CN105467946A - 一种基于精确感知与智能决策的铝电解mes系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，该系统包括用于检测铝电解实时生产数据的电解槽在线检测装置（1）；用于汇集实时生产数据的在线检测数据汇集器（10）；用于获取操作人员位置信息的智能移动终端（2）；厂区无线货有线网络（3）；用于信息显示的生产看板（4）；信息集成平台（5）；基于生产过程实时数据的生产管理系统（6）；铝电解过程能效管理系统（7）；基于电解槽（11）实时生产数据的专家操控系统（8）；用于生产调控的智能控制器（9）。本发明能够提高铝电解生产管控的精细化程度与自动化水平，提高管理效率，减小人员技术与管理水平差异对铝电解生产带来的影响。

Description

一种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统

技术领域

本发明涉及铝电解生产管控系统技术领域，具体涉及一种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统。

背景技术

长期以来，节能、降耗、减排的问题一直困扰电解铝生产企业，随着铝电解行业节能降耗、高效生产需求的日益增长，世界铝工业界对控制技术和管理技术在铝电解生产中的应用十分关注。

在铝电解生产过程中，科学的一体化调度人、财、物资源和提高电解槽的管控水平，是提升电流效率和降低能耗的关键。但是目前的电解槽生产控制仅依靠系列电流和电压作为输入量，信息不完整，致使控制水平低；铝电解槽的换极、出铝等操作，仅依靠人工经验判定、依靠铝电解原理和经验实施控制，缺乏标准化流程，致使生产指标差且不稳定；生产过程的评估考核、生产过程的监控和管理、生产成本的控制等科学性不足、管理不规范、手段落后，导致产品质量不稳定、效率低、能耗高、污染大；能效利用率低下；设备维护维修不及时导致生产受影响甚至发生漏停槽等大事故；综上，现在的铝电解生产管理粗犷，节能高效环保水平低，行业急需相关的技术进步。

铝电解是一个复杂的电化学过程，电、磁、热、力、流多物理量和浓度相互关联，测量困难，对于日益大型化的电解槽控制而言，存在检测不精确、不实时的不足，致使控制水平低，各项技术指标差，因此对电、磁、热、力、流多物理量和浓度进行在线检测，并将其纳入控制系统是目前电解生产的努力方向；另一方面，现有的铝电解槽生产管理多依靠人工完成，如：换极、出铝等操作，出铝时机和出铝量、换极过程等过多依靠人的经验进行判定，缺乏标准化的操作流程，致使不同的人管理电解槽会得到不同的效果；第三：电解生产操作水平参差不一，电解效率难于达标且无法对操作工人及车间管理技术人员达到有效统一的考核；第四，电解生产计划和任务排产都是传统的按计划下达，一旦有生产和市场波动，往往造成及计划不能完成或排产陷入混乱的局面；第五，各班次交接需要召开班后总结和班前准备耗用一定生产时间，造成工作效率低下；第六，全厂能效管理水平低，除生产必须外各种跑冒滴漏不能及时发现，造成水、电、气等资源大量浪费；第七：由于现有电解使用的设备的传统的维护和修理都是按经验人工做计划进行备料准备，一旦有变或突发事件，往往无法满足修理要求造成生产停工，同时对异常槽无法预判造成更大的损失。因此目前现有的电解槽控制技术缺乏电、磁、热、力、流和浓度的实时数据，仅依靠铝电解原理和经验实施控制，导致现有的电解控制系统节能增效的能力有限。

MES作为面向车间的生产过程管理与实时信息系统，能解决车间生产任务的执行问题，填补了上层生产计划与底层工业控制之间的鸿沟，通过对能流、物流、设备状态等进行实时监测与协调优化控制，达到快速响应制造及降低能耗的目标。因此，针对行业特点，研究生产运行管理模型、槽况监测技术、成本控制方法等关键技术，开发面向铝电解行业的自主知识产权MES解决方案和MES产品，提高MES系统对铝电解工厂过程和业务过程持续变化的适应能力，具有重要的现实意义。

