10电解槽生产智能管理与决策系统开发与应用.docx
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10电解槽生产智能管理与决策系统开发与应用
密级:
科技计划项目
可行性研究报告
项目名称:
电解槽生产智能管理与决策系统开发与应用
所属领域:
电解铝
项目类型:
技术研究
申报单位(盖章):
中国铝业股份有限公司青海分公司
项目负责人:
戴小平
申报日期:
2008年11月
中国铝业股份有限公司制
一、
项目摘要
本项目将六西格玛质量管理理念与三度寻优理念相结合,配合中铝公司标准量化、精细化管理以及三度寻优技术的推广,开发铝电解槽生产智能管理与决策系统,将六西格玛中的SPC控制图引入铝电解生产中,重点研究各工艺参数适用的规则及其参数取值以及具有电解铝特色的新控制规则的研究;利用数据挖掘平台和生产数据多维分析平台,结合三度寻优定义的各工艺参数范围,分析大量的历史生产数据,得到重要的电解工艺各参数的有效区间划分,为今后的槽况区间划分、决策区间的划分提供参考依据;将电解槽况定义广义化,结合电解槽的多项技术指标,研究“最佳”的电解槽槽况以及相关槽状态变迁的规律,及时有效地智能决策电解槽每天的出铝量、电压调整量和氟盐添加量;利用数据挖掘中的时间序列模式算法,研究广义槽况下槽况序列定义、决策序列定义,发现频繁出现的电解槽况决策序列,从而制定槽况序列-决策序列对照规则,指导工艺人员提供每天及未来n天的生产决策。
二、项目实施的意义和必要性
中铝公司青海分公司在电解铝厂已全面实现了网络化,并推广完成了三度寻优系统。
监控机实时显示所有电解槽的各种数据、曲线,并定期生成各种生产报表,如日生产报表、日效应报表等,生产数据以及每个电解槽的实时数据已全部存入网络数据库,建立了铝电解槽生产数据多维分析系统。
标准量化管理是落实中国铝业公司“严、细、实、新、恒、齐”六字管理理念的具体举措。
中铝公司下属各企业积极、认真、扎实地开展了标准量化工作。
在以六西格玛为主要方法和工具的标准量化管理推行过程中,管理层、员工的观念及行为方式都产生了深刻的变化。
中国铝业公司为了实现公司的有效管理,迅速提高核心竞争力,不仅能做大,而且能更好地做强做优,就必须将六西格玛思想贯彻到生产的每个环节,而SPC技术是实现电解槽工艺参数稳定性控制、发现异常及时调整的关键所在,有必要开发一个适合电解铝工艺特色的SPC应用软件。
三度寻优以其先进的理念和实用的技术迅速在中铝内部推广应用,控制水平大大提高。
结合三度寻优的思想,工艺人员通过每天对每台电解槽的数据进行分析、判断,对槽况进行有序、无序的分类,最后给出当日的电解槽的出铝量等决策数据,极大地提高了工艺人员的水平。
随着经验的不断积累,有必要将这些宝贵的经验和理念总结出来,依据三度扩展槽况的定义以及决策的定义,利用人工智能技术,开发并实现电解槽生产决策数据的智能化和计算机化。
因此,利用人工智能技术,从数据中分析信息,从信息中发现知识,科学化、智能化管理铝电解生产,将极大地提高电流效率,稳定槽况,稳定生产,防止病槽的发生,延长槽寿命。
这一开创性的工作是完全有必要的。
三、国内外技术现状分析
1、电解槽六西格玛与SPC
六西格玛及SPC在国内外大型制造业等各个工业生产中已获得较大的成功;05年以来,中铝公司在下属企业开始实施六西格玛项目,但仅仅是使用商业化的单机软件,如Minitab,在项目结束后,没有合适的软件可以继续确保六西格玛项目的继续、巩固和提高。
也没有文献研究关于适合电解槽生产工艺的SPC控制图规则,只是使用从传统零件加工合格的角度确定的8条规则。
2、电解槽三度寻优技术
电解槽三度寻优技术是拥有自主知识产权的一套系统,中铝公司从08年开始大面积推广三度寻优技术,也取得了一些效果,工区长每天讨论式的决策,对不断提高工区长分析问题的能力起到了巨大的作用,同时也总结出了许多决策判断依据与规则,我们完全可以依据这些规则模拟人类专家让计算机完成这些智能工作,减轻工艺人员的劳动强度,综合考虑电解槽的大量工艺数据,确保效率的提高及能耗的降低。
3、电解槽槽况与决策
国内外对电解槽的槽况已研究了几十年,但大都局限于极端的电解槽况,如热槽、冷槽、沉淀、阳极长包等,不是正常槽就是病槽,极少有研究过渡槽况的,特别是我们提出的亚健康槽的概念。
