本文为“2022年度中国智能制造最佳应用实践奖”参评案例。本次活动将评选出2022年度，为中国智能制造领域带来突出效益的最佳实践工程，全面介绍企业推进智能制造的步骤、重点与难点、获得效益等，分享建设过程中的经验，供广大制造业行业企业学习供鉴。
一、企业简介
东方希望集团（简称“东方希望”）是一家集重化工业、农业、商业地产为一体的特大型跨国民营企业集团，总部位于上海浦东，是首批入选上海民营企业总部的44家企业之一。目前，东方希望是世界十大电解铝及氧化铝生产商之一，现有员工30,000多人，旗下300余家子公司，年产值超1000亿元，荣列2021中国民营企业500强第52位。
东方希望创业近40年，形成了以重化工业为主，农业、房产、重化工业多元化协同发展的新格局，产业遍布中国28个省市自治区和东南亚部分国家，在新疆、内蒙、河南、山西、重庆等地建设了大型发电、氧化铝、电解铝、工业硅、多晶硅、水泥、化工等重化工产业园区，实现了多个领域的技术突破与领先。
图1 东方希望集团
二、企业在智能制造方面的现状
东方希望集团深根制造业多年，拥有电力、铝业、硅业、光伏、水泥、化工等10多个重化工产业，在全面调研国内外发展现状和企业自身发展需求的基础上，在
中国制造2025、两化融合等国家战略发展大背景下，2017年集团开启了
生产管理信息系统相关项目建设，至2019年完成了部分公司的MES、
设备管理、电子巡检等生产相关系统建设，实现了智能制造的初步探索；2020年，集团启动了工业互联网平台项目建设，以实现全流程的实时数据管控，以大数据驱动生产经营管理，目标是打造整个东方希望基于数据驱动的集团化统一生产管理平台；
至2022年底，已完成集团所有重化工29家公司接入工业互联网平台，完成了MES、能源管理、设备管理、电子巡检等功能模块的建设，实现了生产数据的实时在线，报警数据的实时分级推送，设备预防性检修，能源自动统计计量等功能应用。整体上提升了工作效率，规范了流程，增强了现场管控，对多元化集团数字化实践提供借鉴示范作用。2022年建设的数字化产品在采购、销售、生产、财务等十大专业领域，累计开发出了126个产品，连接了19万个生产现场设备，实现对7256个重点指标的实时监控。主要涉及东方希望“工业互联网平台”、“一站式组织服务平台”、“智能供应链”、“数据中台”和“千人千面”统一平台等。
三、参评智能制造项目详细情况介绍
1. 项目背景介绍
在电解铝的生产过程中，铝电解槽智能模糊控制机（简称槽控机）通过智能模糊控制软件完成对生产工艺的各种控制过程，是电解铝生产的关键设备。目前业界普遍采用槽控软件进行生产
数据采集和数据监控，虽然自动化程度高，但由于多系统、多场景数据缺乏有效融合，仍存在“信息黑匣子”效应，不足以支撑决策，无法直接指导成产，导致“数据孤岛”现象显著。为了帮助生产管理人员动态了解生产实际状态，高效处理生产过程问题，同时为决策层提供成产优化、节能减排等全方位数据，需要通过生产制造大数据进行建模分析以解决如下问题：
1）实时预警和生产干预。通过实时监控画面结合对电解铝行业生产过程中各种关键参数的采集和监控，实现多维度的实时风险预警分级推送和异常处理环节闭环管理。
2）减少人工监控成本。将电解槽工艺数据采集、清洗、建模后统一接入生产
制造执行系统（MES）系统并配置相应阈值，通过分析电解铝生产过程漏槽、滚铝时的历史数据，制定防漏槽、滚铝报警规则，在MES系统自动实现小时电压、越限次数、综合报警等功能。
3）更加精细化的管理和控制。将实际生产现场运行状况根据报警严重程度反馈给对应操作员、技术层及管理层等，做到有异常必有警报，有警报必有响应，有响应必有闭环。
2. 项目实施与应用情况详细介绍
1）系统规划
结合工业互联网体系架构2.0，解决方案总体架构分为三个层级：
第一层边缘层：指车间的自动化过程装备，智能仪表，智能传感器，通过以太网技术，无线通信技术，实现的车间设备联网，数据与信息传递至工业物联网平台；
第二层平台层：指
基础架构在内的高度自由的计算资源组合，实现组件服务；可以向上层应用（企业层）提供能力。另一方面，它可以接受并执行企业层下达的操作、计算指令。
第三层应用层： 指企业云上部署的应用平台，实现工艺、能源、设备相关功能应用，大数据分析，多任务厂协调智能决策。
2）系统架构
（1）工业互联网整体建设目标
以物联网中台+应用平台+数字工厂+移动端应用为基础，实现生产设备、生产系统、工厂数据、业务系统集成，提供日常生产管理及移动端应用。通过数据湖+数据中台+数据模型实现统一管理，挖掘数据价值。借助DevOPs+业务中台建设，提供各业务模块的协同。
图2 平台整体框架
