智能質控系統(tǒng)自主研發(fā) 海螺水泥生產(chǎn)綠色低碳

近年來，水泥行業(yè)全面向數(shù)字化和綠色發(fā)展轉型，持續(xù)推進水泥智能工廠建設，轉變生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)綠色低碳、提升質量和減員增效并行發(fā)展。高效率、高精度、全自動化的智能質量控制系統(tǒng)成為當下國內(nèi)水泥企業(yè)生產(chǎn)的核心訴求，在這樣的市場需求下，國內(nèi)水泥企業(yè)也開始引進和應用智能質量控制系統(tǒng)，以提升質量管理水平。

國外品牌的智能質量控制系統(tǒng)陸續(xù)進入國內(nèi)市場，設備價格昂貴、交付周期長、維護成本高、服務跟不上、用戶定制化需求無法滿足等問題逐漸暴露，導致其無法在國內(nèi)快速推廣。

海螺水泥智能質量控制系統(tǒng)研制開發(fā)工作以安徽宣城海螺水泥有限公司作為試點，研發(fā)多項具有創(chuàng)造性和先進性的技術成果，于2020年9月正式啟動；2021年4月開始現(xiàn)場安裝，9月完成安裝調試進入試運行階段，11月份完成性能驗收。該系統(tǒng)可以替代國外同類產(chǎn)品，為水泥生產(chǎn)企業(yè)提供自主可控、量身定制的質量控制解決方案，提升水泥產(chǎn)品質量，榮獲2022年建材行業(yè)科技進步二等獎。

主要做法

水泥是國民經(jīng)濟基礎原材料，水泥產(chǎn)品質量直接影響建設工程質量，影響國計民生。水泥產(chǎn)品質量取決于生產(chǎn)過程質量控制，水泥生產(chǎn)取樣分析過程管理是質量控制的主要手段。中國水泥生產(chǎn)取樣、制樣環(huán)節(jié)工業(yè)自動化程度低，依靠人工處理，取樣代表性低，分析精度性低，質量管理效率低，同時，生產(chǎn)企業(yè)對質量控制重視程度不夠，生產(chǎn)管理粗放，導致水泥產(chǎn)品質量參差不齊，競爭力不強。

隨著科技不斷進步，自動化、數(shù)字化、智能化技術應用普及，智能質量控制系統(tǒng)在國外水泥行業(yè)已廣泛應用，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)取樣、送樣、制樣、分析和配料過程的無人化，提高取樣代表性和分析精度，有效提升和穩(wěn)定水泥產(chǎn)品質量，提高企業(yè)的生產(chǎn)質量管理水平。

（一）主要技術關鍵及創(chuàng)新點

海螺水泥智能質量控制項目研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的國產(chǎn)化水泥智能質量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場自動取樣、自動送樣，實驗室自動制樣、自動分析，通過智能化調度來控制系統(tǒng)設備運行，優(yōu)化樣品輸送路徑和樣品分析優(yōu)先級。分析數(shù)據(jù)上傳到配料控制系統(tǒng)后，通過優(yōu)化算法自動配料，實現(xiàn)生產(chǎn)質量控制的自動化、無人化。此外，該項目研發(fā)出一種高效固體粘接劑，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)“采、送、制、化、配”等關鍵質量管控環(huán)節(jié)全流程智能化。

項目經(jīng)權威專家鑒定，研究成果總體達到國際先進水平，主要技術關鍵及創(chuàng)新如下：

一是開發(fā)石灰石、原煤、輔材三維堆場模型，記錄原燃材料堆取行為及跨帶分析儀提供的噸位、品位等信息，便于實時查看堆料機位置及對應料層斷面原燃材料質量分布，使堆場物料透明化、數(shù)據(jù)化，指導生產(chǎn)作業(yè)。

二是開發(fā)自動取樣系統(tǒng)、樣品輸送系統(tǒng)、中央實驗室分析系統(tǒng)，完成自動取樣、自動縮分、自動輸送、自動制樣、自動分析、自動配料，最終實現(xiàn)傳統(tǒng)取樣、制樣、分析全流程自動化、無人化。

三是開發(fā)煤粉自動取樣系統(tǒng)、遠距離煤粉樣品輸送接收系統(tǒng)，在保證煤粉取樣環(huán)境安全的前提下，自動取樣、自動縮分、自動輸送，實現(xiàn)煤粉取樣送樣環(huán)節(jié)的無人化，減少勞動強度，降低安全風險。此舉有效提升取樣代表性和送樣時效性，提高煤粉檢測準確性，便于科學高效管理入場煤品質。

