加了设备管理系统和设备在线监测系统,通过对已安装传感器的核心设备的震动、温度等数据进行长期监测分析,实现核心设备预防性维护,提前发现设备的运行问题,实现设备的预防性维修,减少非计划停车,从而最大限度降低设备的运行维护成本。

设备管理系统功能

图7 设备管理系统功能

    在线监测设备的增加还实现系统智能化、远程看护,降低现场点巡检人员的工作强度和频次。同时通过日常数据的自动导出,如电子维修工单等,便于生产核算、后续查验和统计等工作,提高管理效率。

设备在线监测

图8 设备在线监测

    溶出技术员通过点巡检系统数据,自动预警隔膜泵PD101动力端轴承振动值出现异常增大,超出标准值,经过调整后,幅值趋于稳定。

    第二阶段实施的智能装备系统还包括无人值守地磅、自动取样设备等。

    3)第三阶段:企业MOM平台建设

    基于工业互联网平台上的企业级MES应用,MOM平台应用分为四个企业模块模型:生产运行管理活动模型、维护运行管理活动模型、质量运行管理活动模型和库存运行管理活动模型。

MOM平台功能

图9 MOM平台功能

    业务系统通过调用产品定义管理和生产资源管理的信息,结合企业ERP的相关活动与信息,形成生产调度信息传递给详细生产调度模块,通过该模块分解为详细生产进度表,再通过生成分派模块进一步生成生产分派清单,最后通过生产执行管理模块形成操作命令,下达给企业生产过程控制PLC、DCS。实际的生产功能需要再结合产品定义管理所提供的生产规则,完成由生产执行管理下达的操作命令,并以操作响应的形式,将实际的生产结果反馈给生产执行管理模块。同时,通过生产数据收集模块从实际生产过程及生产执行管理模块,实时获取并存储设备和流程特定数据和操作响应信息,形成生产和资源的历史数据,传递给生产跟踪和生产绩效分析模块,进一步形成生产跟踪报告和绩效分析结果反馈给MOM的其他活动,并形成生产绩效信息反馈给企业ERP系统,最终形成了企业的闭环管理。

MES系统

图10 MES系统

移动管理

图11 移动管理

    4)第四阶段:三维工厂仿真系统

    针对全厂-工序-设备的数据建模,建立一个以三维数字化平台,应用数字化模型、实时数据采集等技术,集成工程设计、生产运营、静动设备、安全环保、产品质量、视频监控等各种静、动态数据和各专业信息管理系统的结果数据,为规划、施工、运营、设备检维修等部门提供准确数据支持的管理环境,实现监控、指导、优化生产的目的。

    项目一期先对复晟氧化铝厂进行三维动态全景展现,主要以工厂建模、运行数据和设备数据集成、VR巡检等功能为主。通过实现全厂布局展示、生产运行动态显示、核心设备运行和状态展示等场景,也为后续深化应用进行工艺和技改方案模拟分析、远程巡检、人员定位、安环管理、设备维修培训提供基础。

三维工厂仿真

三维工厂仿真

图12 三维工厂仿真

    系统将虚拟仿真与真实生产的无缝链接,实时生产和工艺数据直观显示,实现工厂数据的可视化查询、分析和建模,业务系统的高效集成,可以提高信息化水平和现代化水平,是建立智能数字工厂的基础。深化应用后可以进行工艺流程模拟、技改及检维修模拟,优化决策,降低成本;通过增加人员定位、电子围栏等安环功能,可以提升安全管理水平;报警与监控联动,便于集中管控,提高管理效率;设备拆、装展示、设备剖切展示,生产工艺流程培训,降低员工培训的学习和熟练成本;设备可视化管理进行远程巡检,降低劳动强度和人力成本。

    3.效益分析

    复晟铝业经过近两年的努力,到目前为止,已经基本完成了生产过程的“数字化”、“透明化”,完成90%以上设备阀门的自动化改造,已建立各工艺的DCS数据采集与实时数据库,实施完成设备智能点巡检及设备管理诊断系统、MES管控系统、工序AIC系统、三维工厂仿真系统等一系列项目建设,通过远程控制、分散集中控制、智能控制,消除了企业内部的信息孤岛,建立生产制造体系,目前企业年节约成本10%以上,人均劳动效率提升30%以上。

责任编辑:程玥
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