（2）微服务架构
采用微服务架构搭建，各能力底座与业务功能拆分成各微服务模块，为不同的数据点位提供安全稳定的数据采集通道，可针对不同的场景自动分配资源和提供不同的计算能力，可根据需要动态增加设备资源，防止出现性能瓶颈。具备下列优势：可配置，业务灵活组合，集团视角统筹管理分发各业务功能；可插拔，后续随时增减开关垂直业务模块；可横向扩展，提供企业级分布式应用服务和任务调度；可垂直扩展，随业务量的提升，可添加单服务的冗余数量，增加性能的负载量。
3）功能应用
针对电解铝行业工艺参数监测、产品品质控制、生产过程工艺优化、能源消耗降低、员工安全生产等痛点问题，以工业互联网的技术应用及企业管理模式变革为主线，通过电解铝生产系统与生产过程前后系统的自动化完善和提升，“人机料法环”五要素数据资产化，开发及工艺基础研究、生产管理与控制、质量在线监测、设备全面规范化维护、节能降耗、组织架构优化为一体的工业化和信息化高度融合的在线监测预警方案。
特别值得一提的是，电解铝工业领域的流程、方法、数据、规律、经验等工业技术要素等以数字化模型的形式沉淀在组织内部，工业知识经过封装固化，并根据
产品生命周期的不断迭代优化。生产在线监测和预警解决方案正是基于知识图谱的工业互联网解决方案，将沉淀下来的工业知识模块化，并运用于生产过程监测和预警环节的创新应用场景。
（1）生产在线监测
图3 电解槽炉膛三维仿真监测界面
铝电解槽的生产特点主要是电流强度大，每个阳极和阴极可高达上万安培，常规手段难以检测。如槽底破损、铝液渗漏等状况发生，通常是很难及时被生产工人发现的，这就会直接被烧穿，甚至发生爆炸，危及人身安全的。
自主研发的组态平台，高度还原中控生产数据，测点变化趋势，为用户实时提供自动化、信息化、形象化的工业现场信息，帮助分析与优化生产操作。数据源支持多种通讯协议，对接实时数据库，与云端无缝连接，随时随地享受场景组态体验。丰富的元件库，直观便捷还原生产现场。易学易用，学习成本低，可视化动画连接向导，轻松完成复杂动画动作。动作函数公式，更真实还原生产现状。色带显示，实时报警，颜色展示动态配置，报警阈值的动态配置。
系统实现实时的数据采集，终端设备的生产数据实时回传到服务器，服务器系统对数据时行存储、计算、对比分析和提供可视化服务。应用实时监控功能，参数化控制，将电解槽工艺数据采集并配置相应阈值，创造性的运用色带管理（绿色、黄色、橙色、红色）标准循环展示。
①实时监控页面展示DCS界面图，数据实时同步，并具备历史数据曲线图等功能,监控的重点指标有曲线及曲线组分析、历史数据、历史回放等功能。
②对重点指标进行实时监控，实现按照不同的区间（红色、橙色、黄色）色带展示。
（2）预警报警
图4 智能预警方案功能架构
安全生产是公司生产经营的第一要义。系统实现对8种业务范畴通过6种报警类型、3种报警等级进行实时监测，打开生产过程的“信息黑匣子”。通过边缘计算技术，海量数据本地处理低延时，将实际生产现场运行状况根据报警严重程度反馈给对应操作员、技术层及管理层等，避免现场信息反馈滞后。
对电解铝行业生产过程中各种关键参数的采集和监控，形成以实时数据采集为核心的各种类型报警预警，并实时推送到各层级形成异常处理闭环。保障企业生产活动的持续稳定运行，避免不必要的人员和经济损失。
通过分析电解铝生产过程漏槽、滚铝时的历史数据，匹配内部工业知识图谱数字化模型，制定防漏槽、滚铝报警规则，开发小时电压、越限次数、综合报警等功能，对生产过程，特别是高危风险场景，进行全方位实时监测, 实时推送到移动终端钉钉消息进行自动提醒，分级拨打语音电话报警。
图5 预警移动端界面
运用时间窗口算法进行报警预警数据生成和处理，根据数据区分故障类别，结合故障类型树，确定将有异常或隐患的风险节点，及时推送移动端，快速处理异常，提高监控人员工作效率。同时异常数据记录，后期可进行追溯和反演，帮助复盘分析原因，积累组织过程资产，丰富工业知识库，为未来迅速正确处理问题积累经验。
3. 效益分析
1）设备使用寿命延长20-25%、设备故障率降低20-30%、备件消耗率降低25-35%。
2）维修效率提高30-45%、维保费用降低20-35%。
3）方案已推广至东方希望集团内29家重化工公司运行，其中针对电解铝的预警服务，已覆盖三家电解铝公司，为超过1700台电解槽提供报警预警监控服务。
4）一次漏铝可能会造成设备进行维修，一次维修成本从10万-200万不等。以已部署实施三家公司为例，2022年三家电解铝MES红色报警累计1491次，避免直接经济损失超1.5亿元。
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