廣域銘島數(shù)字科技有限公司（下稱“廣域銘島”）隸屬吉利控股集團，堅持自主創(chuàng)新，深耕汽車產業(yè)鏈，輻射上下游，打造跨行業(yè)跨領域服務生態(tài)，構建全國首個打通汽車產業(yè)全場景、實現(xiàn)多鏈條融合發(fā)展的工業(yè)互聯(lián)網平臺——Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺?；谄脚_構筑制造業(yè)轉型的一體化數(shù)字基座，圍繞數(shù)字化管理、網絡化協(xié)同、個性化定制、智能化制造、服務化延伸等6大領域，面向汽摩及配件、輕工、家電、有色金屬等重點行業(yè)，提供以工業(yè)軟件為核心的低成本、高價值數(shù)字化轉型解決方案服務，推動新一代信息技術與制造業(yè)全要素、全產業(yè)鏈、全價值鏈深度融合。目前廣域銘島已擁有知識產權近200項，參與20余項國家和行業(yè)標準制定，獲得了國家級跨行業(yè)跨領域工業(yè)互聯(lián)網平臺等各級政府10多項榮譽及資質認證。
本解決方案基于Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺和吉利百礦集團有限公司（下稱“百礦集團”）完善的鋁產業(yè)鏈應用場景，提出針對鋁產業(yè)全生命周期節(jié)能降碳的數(shù)字化轉型解決方案。通過構建一個工業(yè)互聯(lián)網數(shù)字化底座，集成通用動力管理、能源管理、雙碳管理、設備管理、火電廠智能配煤管理、火電廠發(fā)電效率提升管理、電解鋁APP等工業(yè)APP，實現(xiàn)能耗量及能耗橋的實時在線監(jiān)控，并以此為輸入，結合機理模型，實現(xiàn)智能決策路徑，形成一整套的面向鋁產業(yè)鏈數(shù)字化運營及能耗優(yōu)化的解決方案，優(yōu)化能源配置，降低能耗及二氧化碳排放，助力鋁行業(yè)雙碳目標實現(xiàn)。
一、項目概況
政府工作報告將“做好碳達峰、碳中和工作”列為2021年重點任務之一，并作為推動傳統(tǒng)產業(yè)綠色發(fā)展、促進經濟轉型升級的重要路徑。廣域銘島致力于利用數(shù)字化手段幫助百礦集團節(jié)能減碳，針對集團電解鋁能耗過高、自備火電廠煤耗過高等痛點問題，構建百礦集團工業(yè)互聯(lián)網平臺，打破產業(yè)鏈上數(shù)據(jù)孤島，沉淀工藝知識，構建火力發(fā)電和電解過程的機理模型，實現(xiàn)智能決策優(yōu)化路徑，達到綠色集約生產，應對能源危機和“雙限”挑戰(zhàn)。
1. 項目背景
（1）國際能源危機及國家雙碳戰(zhàn)略驅動
在全球能源危機背景下，國家提出堅決遏制高耗能高排放項目盲目發(fā)展，重點舉措包括遏制新建、擴建煤電、電解鋁等高耗能高排放項目，出臺煤電、煤化工等產能控制政策，提升高耗能高排放項目能耗準入標準。鋁產業(yè)是有色金屬行業(yè)最大的二氧化碳排放源，存在煤電占比大，電解鋁、氧化鋁能耗指標長期居高不下等問題，降低鋁產業(yè)碳排放是我國實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要保證。
（2）制造企業(yè)向綠色化、數(shù)字化轉型需求迫切
工業(yè)4.0時代背景下，信息化與工業(yè)化深度融合成為爭奪全球競爭優(yōu)勢的關鍵。各國紛紛在信息技術領域發(fā)力，促進新工業(yè)革命在全球迅速興起。制造企業(yè)在生產制造、質量管理、物流管理等多個環(huán)節(jié)存在生產成本高、效率低、能耗大等痛點問題，促使制造企業(yè)逐步由規(guī)模化向綠色化、數(shù)字化轉型，并催生出信息經濟、知識經濟等一批新的商業(yè)生態(tài)。
（3）百礦集團數(shù)字化賦能節(jié)能減碳需求旺盛
百礦集團原屬百色市國有企業(yè)，公司始建于1956年，是廣西主要的褐煤生產基地、全國重要的碳酸錳基地。2018年，百礦集團列入國務院國企改革“雙百行動”404家試點企業(yè)之一，是廣西5家“雙百行動”試點企業(yè)中唯一的一家地級市屬企業(yè)。
百礦集團作為涵蓋采礦-氧化鋁-電解鋁-鋁深加工的鋁產業(yè)全生命周期以及火力發(fā)電的高耗能傳統(tǒng)企業(yè)，在國家雙碳及當前限電的大背景下，有迫切的數(shù)字化轉型需求，尤其是在能耗較高的火力發(fā)電、電解鋁及通用動力節(jié)能等方面，百礦集團將實現(xiàn)節(jié)能降耗作為其首要的戰(zhàn)略目標。