四是開發(fā)調度控制系統(tǒng)和配料控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)設備取樣、傳輸、制樣等系統(tǒng)所有設備協(xié)調調度和指揮。同時，將理論配料計算原理進行編程，在系統(tǒng)中建立配方知識庫，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自動配料。

五是開發(fā)質量管理信息系統(tǒng)，設定各工序質量控制目標值，通過各取樣點檢測數(shù)據(jù)，驗證控制目標的實現(xiàn)，對質量控制中出現(xiàn)偏差的控制點反饋至窯磨專家操作系統(tǒng)進行工藝調整糾偏，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝與質量控制數(shù)據(jù)共享與閉環(huán)管理；統(tǒng)計分析出窯熟料、出磨水泥質量檢測數(shù)據(jù)與出廠產(chǎn)品對應關系，計算控制偏差值，指導配料目標值的設計調整，使水泥生產(chǎn)質量控制實現(xiàn)閉環(huán)。

（二）項目主要成果與效益

項目申請專利53項、軟著12項，發(fā)表論文5篇，成果計劃在海螺集團下屬100多家水泥子公司進行推廣，目前已在安徽海螺水泥股份有限公司下屬14家公司及新疆青松建材化工（集團）股份有限公司、山東彼那尼榮安水泥有限公司3家外部項目、近40條水泥生產(chǎn)線推廣應用。該項目打破了國外技術壁壘和產(chǎn)品壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，促進水泥行業(yè)高質量發(fā)展。

該項目實現(xiàn)了自動取樣分析和自動配料，通過相關崗位合崗并責，可實現(xiàn)減員30%以上；提高取樣代表性、樣品分析時效性和準確度，使產(chǎn)品質量穩(wěn)定提升，其中出窯熟料KH合格率達到100%；系統(tǒng)投運后，下山石灰石CaO含量同比下降0.5%，低品位石灰石搭配量同比提升30萬噸/年，礦山資源綜合利用率達100%；質量控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化、無人化，與水泥智能工廠其他子系統(tǒng)有機結合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通互享，簡化生產(chǎn)管理難度；同等規(guī)模配置智能質量控制系統(tǒng)比國外同類產(chǎn)品采購價格降低30%，供貨和交付周期節(jié)省3個月，備品備件現(xiàn)貨供應，并且可提供定制化設備和軟件設計方案，提供更全面的系統(tǒng)功能和更優(yōu)質的運維服務。

經(jīng)驗啟示

海螺集團自主研發(fā)的智能質量控制系統(tǒng)，掌握了該領域關鍵核心技術，實現(xiàn)核心裝備、軟件和算法國產(chǎn)化替代，使該系統(tǒng)應用自主可控，提高了國產(chǎn)化水泥智能質量控制系統(tǒng)的推廣應用速度。依托水泥智能質量控制系統(tǒng)的相關技術及研發(fā)成果，海螺集團孵化成立上海智質科技有限公司，主要負責對外開展自主研發(fā)的水泥智能質量控制業(yè)務的推廣服務等工作。

該項目的成功研發(fā)，打破了國外技術壁壘，提升了國內(nèi)企業(yè)高水平科技自主研發(fā)能力，有助于降低采購和使用成本。推進該系統(tǒng)在國內(nèi)企業(yè)普及應用，將大大提升企業(yè)質量過程控制的精細化、智能化水平，提高企業(yè)質量管理的效率和效益，有助于穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質量，提高原材料的利用率，實現(xiàn)礦山資源可持續(xù)發(fā)展，減少能源材料消耗率，達到節(jié)能減排的要求，進一步助力國家智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，為國家高水平科技自立自強作出貢獻。

隨著水泥需求的下滑以及產(chǎn)能頂峰的到來，市場競爭日益白熱化，一輪周期性的行業(yè)洗牌不可避免。依托數(shù)字化、智能化技術手段，實現(xiàn)技術和管理升級，持續(xù)降低能耗、污染物排放和碳排放，提升企業(yè)綜合競爭力是水泥企業(yè)應對挑戰(zhàn)的關鍵。

2023年11月29日“第五屆中國水泥智能化高峰論壇”將就“智慧物流系統(tǒng)在水泥行業(yè)的發(fā)展與案例”這一議題展開探討，誠邀行業(yè)專家學者及相關企業(yè)代表共赴大會，共同探討和推動水泥行業(yè)的智能化進程。