国外MES厂商将企业运营管理理念融入到相应的软件产品，高效地设计、管理和运营制造与供应链的相关业务，并把ERP层、MES层和DCS层进行整合。典型的系统有：1)Honeywell.Honeywell公司基于Uniformance平台实现的MES产品，是一个一体化的业务系统数据库，业务模块和平台是紧耦合关系。2)PSI-BT的PSIMetal产品，是针对钢铁行业的应用系统，核心是工厂模型。3)西门子公司的SIMATICIT产品，建立了平台化、组件化的构架及其大量的控制单元库和各行业的典型工艺流程库，是以生产工艺流程为核心的MES产品框架和解决方案。4)Apriso公司的FlexNet产品是基于WebServices的MES套件，面向汽车、家电、电子、制药等行业，提供整个供应链和生产过程的解决方案。国内流程工业领域的MES软件通过十五期间的积累，已经涌现了具有市场竞争力的国内MES软件供应和集成商，如石化盈科、浙江中控、上海宝信、首自信等。主要MES厂商和系统方案有：①石化盈科的S-MES；②浙江中控的ESP-Suite；③首钢自动化信息技术公司的Q-MES等。

分析国内外MES技术和产品，可以看到现有的MES产品一部分来自于原底层自动化供应商，还有一部分来自于企业资源管理和供应链管理的供应商，均具有较强的行业针对性，通用性不强，例如：S-MES的主要应用于石化行业，对于复杂的铝电解电化学过程，如果将这些产品应用到铝电解生产行业，难以解决不确定因素多、在线检测难、管理复杂等问题，势必进行更大规模的二次定制开发工作，因此相关产品不具备在铝行业的推广价值。为此，在电解铝行业，法铝、美铝等世界先进铝工业企业一直在探索MES定制解决方案，在生产成本控制和车间操作管理进行了大量的研究和实践，并将ERP层、MES层和DCS层进行整合，取得了一定的效果，但是在生产质量的评估和管理、槽况监测等方面仍有许多不足，也没有形成规范的产品和解决方案，还有许多管理和技术问题需要进一步探索和完善。

为此，需要综合运用最新信息技术和运筹学、统计学理论，研发槽况分析模型、成本分析模型、质量管理评估模型、生产运行管理专家系统模型和企业服务总线技术，结合铝电解企业的实际和在线检测技术的最新成果，开发铝电解MES系统，实现电解槽的高效节能生产、高效管理和资源的高效使用，降低运行成本，提高劳动效率。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种基于精确感知和智能决策的铝电解MES系统，以实现电解槽的高效节能生产、高效管理和资源的高效使用，降低运行成本，提高劳动效率。

本发明的技术方案是这样的：

本发明的这种实现铝电解精确感知和智能决策的方法是这样的：

它采用电解槽在线检测装置、智能移动终端、智能卡（如RFID）实现对电解过程数据和全厂管理信息的精确感知；通过无线或有线网络传递数据和信息，信息集成平台实时获取数据和信息，进行计算、存储和显示；通过基于生产过程实时数据的生产管理系统，实现排产、调度等生产管理；通过基于电解槽实时生产数据的专家操控系统，对电解槽进行控制与操作管理；通过铝电解过程能效管理系统，进行能源质量分析和能源管理，及时统计能耗指标，优化调度关键设备的使用。

生产管理系统通过实时获取的电解过程数据、全厂管理数据、设备信息和个人位置信息，在分析槽况、成本、质量、能效的基础上，推理出生产决策和管理策略，并通过生产看板、计算机终端和移动终端，以数据、视频、图像的方式指导管理人员和工人操作，通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表，而且不同班次的管理人员和工人可通过移动终端完成交接班，不需要班前准备和班后总结。

能效管理系统先通过数据采集单元采集铝电解过程中水电气设备的能耗数据，然后将采集到的数据传输至铝电解SCADA系统中，然后通过大数据分析和处理单元对铝电解SCADA系统中的大数据进行分析和处理，获得铝电解生产节能降耗的规律，从而建立铝电解过程能效管理知识库和智能调度推理机，实现对全厂水电气进行优化调度、集中监控、统一管理，并通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表。