专家系统决策电解槽的出铝量等已有非常成熟的系统,但还没有查到有文献研究频繁槽况序列及决策序列的(决策未来一周的生产决策)。
四、技术思路和研究方法
1、采用电解槽生产数据多维分析系统统计、分析三度寻优项目实施后的大量的历史数据,同时利用数据挖掘聚类算法对电解槽的工艺参数的区间进行划分;
2、结合过热度的理念和九区控制理论(9种槽况,2维空间),将电解槽划分为108种槽况,将2维空间扩展为n维空间,其中n≥3;
3、采用统计方法与工艺人员的经验相结合的方法,研究、分析SPC在电解槽工艺参数上的应用,规范工艺数据的采集、录入,确保数据的正确性;
4、采用并改进数据挖掘频繁序列模式的发现算法,分析电解槽生产历史数据,寻找最佳的工艺参数搭配,及时、有效地制定未来一段时间内的电解槽的决策思路,提供宏观指导。
五、总体工艺流程图和局部工艺流程图描述
根据项目的技术思路及研究方法,项目流程为:
1.利用{多维分析+数据挖掘+三度寻优}研究并定义电解工艺参数区间;
2.研究并定义槽况、决策;
3.研究并定义槽况序列、决策序列;
4.研究并定义槽况序列与决策序列对照;
5.利用{多维分析+数据挖掘}研究SPC控制图;
以下是主要的流程图及槽况、决策示意图;
图1SPC控制图参数的确定流程图
图2电解槽况划分示意图
图3电压调整图
图4氟化盐决策图
图5出铝量决策图
图6状态变化与基准量调节图
六、现有的工作基础以及本项目研发的难点
1、项目的基础条件
目前,青海分公司各电解厂已全部联网,三度寻优技术已全部在电解槽上实现,2008年青海分公司的前期探索性研究项目《电解槽槽况定义及稳定控制研究》已顺利完成,并提出了切实可行的方案,这为本项目的开发奠定了良好的基础。
2、项目研发的难点
分析发现电解槽频繁时间序列模式并制定未来一段时间内的生产决策/规划,电解槽况合理划分及相关工艺参数的确定,SPC控制图中不同工艺参数K值的确定等是本项目的难点,同时也是项目的创新点。
七、项目的主要研发内容
1、开发电解槽SPC控制图研究与软件开发
电解槽SPC控制图软件主要是将六西格玛中的SPC控制图引入铝电解生产中,重点研究各工艺参数适用的规则号研究,各工艺参数适用的规则的参数值研究,工艺参数组合之后的控制图研究,以及具有电解铝特色的新控制规则的研究。
同时,将配合三度寻优制定的工艺参数的工作保持范围,即时显示每个工艺参数的上控制限、下控制限和中心线,以及上、下规格线和标准值(炉别基准)等信息,方便工艺人员及时发现异常,改进操作规程,调整工艺参数。
2、开发槽况统计、分析软件
首先,利用数据挖掘平台和生产数据多维分析平台,结合三度寻优定义的各工艺参数范围,分析大量的历史生产数据,得到重要的电解工艺各参数的有效区间划分,为今后的槽况区间划分、决策区间的划分提供参考依据。
利用在探索性项目研究中的成果,将电解槽的槽况分为4类,即优良、健康、亚健康和故障,共108种槽况,实现槽、工区、车间当日、多日的统计与汇总,帮助工艺人员及时、准确地掌握电解槽的运行状态及变迁轨迹,为电解槽的槽况序列研究提供展示平台。
3、开发电解槽生产决策软件
在广义槽况定义后,定义多种生产决策,每种决策是向“最佳”槽况过度的电解槽出铝量、电压调整量、氟盐添加量的组合,系统依据每天不同的槽况,自动推理生成生产决策的组合,供工艺人员参考使用。
同时,实现电解槽生产决策的广义化,利用数据挖掘中的时间序列模式算法,研究广义槽况下槽况序列定义、决策序列定义,发现频繁出现的电解槽况决策序列,从而制定槽况序列-决策序列对照规则,指导工艺人员提供每天及未来n天的生产决策。
八、项目的总体研发目标及考核指标、阶段目标和考核指标
1.实施年限
2009年3月~12月
2.总体目标及考核指标
总体目标:
1)开发铝电解槽工艺参数SPC控制图软件,实现标准量化管理;
2)开发槽况统计、分析软件,实现从数据到信息的转换;
3)开发电解槽生产决策软件,实现从信息到知识的转换;
本项目的开发与应用必将推进中铝公司标准量化、精细化作业在更高层次进行,同时提升三度寻优在有序、无序槽况分析及决策方面的智能化、科学化,对节能、降耗,延长槽寿命具有重要的作用。
考核指标:
1)电流效率提高0.2%以上;
2)吨铝直流电耗降低50kWh;
3)电解槽寿命平均延长100天。
九、项目的主要技术特点和创新点