2. 項目簡介
廣域銘島通過Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺，利用其成熟的云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、物聯(lián)網等技術及SaaS化能力，基于百礦集團完善的鋁產業(yè)鏈應用場景，輸出系列基于鋁產業(yè)全生命周期節(jié)能降碳的數(shù)字化轉型解決方案，從綠色集約生產、能源動態(tài)配置及能耗碳排管控等三方面切入，細化工藝綠色化改進、設備上云、設備生命周期管理、能源動態(tài)監(jiān)控、能源平衡優(yōu)化、用電異常預警、能源利用效率提升、能耗用量分析、遠程狀態(tài)監(jiān)測、污染物實時監(jiān)測、超標排放預警、實時碳排放分析、碳資產核查復查、碳管控以及碳交易等15個子項，進行通用動力管理、能源管理、雙碳管理、設備管理、火電廠智能配煤管理、火電廠發(fā)電效率提升管理、電解鋁APP等7個工業(yè)APP的開發(fā)、部署以及迭代，著力打通企業(yè)生產和運營環(huán)節(jié)的能源數(shù)據(jù)鏈條，提升能源管理水平和利用效率，助力行業(yè)雙碳目標實現(xiàn)。
3. 項目目標
本項目通過Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺，打通百礦集團在生產和運營環(huán)節(jié)的能源數(shù)據(jù)鏈條，形成能源智能監(jiān)測、動態(tài)調配、節(jié)能減排、低碳化管理等一整套數(shù)字化節(jié)能減碳解決方案，主要滿足以下建設目標：
（1）1個工業(yè)互聯(lián)網數(shù)字化底座
打造1個涵蓋IIOT平臺、PaaS平臺以及大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)字化底座，完善工廠運行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)治理以及數(shù)據(jù)分析流程，基于能源精細化管理和最優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)的透明可視。
（2）7個工業(yè)APP
實現(xiàn)通用動力管理APP、能源管理APP、雙碳管理APP、設備管理APP、火電廠智能配煤管理APP、火電廠發(fā)電效率提升管理APP、電解鋁APP等7個工業(yè)應用的開發(fā)、部署和迭代。
（3）1套卓越運營方法論
按照診斷、方案設計、標桿工廠試點三個階段打造1套卓越運營方法論，對百礦集團開展運營管理優(yōu)化。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
1.項目總體架構
本項目總體框架可概括為“1個工業(yè)互聯(lián)網數(shù)字化底座+7個工業(yè)應用+1套卓越運營轉型方法論”。廣域銘島為百礦集團搭建起一個工業(yè)互聯(lián)網平臺，并以平臺為基礎實現(xiàn)企業(yè)設備及能源上云，在產業(yè)鏈數(shù)據(jù)可視的前提下，在火力發(fā)電、電解鋁、通用動力等方面研發(fā)各類能源優(yōu)化算法模型，并形成若干工業(yè)應用，提供智能決策優(yōu)化路徑，降低對工藝專家知識的依賴，提供“專家賦能，數(shù)據(jù)驅動”為特征的工廠綠色低碳解決方案。如下圖所示：
圖1 解決方案框架
2. 數(shù)字化底座架構
廣域銘島為百礦集團打造1個數(shù)字化底座，縱深涵蓋IIOT平臺、PaaS平臺以及大數(shù)據(jù)平臺。
（1）IIOT平臺
圖2 IIOT平臺構架
IIOT平臺主要分為邊緣計算（“端”）與物聯(lián)網平臺（“云”）兩部分，其中邊緣計算的載體為智能工業(yè)網關和運行時軟件框架，以百礦集團各種工業(yè)設備和系統(tǒng)的接入、數(shù)據(jù)預處理、現(xiàn)場側的實時計算為主，平臺以物模型構建，設備連接狀態(tài)及健康狀態(tài)管理，數(shù)據(jù)匯總、存儲和數(shù)據(jù)建模與服務為主。邊緣端與平臺端以MQTT為主要通訊協(xié)議，完成數(shù)據(jù)上報、指令反饋、遠程控制等多種功能。物聯(lián)網平臺對外部提供大數(shù)據(jù)、人工智能等相關平臺的連接與調用能力，以及服務的發(fā)布能力。