专家操控系统通过采集电解槽电流分布、温度分布、氧化铝浓度、铝液界面形状的在线检测数据和其他生产过程数据，对阳极消耗、热平衡、氧化铝浓度变化进行分析，推理出管控策略，通过智能控制器进行调控，部分需要人工完成的调控，通过生产看板和智能移动终端，以数据、视频或图像的方式传递给管理人员和操作人员指导操作。

本发明的这种铝电解MES系统是基于精确感知与智能决策的MES系统，那么下面分别就精确感知和智能决策两个方面进行说明。

为实现精确感知，本发明采用了电解槽在线检测装置，这些电解槽在线检测装置包括电解槽电流分布数据检测装置、电解槽温度分布数据检测装置、电解槽氧化铝浓度检测装置、电解槽铝液界面形状检测装置。这些检测装置可以实时检测出铝电解生产过程中的实时生产数据。同时，本发明还采用了智能移动终端，该智能移动终端由参与铝电解生产的所有生产人员各自携带，从而可以实时获取个人位置等信息。上述获得的电解槽实时生产数据和生产人员的个人位置等信息通过无线或有线网络（各厂区既有网络）上传至一个信息集成平台。该信息集成平台可采用现有的公共平台，如一些网站提供的平台，或者采用独立开发的专用平台。由于所有有关铝电解生产的数据和生产人员的信息都能够实时汇集到信息集成平台，从而实现了对铝电解生产过程的精确感知。

信息集成平台包括通讯接口和数据库，通讯接口包括ERP接口和DCS接口，数据库包括数据层、服务层和应用层。信息集成平台具有无线、有线、RFID、传感和服务的架构，可通过企业服务总线技术接入多种协议的无线或有线设备（包括在线检测装置、计算机终端、摄像装置和移动终端等），并根据相关协议与接口规定，输入和输出现场在线采集和生产过程中多种格式的实时数据、视频和图像；可计算、存储、显示电解槽在线检测、控制和生产管理等实时数据，实现数据处理、逻辑推理和无线与有线信息传输，并提供与DCS系统和ERP系统的接口，进行应用集成。

信息集成平台采用webcervice实现各应用程序间的实时数据交换与调用，对传输来的实时数据按时间序列存入实时数据库，并对数据进行计算、分类，通过接口适配器传输给ERP和DCS，采用ETL工具实现与ERP及DCS数据库系统的数据交换和共享。信息集成平台汇集的电解槽在线检测、控制和生产管理的数据通过监视器或移动终端可实时显示。对关键数据进行加密，只有具有一定权限的管理员才能查询或调用数据，保证数据的安全性及保密性。

在精确感知铝电解实时生产数据的前提下，本发明的MES系统还实现铝电解生产的智能决策，具体包括以下几个部分：基于生产过程实时数据的生产管理系统；铝电解过程能效管理系统；基于电解槽实时生产数据的专家操控系统和智能控制器。

（1）基于生产过程实时数据的生产管理系统包括基于信息技术和运筹学、统计学理论的槽况分析、成本分析、质量管理评估、能效分析等模型，具有生产策略选择、计划管理、排产与调度、生产过程操作、绩效管理、设备管理、能效管理、报警及预警等模块和基于群集协调的基础服务与应用套件。

生产管理系统通过智能卡（如RFID）、在线检测装置、移动终端等实时获取全厂生产数据、设备信息和个人位置信息，经槽况分析、成本分析、质量管理评估、能效分析等模型处理后，得到生产和管理指导数据，并通过生产看板、计算机终端和移动终端，以数据、视频、图像的方式传递给管理人员和操作人员，指导生产和管理，而且不同班次的管理人员和操作人员可通过移动终端完成交接班，不需要班前准备和班后总结；同时管理人员和操作人员在岗状况和生产作业的操作时间、完成质量等，也通过智能卡（如RFID）、在线检测装置、移动终端等进入系统，作为绩效考核依据。

经相关模型分析和处理后，得到生产和管理指导数据，并通过生产看板、计算机终端和移动终端，以数据、视频、图像的方式指导管理人员和工人操作，而且不同班次的管理人员和工人可通过移动终端完成交接班，不需要班前准备和班后总结。

