基于機器視覺和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的水泥智慧工廠
1 項目背景
紅獅集團是國家重點支持的十二家全國性大型水泥企業(yè)之一，是中國企業(yè)500強、中國民營企業(yè)500強和中國最大民營建材企業(yè)。
集團正處于高速發(fā)展期，各分廠普遍存在生產(chǎn)管控信息化水平低、巡檢靠人工、效率低下、能耗大、設(shè)備維護困難等問題，制約企業(yè)的發(fā)展。
2 項目實施
1）總體實施思路與架構(gòu)
預(yù)期目標(biāo)：
序號 | 生產(chǎn)領(lǐng)域 | 效果預(yù)測 |
1 | 車間組織人員 | 每車間減少2人以上 |
2 | 產(chǎn)品質(zhì)量 | 產(chǎn)品合格率提升3%以上 |
3 | 能源管控 | 余熱發(fā)電量提高3%以上，生產(chǎn)電耗降低1%以上 |
實施思路：
方案采用supOS平臺作為紅獅集團各個分廠的生產(chǎn)管控平臺，以ERP、MES、EAM的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為主數(shù)據(jù)，搭建多維度的工廠模型，對接ERP的人員、組織、崗位，EAM的設(shè)備、附屬設(shè)備、備品備件及MES的生產(chǎn)、質(zhì)量以及能耗等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并對廠區(qū)的DCS、PLC、視頻及各個智能儀表、儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)實時采集。融合多維工廠模型框架黏附工廠在生產(chǎn)管理過程中產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及生產(chǎn)運行過程中的實時數(shù)據(jù)，通過機器視覺技術(shù)對工廠在生產(chǎn)過程中進(jìn)行實時監(jiān)測、分析、預(yù)警并作出輔助性決策；通過海量的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)及質(zhì)量數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對水泥成品強度的預(yù)測以及對產(chǎn)品相關(guān)質(zhì)量指標(biāo)的軟測量；通過專家系統(tǒng)提升余熱發(fā)電量，降低生產(chǎn)能耗，達(dá)到節(jié)能減排增效的目的。
實施架構(gòu)：
2）應(yīng)用場景與技術(shù)方案
（1）機器視覺：
皮帶跑偏
下料口皮帶斷料
進(jìn)料口堵塞
輸送帶是水泥廠解決物料轉(zhuǎn)移的通用手段，存在許多異常工況，比如輸送帶跑偏、斷料、進(jìn)料口堵塞等。靠人工巡查發(fā)現(xiàn)這些異常存在漏檢、低效率、高成本等缺點。通過機器視覺的方案對現(xiàn)場的高清視頻碼流智能分析，對生產(chǎn)視頻實時分析，及早發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)警并通知工作人員，減少非常正常情況的停產(chǎn)時間，無需人員周期巡檢。
方案運用了包括特征檢測、模態(tài)分析、聚類、分類、運動估計、跟蹤和測量等技術(shù)。其中特征檢測既包括基于深度卷積網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法，也包括傳統(tǒng)的基于設(shè)備運行機理的特征設(shè)計和傳統(tǒng)視覺算法的方法。采集到特征，還需要利用模態(tài)分析、聚類、分類等大數(shù)據(jù)和機器學(xué)習(xí)的方法建立設(shè)備運行的模型。在模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合攝像頭采集的設(shè)備圖像，再運用運動估計、跟蹤和測量分析出設(shè)備工況的變化態(tài)勢，就能夠?qū)崿F(xiàn)工況的實時檢測報警、乃至預(yù)測性維護的目的。
（2）專家系統(tǒng)：
水泥抗壓強度是確定水泥強度等級和混凝土質(zhì)量等級的依據(jù)，但是膠砂抗壓強度檢測周期長，需要28天，水泥抗壓強度檢測的滯后性，嚴(yán)重影響了水泥混凝土生產(chǎn)、施工質(zhì)量控制和進(jìn)度。
影響水泥抗壓強度的因素很多，比如礦物組成、數(shù)量、化學(xué) 成分、熟料的燒結(jié)狀況、熟料礦物晶體的晶型。supOS大數(shù)據(jù)分析平臺，充分考慮水泥抗壓強度的相關(guān)影響因素，選取Loss、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、FCaO等多組水泥熟料化學(xué)成分因素，收集紅獅水泥多條生產(chǎn)線近2年的歷史檢測數(shù)據(jù)，利用機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立水泥抗壓強度預(yù)測模型，實現(xiàn)對水泥抗壓強度的提前精準(zhǔn)預(yù)測，提升產(chǎn)品的合格率。
3 實施效果
1）每生產(chǎn)車間可減員2-3人
2）水泥成品質(zhì)量合格率提升3.2%
3）余熱發(fā)電量提高3.5-4% (2018年全年發(fā)電12885萬度，提升3.5%，按每度7毛錢算，產(chǎn)生經(jīng)濟價值300萬)
4）全廠生產(chǎn)電耗降低2%（2018年全年發(fā)電37019萬度，提升2%，按每度7毛錢算，產(chǎn)生經(jīng)濟價值500萬元)
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