山东东华水泥有限公司成立于2004年8月，是世界500强企业山东能源淄矿集团和中国联合水泥集团投资建设的新型环保现代化大型水泥生产企业,年产熟料、水泥千万吨。2018年3月,山能淄矿集团决定,在水泥行业里率先开发建设首家“工业大脑”项目,推动企业从传统建材业向大数据服务业转型。2018年7月10日,东华水泥和阿里云计算签订了合作协议。
很多人不相信这个“工业大脑”能比得上人的大脑，工艺工程师们各抒己见。通过大数据的计算，分析了影响原料磨电耗和台时产量相关的几个因素，但在循环风门上调节产生争议，“这个可动不得！这个不需要动！动得太频繁执行器损坏怎么办！”工艺工程们发出了质疑。
但是，只有放开步子走出去才能知道行不行，“在能保证安全的情况下，能试就一定要试试，我们给大数据一个机会！”东华人最终选择了尝试。2018年东华水泥开始和阿里云合作，给水泥装上“工业大脑”。
每一分能耗成本都是收益
虽说水泥并非淘汰类行业，但现在已经被贴上了高耗能、限制类、去产能的标签，自动化控制方面远远落后于国外水平。东华水泥率先提出了一个大胆的设想：能否通过大数据，建设“水泥工业大脑”解决熟料生产全过程降能耗和提高产品质量，甚至预测设备故障等问题。
此前，阿里云已经在一些制造行业做了创新尝试，推出了ET工业大脑，它主要解决制造业的核心问题，通过智能算法和强大的计算能力，分析工业生产中收集的数据，优化机器的产出。
阿里云的算法工程师们和东华水泥的工艺工程师们一起交流，反复试验，在一次又一次的磨合中，双方达成了共识：大数据的应用，要把原来师傅在传帮带中教授的东西，更高效地通过机器传递出来，让机器"学习"哪些数据是有用的，然后自动优化，让生产环节更精准、快速、省力。
让机器帮助人类实现最优决策
在水泥行业，阿里云通过持续汇聚整合水泥行业的技术、经验与数据的能力，通过输出“供、研、产、销”全链路智能算法服务，激活水泥企业的数据价值，构建独特竞争优势，主要通过2个方面实现：
首先，将水泥生产运营过程中，所产生的原材料数据、生产过程数据、品质数据、销售数据等进行整合，消除信息孤岛，把数据变成资产；其次，在不增加改变现有设备工艺的前提下，通过云计算、大数据和人工智能技术来改善煤耗和电耗指标，计算最优控制参数，预期煤耗电耗指标至少降低2%。
最终，阿里云通过助力水泥企业建设“工业大脑”，打通设备、产线、生产和运营系统，通过对数据智能分析建立模型提高生产率降低能源消耗，减少污染物排放，形成智能工厂。
具体到项目执行层面，整个过程被分为以下四步：
数据采集与清洗：
结合工艺专家经验，水泥工业大脑首先将智能生产系统、智能控制系统、智能设备管理系统、智慧能源管理系统等异构系统中的海量数据进行提取，包括质检数据、DCS数据、环境数据等。同时对数据进行清洗，剔除噪音数据或无效数据，补充不完整数据或缺失数据，为下一步模型训练提供高质量的数据资产。
模型搭建：
采用先进的机器学习算法、神经网络算法，并结合先进过程控制模型，对所收集到的多维度数据进行建模，包括输入数据、输出数据、状态与环境数据，真实还原水泥产线上的实际生产过程。并通过对大数据模型的参数进行调节，以实现从输入参数到输出参数的非线性映射关系。
机器学习：
通过采集6个月的历史数据，分析多达98个变量之间的耦合关系，基于深度学习技术，构建系统各参数间的关系模型，并对模型的输出进行预测，使风、煤、料的最佳组合范围可量化、可视化，达到“同等产量熟料，质量最好；同等质量情况下，产量最高；或是同质同产情况下，生产能耗最低”。
在线控制：
通过结果预测，反推生产过程关键变量应该如何调节。最终生产线工艺参数的设定，会结合工艺参数范围、步长信息、工艺参数实时值等，由水泥工业大脑进行多变量综合分析、实时针对各工况的产量、质量、能耗多目标进行寻优，推荐一组最佳的工艺参数实时反写回DCS（分散控制系统），实现水泥核心生产过程的自动驾驶、无人值守。
凭借超强的学习能力，工业大脑帮助东华水泥不断降低能耗排放，通过“综合能耗优化模型”进行熟料生产线的自动控制，即在无需人工干预的情况下，能耗优化模型推荐的参数自动推送给产线自动化设备，实现了更加稳定可靠的智能控制，综合能耗指标有效降低2.13%。
此外，水泥“工业大脑”的可持续与可复制性也得到验证。算法具备自学习能力，可定期自更新算法模型，长期保持投运率。并且该模型可适应多种工况，从无固废到有固废。同时，工业大脑在不同产线只需10天便可部署完成，具备了向全行业推广的可能性。
不仅如此，东华公司和阿里云通过持续汇集整合水泥生产运营过程中所产生的原材料数据、生产过程数据、品质数据、能耗数据等数据，还可以实现数据的资产化；未来，双方还将会在生产管理、能源管理、设备管理、安全管理、物流管理等更多的场景，运用数据分析、云计算等技术，赋能水泥产业，帮助水泥企业实现单点智能、局部智能，最终走向全局智能。
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