如交接班时，采用电解槽生产管理系统、获取全厂各车间各班组个人班次基本信息生成员工排班表；根据生产操作记录的各项数据及现场巡检的记录，同时分析上一班任务是否完成及未完成任务的紧急程度，通过厂区网络上传至信息集成平台。通过基于生产过程实时数据的生产管理系统，给出生产交接班的各项记录，并通过智能移动终端和生产看板，传递给下一班的操作人员，同时通知接班人员优先处理的任务。

在生产管理系统中，生产策略选择是基于铝锭价格、铝锭产量、电耗成本、阳极成本、氧化铝成本等影响因子的多目标决策模型，企业可根据实时采集的生产数据和设备折旧情况，结合电价、原材料、地区人工成本等市场变化信息，进行吨铝生产综合成本和利润分析，给出利润最大化的生产策略，指导企业生产经营。由于在本发明中，首先将上述这些信息采集至信息集成平台中，系统在自动感知这些信息的前提下，能够自动选择最优生产策略，从而避免因由人的思维来决定生产策略所带来的延滞和主观判断失误，从而实现智能决策。

另外，生产管理系统中主要包括以下模块：自动排产模块；计划管理模块；生产过程操作绩效管理模块；设备管理模块。

自动排产模块能自动分析厂区内电解生产天车（多功能机组）等设备的能力和管理员、工人的能力，并依据生产计划，进行任务排产、天车归属分配、天车时间设置等，实现操作任务分配、操作时间控制、设备使用等安排。

计划管理模块具有产量计划编制、原材料计划编制、经济技术指标计划编制、大宗原材料供应计划编制、各车间产量计划跟踪、产品及原材料质量计划跟踪、经济技术指标计划跟踪、大宗原材料供应计划跟踪、生产经营计划数据查询、生产经营实际数据查询、产品产量分析、产品结构分析功能，并可对电解生产中各种非正常工况和效应、漏槽、槽温异常等异常情况进行预警及报警。

生产过程操作绩效管理模块可以实时读取信息集成平台中的电解过程在线检测数据、全厂生产数据和个人位置信息，对管理员和工人的操作信息及其相应的电解槽运行情况进行分析，按照绩效评价模型，对工作量和每项操作的完成时间、完成质量等进行评价，还可根据管理人员和操作人员的位置信息，考核相关人员的在岗状态，实现对管理员和工人的绩效考核和工作量统计。

设备管理模块可通过信息集成平台实时监测全厂各种关键设备的运行数据，具有全厂设备的原始出厂信息和设备点检、事故、运行状态等记录，并可按照相关设备的运行维护要求，进行设备检修周期分析和设备事故分析，及时给出相关设备是否应该进行检修的决策和预警，同时自动生产设备维修计划和维修材料需求。

（2）铝电解过程能效管理系统包括能耗统计模块、能源管理模块和关键设备使用智能调度模块，可以与全厂SCADA系统无缝连接，进行能源质量分析和能源管理，及时统计综合能耗指标、主要能耗指标、能源消耗总量、各分厂能耗量等数据，并可根据生产负荷变化，优化调度相关电、气、水等关键设备的使用。

它先通过数据采集单元采集铝电解过程中水电气设备的能耗数据，然后将采集到的数据传输至铝电解SCADA系统中，然后通过大数据分析和处理单元对铝电解SCADA系统中的大数据进行分析和处理，获得铝电解生产节能降耗的规律，从而建立铝电解过程能效管理知识库和智能调度推理机，实现对全厂水、电、气等进行优化调度、集中监控、统一管理，并通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表。

（3）基于电解槽实时生产数据的专家操控系统包括电解槽管控知识库和智能控制器，管控知识库通过分析铝电解机理和挖掘电解生产数据建立，智能控制器包括案例和规则推理机，并且专家操控系统可通过信息集成平台实时获取在线检测装置的实时检测数据。