1、项目的主要技术特点
1)首次将具有电解工艺特色SPC软件引入到电解槽日常生产数据分析中;
2)首次将电解槽的槽况广义化,提出“亚健康槽”概念;
3)配合“三度寻优”,实现电解槽生产的智能化决策;
4)研究电解槽广义槽况序列与广义生产决策序列的规律,及时有效地制定电解槽宏观管理决策。
2、项目预期取得的成果
1)铝电解槽工艺参数SPC控制图软件;
2)槽况统计、分析软件;
3)电解槽生产决策软件。
3、成果应用前景分析
项目成功后,可以在青海分公司268台200kA电解槽上全面应用,将获得可观的经济效益。
并可以在中铝公司及国内铝行业推广应用,取得较好的社会效益和经济效益。
一十、项目的关联行动
北方工业大学:
从1995年起,先后承担了国家经贸委重点项目《智能模糊控制技术在180kA铝电解预焙槽上的开发应用》及国家经贸委技术创新项目《模糊控制技术在大型预焙铝电解系列生产槽上的推广应用》,给企业带来了巨大的经济效益。
2000年《186kA预焙槽智能模糊控制技术在系列生产上的推广》项目获贵州省科技进步一等奖,2004年《铝电解过程智能控制系统及推广应用》项目获国家科技进步二等奖;《大型预焙电解槽信息集成综合控制系统研究与开发》项目获宁夏回族自治区科技进步一等奖。
以李晋宏教授为首的电解铝智能软件研究团队在电解铝生产数据分析与生产智能软件的开发方面具有较强的实力。
2008年完成了青海分公司前期探索性研究项目《电解槽槽况定义及稳定控制研究》,为本项目的开发奠定了坚实的理论研究基础。
一十一、项目总经费预算
单位:
万元
年度
科目
总经费
2009年
20010年
备注
一、设备费
60
60
见明细
二、建安费
三、其他
127
127
1、动力、材料费
2、检测、分析费
3、论证、鉴定费
2
2
4、差旅费
5
5
5、租赁费
6、劳务费
7、外协费
120
120
8、设计、监理费
9、安评费
9、不可预见费用
合计
187
187
设备费明细
序号
设备名称
单位
数量
金额(万元)
1
电解槽数据录入及分析系统
套
1
40
2
电解工艺参数智能助手
台
50
20
合计
60
一十二、项目预期的经济、社会、环境效益分析
1、经济效益分析
铝电解槽生产智能管理与决策系统的开发,提高电流效率可达0.2%以上,节约电力消耗50kwh/t·Al以上,以及延长电解槽寿命100天以上,在青海分公司三电解200kA铝电解槽上推广应用后,每年产生直接经济效益约300万元以上。
2、社会效益
铝电解槽生产智能管理与决策系统对青海分公司铝电解生产节能降耗起到促进作用,可提高电解铝的管理水平,有效配合中铝公司开展的标准量化及三度寻优技术的推广应用,在电解铝行业具有示范作用。
一十三、项目负责人及主要完成人员
项目负责人
序号
姓名
性别
年龄
职务
职称
业务专业
在本项目中承担任务及作用
为本项目工作时间
(人月)
所在单位
1.
戴小平
男
41
副总工程师
教授高工
冶炼
组织方案制定
12
青海分公司
2.
曹继明
男
36
科员
工程师
冶炼
组织方案制定
12
青海分公司
3.
丁心耿
男
43
副厂长
教授高工
计算机
组织方案制定
12
青海分公司
主要研究人员
4.
马晓琴
女
42
副书记
高工
计算机
组织实施
12
青海分公司
5.
张生凯
男
34
副厂长
高工
化学
组织实施
12
青海分公司
6.
雷向军
男
33
副科长
工程师
机械
组织实施
12
青海分公司
7.
王雄
男
34
副科长
工程师
冶炼
组织实施
12
青海分公司
8.
赵西顺
男
33
站长
工程师
自动化
组织实施
12
青海分公司
9.
张明清
女
32
科员
工程师
冶炼
参与实施
12
青海分公司
10.
张勇
男
34
副站长
工程师
自动化
组织实施
12
青海分公司
11.
白国锋
男
25
技术员
助工
计算机
参与实施
12
青海分公司
12.
范得福
男
38
主任
工程师
机械
参与实施
12
青海分公司
13.
周虹
男
33
主任
工程师
冶炼
参与实施
12
青海分公司
合计
一十四、有关附件
青海分公司前期探索性研究项目“电解槽槽况定义及稳定控制研究”研究报告。
- 配套讲稿:
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