（2）PaaS平臺
圖3 PaaS平臺構架
PaaS平臺對底層基礎設施和數(shù)據(jù)中心不敏感，可以平滑納管物理機、私有云、公有云等多種異構基礎設施，同時可以支撐多數(shù)據(jù)中心并將應用負載進行有效平衡，也可以有效保障數(shù)據(jù)在多分區(qū)的安全隔離和相互備份。采用先進的容器和大規(guī)模集群管理技術構建容器云平臺，借助容器的輕量級、標準化和彈性資源供給等能力，將工業(yè)應用進行標準化封裝并有效的自動化管理，提升應用的上云速度和能力。
（3）大數(shù)據(jù)平臺
圖4 大數(shù)據(jù)平臺構架
通過平臺實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)資產統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一運營及算法的適配及調用，基于應用場景驅動，持續(xù)提升基礎平臺能力，不斷完善大數(shù)據(jù)基礎支撐體系。以企業(yè)業(yè)務部門實際訴求為根本，建立大數(shù)據(jù)應用驅動智慧運營體系。將大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)與業(yè)務需求下的算法模型進行應用，從而通過數(shù)據(jù)、算法、算力，再通過應用級的服務進行使用。
2. 具體應用場景和應用模式
廣域銘島從綠色集約生產、能源動態(tài)配置及能耗和碳排放管控等方面切入，為百礦集團開發(fā)、部署7個工業(yè)APP，打通業(yè)務數(shù)據(jù)鏈條，其運行狀態(tài)可以通過一個中央工作臺實現(xiàn)透明化、隨時可調用。
（1）通用動力管理APP
提供風機、空壓機、循環(huán)水等通用動力設備管理。風機優(yōu)化通過建立布袋、煙道入口、煙道出口、風機、脫硫塔的設備模型，對參數(shù)實時監(jiān)控，自動優(yōu)化風機的開啟臺數(shù)、運行頻率，達到運行效率最大化。空壓機優(yōu)化涵蓋供需平衡、空壓機設備效率提升兩部分：供需平衡通過IIOT平臺實時采集空壓機出口、用能端入口（電解槽、陽極車間、打料罐）、壓縮空氣管路的壓力、流量信息，結合算法模型，輸出推薦的壓縮空氣供氣壓力；設備效率提升是建立空壓機、干燥機設備模型，在給定壓縮空氣需求下，合理分配設備開關、設備頻率，以達成以最少的電耗滿足用氣需求。循環(huán)水系統(tǒng)是用于現(xiàn)場設備、產品降溫的系統(tǒng)，主要由換熱器、管道、循環(huán)泵組成。循環(huán)水優(yōu)化通過監(jiān)控用能端的實時溫度與流量信息，結合工藝要求和計量模型優(yōu)化，實現(xiàn)循環(huán)泵的開關與頻率調整，反饋到制冷機設
備，調整設備運行效率，達到制冷效率最大化、降低能耗。
圖5 通用動力管理APP
（2）能源管理APP
通過采集智能表計、電解槽槽控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，自動計算、監(jiān)控表計狀態(tài)、能源參數(shù)信息等，達成能源異常狀況的快速反饋?；谀茉礆v史數(shù)據(jù)，進行綜合能耗、噸鋁能耗、能耗成本、能耗指標的多維度分析，推動能耗優(yōu)化決策。
圖6 能源管理APP
（3）雙碳管理APP
通過IIOT平臺自動采集各系統(tǒng)、設備的能耗、碳排數(shù)據(jù)，并通過碳排放評估模型，對企業(yè)制造過程碳排放的識別、監(jiān)測、核算、報告，實現(xiàn)企業(yè)碳資產管理。同時提供“專家賦能、數(shù)據(jù)驅動”的方案，從運營、工藝、能耗、技術等全鏈路優(yōu)化碳排放，挖掘工廠節(jié)能空間實現(xiàn)企業(yè)精準降碳、智能降碳，助力企業(yè)實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。
圖7 雙碳管理APP
（4）設備管理APP
設備管理APP對設備關鍵參數(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)控和預測，對生產設備達到智能維護的作用，減少設備的維護成本以及產線非停率，提高產線利潤。