专家操控系统通过采集在线检测装置的实时电解槽电流分布、温度分布、氧化铝浓度、铝液界面形状检测数据和其他生产过程数据（如离线检测数据、车间化学试验数据等），对阳极消耗、热平衡、氧化铝浓度变化等进行分析，推理出抬母线操作、出铝操作、清炉底操作、换极操作、效应处理、槽况异常处理等管控策略，通过智能控制器对影响电流效率、吨铝能耗等的关键指标进行调控，部分需要人工完成的调控，通过生产看板和移动终端，以数据、视频、图像的方式传递给管理人员和操作人员，指导操作。

该系统还用于自动选择生产策略；生产策略是基于铝锭价格、铝锭产量、电耗成本、阳极成本、氧化铝成本等影响因子的多目标决策模型，系统根据实时采集的生产数据和设备折旧信息采集，结合电价、原材料、地区人工成本等市场变化信息，进行吨铝生产综合成本和利润分析，给出利润最大化的生产策略，指导企业生产经营。

本发明的技术效果：本发明的这种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统综合运用最新信息技术和运筹学、统计学理论，利用信息集成平台，将铝电解生产实时数据的检测与生产管理系统、、能效管理系统和专家操控系统相结合，实现电解槽的高效节能生产、高效管理和资源的高效使用，降低运行成本，提高劳动效率。本发明能够提高铝电解生产管控的精细化程度与自动化水平，提高管理效率，减小人员技术与管理水平差异对铝电解生产带来的影响。

附图说明

图1是基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统布置图；

图2是基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统数据流图；

图3是信息集成平台系统结构图；

图4是生产过程实时数据的生产管理系统功能结构图；

图5是电解槽实时生产数据的专家操控系统布置图；

图6是铝电解过程能效管理系统布置图；

图7是铝电解生产策略自动选择示意图；

图8是铝电解生产管理系统逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

先看图1，图1展示了本发明的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统的布置图，从图中可以看出，本发明的这种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统的主要部分有：电解槽11、用于检测电解槽11的电流分布等实时数据的电解槽在线检测装置1、由生产人员随身携带的智能移动终端2（如智能手机、ipad等）、厂区无线或有线网络3、设置在厂区各处的若干生产看板4、用于汇集在线检测装置1检测出的实时数据的在线检测数据汇集器10、对铝电解生产过程实现智能调控的智能控制器9等，另外它还设有一个控制中心，控制中心有一个信息集成平台5，信息集成平台5通过有线网络与在线检测数据汇集器10和智能控制器9连接，信息集成平台5通过无线网络与生产人员随身携带的智能移动终端2连接；这样，电解槽11的实时生产数据和生产人员的实时位置数据等信息通过厂区无线或有线网络3汇集到信息集成平台5。控制中心还设有生产管理系统6、能效管理系统7和专家操控系统8，以实现铝电解生产过程中的智能决策。

看图2，图2展示了本发明的基于精确感知和智能决策的铝电解MES系统的数据流图，从图中可以看到，本发明的MES系统的原始数据分别是产生于电解槽11的在线检测装置1的电解槽生产数据、产生于生产人员随身携带的智能移动终端2的个人位置信息数据和产生于既有的厂区SCADA系统的能耗数据，这些数据经过分析处理后通过多媒体文件上传至信息集成平台5，并归类于图表、数值等进行自动推理，确定管控策略后分别传输至生产管理系统6、能效管理系统7、专家操控系统8和智能控制器9，其中生产管理系统6中的排产表、计划表等和能效管理系统7中的绩效清单等数据经过分类并检查后形成可视化数据分别上传至厂区的生产看板4或个人携带的智能移动终端2实时显示出来，以实现实时指导生产，发现问题及时处理。

看图3，图3是信息集成平台系统结构图，从图中可以看到，信息集成平台5包括：通讯接口和数据库，通讯接口包括ERP接口和DCS接口，数据库包括数据层、服务层和应用层。数据集成平台可通过企业服务总线或移动互联网技术Wifi/RFID等接入多种协议的无线或有线设备（包括在线检测装置、计算机终端、摄像装置和移动终端等），对离线和在线检测数据、视频或图像进行计算、存储、显示。

其中，数据层中的数据又包括结构化数据和非结构化数据，服务层提供查询、计算、传输、信息管理、存储、逻辑推理等服务，应用层则实现显示、用户管理、设备控制、生产运行管理等功能。

看图4，图4是生产过程实时数据的生产管理系统功能结构图，从图中可以看出，在本发明的铝电解MES系统下，分为计划管理、排产调度、交接班管理、投料管理、操作指导专家系统、原铝质量管理、移动化现场操作管理、天车计量管理、设备运维管理、现场安全管理和统计分析等功能模块，将这些功能模块集成生产管理系统6中，从而纳入本发明的铝电解MES系统中。

而其中计划管理下又分为厂级月计划、车间级月计划、产量统计、生产策略优化等；排产调度下又分为优化排产、日常操作调度、抬包调度、换极管理等；交接班管理又分为交接班配置和交接班记录等；投料管理又分为投料量管理和投料状态监控等；操作指导专家系统又分为换极预判、出铝预判、阳极效应预判、破损槽预判等；原铝质量管理又分为过程数据采集、质量SPC分析等；移动化现场操作管理又分为投料管理、点巡检管理、出铝管理、换极管理等；天车计量管理又分为天车校准规则和校准过程跟踪等；设备运维管理又分为设备维护、设备点检、设备润滑、槽生命周期管理、备品备件管理等；现场安全管理又分为安全项配置、监控视频集成、班组安全日志等。

看图5，图5是电解槽实时生产数据的专家操控系统布置图，从图中可以看出，首先，需要将铝电解机理录入电解槽管控知识库12中。通过电解槽11的在线检测装置1检测出的铝电解生产过程的实时生产数据进入信息集成平台5后与电解槽管控知识库12中进行比对，然后进入专家操控系统8中进行智能决策，并通过智能控制器9或智能移动终端2或生产看板4将决策指定下达，并最终反馈回电解槽11中指导生产。

看图6，图6是铝电解过程能效管理系统布置图，从图中可以看出，本发明的能效管理系统是将电解槽生产实时检测数据通过管理系统与既有的厂区铝电解铝电解SCADA系统相结合，而管理系统进行能效分析后，一方面形成统计报表，另一方面针对分析结果进行调度管理，并通过控制器去控制电解槽生产过程的关键设备，例如高压风机、收尘风机、压缩空气等等，最终又反馈至铝电解SCADA系统。其中在管理系统中，设有大数据分析和处理单元以及铝电解生产节能降耗知识库，它先通过数据采集单元采集铝电解过程中水电气设备的能耗数据，然后通过大数据分析和处理单元对大数据进行分析和处理，获得铝电解生产节能降耗的规律，从而建立铝电解过程能效管理知识库和智能调度推理机，实现对全厂水、电、气等进行优化调度、集中监控、统一管理，并通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表。

看图7，图7是铝电解生产策略自动选择示意图，本发明的这种铝电解MES系统提供了生产策略的自动选择方案，从图中可以看到，本发明通过将市场信息，如原材料价格、产品价格等信息进入本发明的MES系统后，根据电解槽生产实时数据与事先的确定目标决策，通过生产管理系统6的自动排产模块、计划管理模块、生产过程操作绩效管理模块、设备管理模块进行策略选择，并通过智能控制器9反馈至生产系统中进行调度，这样又产生新的生产实时数据，而整个系统就能够根据生产实时数据和市场信息自动选择最优的生产策略。

看图8，图8是铝电解生产管理系统逻辑框图，也展示了本发明的基本原理图。从图中可以看到，本发明通过在线检测系统、RFID系统和移动终端等获得生产系统中的实时生产数据，包括铝电解生产过程中设备、人员的数据，并将这些数据汇集至信息集成平台5中，然后结合专家操控系统8，通过生产管理系统6的排产系统选择最优生产策略，最终又通过智能控制器9反馈至生产系统中，形成一个自动循环。整个生产过程不需要人为进行调度，而又MES自动下达指令即可。