圖8 設備管理APP
（5）火電廠智能配煤管理APP
通過協(xié)同采購、煤源供應商、檢驗和配煤等部門，對實際混煤數(shù)據(jù)（包括混合煤熱值、水份、硫份、皮帶上煤速度、磨機能力、脫硫脫硝能力等）進行大量分析，充分考慮產地、成分等內外部因素，以發(fā)熱量、發(fā)電量和成本為目標，根據(jù)各單煤煤質與混煤煤質的關系，采用支持向量機建立混煤煤質預測模型，并對強制控制配煤煤種或配比極值等約束條件進行優(yōu)化，使用進化算法建立群體進化配煤模型。根據(jù)鍋爐試燒結果，選擇最優(yōu)的配煤摻燒方案，實現(xiàn)配煤經濟效益和能源效益的優(yōu)化。
圖9 火電廠智能配煤管理APP
（6）火電廠發(fā)電效率提升管理APP
通過建立典型燃煤發(fā)電機組運行經濟性診斷的數(shù)學模型，開發(fā)機組在線節(jié)能診斷系統(tǒng)，獲得機組運行的主要經濟指標，定量診斷主要節(jié)能大小分布及其場所，并優(yōu)化設備運行參數(shù)，提升火電廠發(fā)電效率。
圖10 火電廠發(fā)電效率提升管理APP
（7）電解鋁APP
電解鋁APP包含槽修管理、陽極管理、出鋁管理、電解鋁工藝自優(yōu)化四大應用：
槽修管理：基于IIOT平臺采集槽狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)，在工廠、工區(qū)、單槽的維度對槽狀態(tài)進行分析和預測，持續(xù)跟蹤模擬槽狀態(tài)，提前對異常進行預警。
圖11 槽修管理應用
陽極管理：包含換極排程、換極過程管理、換極監(jiān)控、問題管理、物料管理、指標統(tǒng)計六部分。通過陽極消耗大數(shù)據(jù)分析模型、陽極二維碼追溯、換極過程標準化管控等方法及工具以及電解槽運行數(shù)據(jù)，建立陽極消耗曲線與各變量之間的關系模型，預測每一個陽極消耗的速度和使用到期的時間，實現(xiàn)物耗成本及能耗成本的節(jié)約。
圖12 陽極管理應用
出鋁管理：打通槽控系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)，實現(xiàn)出鋁量的智能預測、自動排包、實際出鋁量校正，并根據(jù)槽況對指示出鋁量進行智能推薦，減少人工經驗設置出鋁量的偏差問題。
圖13 出鋁管理應用
電解鋁工藝自優(yōu)化：利用統(tǒng)計學和機器學習相關理論和方法，設計電解鋁單耗在線預測、監(jiān)控、故障診斷系統(tǒng)和電解鋁工藝優(yōu)化模型，實現(xiàn)高效精準運維管理。
圖14 電解鋁工藝自優(yōu)化
3. 其他亮點
廣域銘島為百礦集團打造了1套卓越運營方法論，成為數(shù)字化轉型中的重要環(huán)節(jié)。通過卓越運營的方法論，一是對百礦集團開展運營管理優(yōu)化，二是通過調研診斷分析，尋找與行業(yè)最優(yōu)值的差異，并通過人工智能相關的技術開展“峰值變常量”的優(yōu)化方案尋源，從而將優(yōu)化方案沉淀為數(shù)字化模型，封裝在工業(yè)互聯(lián)網平臺上；三是通過卓越運營優(yōu)化，為百礦集團培養(yǎng)和塑造一批對鋁行業(yè)運營管理、生產工藝及工業(yè)互聯(lián)網熟練掌握的全能型復合型人才。
三、下一步實施計劃
本項目具有極強的可推廣性和示范性，基于Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺的基礎核心能力，通過由點到面+橫向鋪排+縱向深耕的方式進行探索。
1. 2021年（落實到點，試點先行）
百礦集團工業(yè)互聯(lián)網平臺研發(fā)和上線，基于本項目沉淀方法論和數(shù)字化模型。
2. 2022年（由點及面，合縱連橫）
不斷挖掘百礦集團在氧化鋁、鋁加工制造等其他環(huán)節(jié)的數(shù)字化轉型解決方案，并將模型沉淀在平臺上，并將百礦打造成標桿案例向百色市及中國的其他省市地區(qū)復制推廣。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
（1）創(chuàng)新孵化出鋁產業(yè)鏈工業(yè)互聯(lián)網數(shù)字化模型