本发明提出了基于无线、有线、RFID、传感和服务的架构，提供了信息集成平台的解决方案；通过电流分布、温度分布、界面形状检测、浓度分布在线检测装置；通过基于铝锭价格、铝锭产量、电耗成本、阳极成本、氧化铝成本多目标决策的模块；基于学习型铝电解生产控制与辅助操作专家系统；基于铝电解过程能效评估与分析模型；基于计划管理、排产与调度、绩效管理、设备管理、报警及预警等模块，可根据现场实际进行计划编制和跟踪、绩效考核、工序诊断等；基于数据查询系统及驾驶舱，可进行数据查询和数据分析；基于排产与调度模块，进行电解任务实时管理、任务排产和对核心设备（多功能天车）的归属分配及使用时间管理等；基于报警及预警模块，可对效应、漏槽、槽温异常等进行预警及报警。

实施例1：本发明采用现有工业以太网技术和Wi-Fi技术构建了有线网络和无线网络，采用Windows操作系统、SQL数据库和中科院软件所实时数据库，搭建了信息集成平台；采用中科院沈阳自动化所开发的MES系统中间件SIA-MES，SIA-MES系统作为基础平台和应用套件，开发了应用模块；采用北京科技大学与贵阳铝镁设计研究院有限公司合作开发的电流分布、温度分布、界面形状检测、浓度分布在线检测装置在线检测电解槽生产数据和全厂生产数据，并通过信息集成平台传输至应用系统；采用RFID采集工人位置信息，IPAD作为智能移动终端录入现场生产数据和接收应用系统推理数据。按照上述技术开发和集成了本发明的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统。

具体实施方式如下：采用电解槽在线检测装置1、智能移动终端2，在线检测电解槽生产数据、实时获取全厂生产数据和个人位置信息，通过厂区无线或有线网络3上传至信息集成平台5。通过基于生产过程实时数据的生产管理系统6，在分析槽况、成本、质量、能效的基础上，给出生产策略、生产计划、排产与调度、操作指导、绩效考核、设备维护、能效调度等决策，并通过智能移动终端2和生产看板4，以数据、视频、图像的方式传递给管理人员和操作人员，指导操作；通过基于电解槽实时生产数据的专家操控系统8，在实时分析阳极消耗、热平衡、氧化铝浓度变化等的基础上，推理出抬母线操作、出铝操作、清炉底操作、换极操作、效应处理、槽况异常处理等管控策略，通过智能控制器9对影响电流效率、吨铝能耗等的关键指标进行调控，部分需要人工完成的调控，通过生产看板和移动终端，以数据、视频、图像的方式传递给管理人员和操作人员，指导操作；通过铝电解过程能效管理系统7采集全厂SCADA系统的数据，进行能源质量分析和能源管理，及时统计综合能耗指标、主要能耗指标、能源消耗总量、各分厂能耗量等数据，并根据生产负荷变化，优化调度相关电、气、水等关键设备的使用。

当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种铝电解生产精确感知与智能决策方法，其特征在于：采用电解槽在线检测装置（1）、智能移动终端（2）、智能卡，实现对电解过程数据和全厂管理信息的精确感知；通过无线或有线网络（3）传递数据和信息，通过信息集成平台（5）实时获取数据和信息，进行计算、存储和显示；通过基于生产过程实时数据的生产管理系统（6），实现生产管理；通过基于电解槽实时生产数据的专家操控系统（8），对电解槽进行控制与操作管理；通过铝电解过程能效管理系统（7），进行能源质量分析和能源管理，及时统计能耗指标，优化调度关键设备的使用。

2.根据权利要求1所述的铝电解生产精确感知与智能决策方法，其特征在于：所述生产管理系统（6）通过实时获取的电解过程数据、全厂管理数据、设备信息和个人位置信息，在分析槽况、成本、质量、能效的基础上，推理出生产决策和管理策略，并通过生产看板（4）、计算机终端和移动终端（2），以数据、视频、图像的方式指导管理人员和工人操作，通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表，而且不同班次的管理人员和工人可通过移动终端完成交接班，不需要班前准备和班后总结。