數(shù)字化模型對實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網平臺將工業(yè)的技術原理、行業(yè)知識、基礎工藝、模型工具規(guī)則化、軟件化、模塊化，封裝為可重復使用的組件至關重要。本項目孵化出的數(shù)字化模型包括配煤優(yōu)化、槽況分析、陽極效應預測模型、過熱度分析模型、電解槽漏液監(jiān)測以及火電廠控制系統(tǒng)預測性監(jiān)測等。經過百礦集團大量的數(shù)據(jù)驗證，具備狀態(tài)感知、實時分析、科學決策、精準執(zhí)行等特點，是一次基于工業(yè)互聯(lián)網賦能鋁產業(yè)全生命周期的創(chuàng)新。
（2）創(chuàng)新打出“運營優(yōu)化+工藝優(yōu)化”組合拳
2020年以來，受制于國內外政經局勢和新冠疫情影響，全球經濟增長放緩，貿易摩擦頻繁，全球產業(yè)鏈面臨新一輪重構。在市場環(huán)境變動加劇的背景下，百礦集團為應對變革挑戰(zhàn)，專注創(chuàng)造更靈活、更具成本效益和更有效的運營模式和生產模式。但在運營優(yōu)化和轉型的過程中存在缺乏戰(zhàn)略眼光、系統(tǒng)性方法和工具缺失、固有經驗束縛、缺乏實踐參考、內部意見沖突及執(zhí)行力欠缺、無法將運營優(yōu)化的知識和經驗封裝成方法論等痛點，因此需要運營優(yōu)化與工藝優(yōu)化雙措并舉，在管理及生產兩個維度上開展革新。
該項目創(chuàng)新開展基于百礦集團的“卓越運營轉型方案”，并將診斷評估成果通過Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺的技術能力沉淀為方法論，封裝成工業(yè)知識，實現(xiàn)可復用、可傳承，是工業(yè)互聯(lián)網與智慧管理之間的有機結合及大膽嘗試。
2. 實施效果
（1）經濟效益
根據(jù)本解決方案落地經驗來看，對于年產50萬噸電解鋁的企業(yè)而言，預計后續(xù)成本優(yōu)化達到5000-7000萬每年。在火力發(fā)電環(huán)節(jié)，實現(xiàn)度電煤耗降低6克以上；在電解鋁生產環(huán)節(jié)，穩(wěn)定槽電壓≤3.96V，電流效率≥93%，直流電耗下降≥150kWh/t-Al；在通用動力節(jié)能環(huán)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)能收益13%。
以電解鋁產量4000萬噸水平為例，以當前落地效果估算，如果能實現(xiàn)直流電耗下降≥150kWh/t-Al效果，至少能夠降低電解鋁行業(yè)企業(yè)成本約15億元/年，產生的經濟效益及節(jié)能收益相當可觀。
（2）社會效益
Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺+鋁產業(yè)數(shù)字化節(jié)能降碳解決方案具有巨大社會效益。全球氣候變化是21世紀人類面臨的重大挑戰(zhàn)，隨著人類活動對全球氣候的影響，氣候危機幾近無處不在。我國是全球最大的碳排放國，應對氣候變化事關國內國際兩個大局，是參與全球治理和堅持多邊主義的重要領域。廣域銘島助力百礦集團鋁產業(yè)進行數(shù)字化轉型升級、節(jié)能降碳，是對產業(yè)政策引導的實時響應，推動鋁產業(yè)低碳轉型提速。
（3）可推廣性和復制性
從鋁產業(yè)整體發(fā)展的情況來看，該解決方案具有廣闊的應用空間。從需求側來看，我國是全球最大的鋁生產國和消費國，鋁產業(yè)規(guī)模及消費需求呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢；從供給側來看，鋁產業(yè)屬于朝陽產業(yè)，具有蓬勃的生命力，是材料產業(yè)的重要組成部分。近十年來，隨著國內鋁產業(yè)發(fā)展速度的加快，在產業(yè)規(guī)模和生產技術等方面已接近世界先進水平，為數(shù)字化節(jié)能減碳解決方案的推廣、部署和應用奠定了良好的基礎。
中國的鋁產業(yè)鏈完整、整體規(guī)模巨大，且所有鋁行業(yè)企業(yè)在利用火力發(fā)電和拜耳法制備電解鋁的工藝流程基本相似，同時Geega（際嘉）工業(yè)互聯(lián)網平臺將工程技術人員的知識與Know-how以工業(yè)機理模型的方式學習并沉淀，封裝在工業(yè)軟件中，實現(xiàn)知識工業(yè)化進程中產生的許多核心技術和知識產權積累、傳承及可復用。