3.根据权利要求1所述的铝电解生产精确感知与智能决策方法，其特征在于：所述能效管理系统（7）先通过数据采集单元采集铝电解过程中水电气设备的能耗数据，然后将采集到的数据传输至铝电解SCADA系统中，然后通过大数据分析和处理单元对铝电解SCADA系统中的大数据进行分析和处理，获得铝电解生产节能降耗的规律，从而建立铝电解过程能效管理知识库和智能调度推理机，实现对全厂水电气进行优化调度、集中监控、统一管理，并通过驾驶舱提供各种数据、图形和图像报表。

4.根据权利要求1所述的铝电解生产精确感知与智能决策方法，其特征在于：所述专家操控系统（8）通过采集电解槽电流分布、温度分布、氧化铝浓度、铝液界面形状的在线检测数据和其他生产过程数据，对阳极消耗、热平衡、氧化铝浓度变化进行分析，推理出管控策略，通过智能控制器（9）进行调控，部分需要人工完成的调控，通过生产看板（4）和智能移动终端（2），以数据、视频或图像的方式传递给管理人员和操作人员指导操作。

5.一种基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于它包括：SCADA系统；用于检测铝电解实时生产数据的电解槽在线检测装置（1）；用于汇集实时生产数据的在线检测数据汇集器（10）；用于获取操作人员位置信息的智能卡或智能移动终端（2）；厂区无线或有线网络（3）；用于信息显示的生产看板（4）；信息集成平台（5）；基于生产过程实时数据的生产管理系统（6）；铝电解过程能效管理系统（7）；基于电解槽（11）实时生产数据的专家操控系统（8）；用于生产调控的智能控制器（9）。

6.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：信息集成平台（5）是工业云平台，具有无线、有线、RFID、传感和服务的架构，可通过企业服务总线技术接入不同协议的无线或有线设备，并根据相关协议与接口规定，输入和输出现场在线采集和生产过程中多种格式的实时数据、视频和图像；可计算、存储、显示电解槽在线检测、控制和生产管理等实时数据，实现数据处理、逻辑推理和无线与有线信息传输，并提供与DCS系统和ERP系统的接口，进行应用集成。

7.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：所述生产管理系统包括自动排产模块、计划管理模块、生产过程操作绩效管理模块和设备管理模块；所述自动排产模块用于自动分析厂区内电解生产天车设备的能力和管理员、工人的能力，并依据生产计划，进行人员任务安排、天车归属分配、天车时间设置、出铝车和阳极拖车调度，并对电解生产中各种非正常工况和效应及异常情况进行预警及报警；所述计划管理模块用于计划编制、计划跟踪、数据查询、质量分析、产能分析功能；所述设备管理模块用于实时监测设备的运行状况，给出相关设备是否应该进行检修的决策。

8.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：所述生产过程操作绩效管理模块以在线检测和实时采集数据为基础，通过对管理员和工人的操作信息及其相应的电解槽运行情况进行分析，评价每项操作的完成时间、完成质量，并根据管理人员和操作人员的位置信息，考核相关人的在岗状态，实现对管理员和工人的绩效考核和工作量统计。

9.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：所述铝电解过程能效管理系统（7）包括能耗统计模块、能源管理模块和关键设备使用智能调度模块，铝电解过程能效管理系统（7）用于与全厂SCADA系统无缝连接，进行能源质量分析和能源管理，及时统计能耗数据，并根据生产负荷变化进行优化调度。

10.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：所述专家操控系统（8）包括电解槽管控知识库（12）和智能控制器（9），管控知识库通过分析铝电解机理和挖掘电解生产数据建立，智能控制器（9）包括案例和规则推理机，专家操控系统（8）的推理以信息集成平台（5）实时获取的生产管理信息和电解过程在线检测数据为基础。

11.根据权利要求5所述的基于精确感知与智能决策的铝电解MES系统，其特征在于：该系统还用于自动选择生产策略；它是基于铝锭价格、铝锭产量、电耗成本、阳极成本、氧化铝成本的影响因子的多目标决策模型，可根据生产数据和设备折旧信息等的实时采集，结合电价、原材料、地区人工成本等市场变化信息，进行吨铝生产综合成本和利润分析，给出利润最大化的生产策略，指导企业生产经营。