20xx年铝冶炼制造执行系统关键技术研发项目建议书(编辑修改稿)

20xx年铝冶炼制造执行系统关键技术研发项目建议书(编辑修改稿)内容摘要：

形成行业 MES 技术标准：通过该项目的建设，在完成相关技术研制和示范项目 建设基础上，逐步形成行业 MES 规范标准，进一步促进行业 MES 应用。 满足行业迫切需求：该项目技术是行业迫切需要的关键，不仅是国家节能减排的要求，也是企业自身发展、实现成本控制的要求。 行业企业具备良好的项目基础：目前国内铝冶炼企业在综合自动化、网络应用和软件应用方面，均已经具有一定的现场基础，为该项目的建设和实施奠定了基础。 综上所述，该项目具有良好的适用性，现有条件基本具备，项目技术适用现有生产工业和生产条件。 紧迫性需求分析 国家政策导向要求铝冶炼企业节能降耗 作为负责 任 的经济大国，我国在 近期召开的哥本哈根世界气候大会上作出2020 年的节能减排承诺： 加强节能、提高能效工作，争取到 2020 年中国单位 GDP二氧化碳排放将比 20xx 年下降 40%45%。 为了该目标的实现，国家关停了部分高污染、高能耗的企业。 铝冶炼 行 业作为高能耗、高污染行业，节能减排压力巨大，急需采用科学有效的工具来实现行业的整体节能、减排目标，而铝冶炼 MES系统建设目标恰恰能够有效减低铝冶炼企业能耗。 目前距离 2020 年已近在咫尺，而节能减排目标压力巨大，作为高能耗、 高排放 特点突出的铝工业迫切需要采用该系统来实现节能减排目标。 另外 ，铝冶炼是一种 高能耗 、重污染行业，但铝又是一种节能金属，生产1Kg 的电解铝，现在我们的技术只需要 14 度电，一公斤电解铝运用到汽车领域、交通领域，它可以替代 3Kg 的钢铁。 在汽车的生命周期内，它将减少 23 公升的汽油消耗， 23 公升的汽油从能量上等于 1288 度电， 23 公升的汽油消耗减少 2760升的二氧化碳排放。 那么实际在铝生产的时候用 1 度电，它在使用过程当中节约92 度电，是名副其实的节能金属，具有巨大的节能的社会效益。 行业迫切需要通过 MES 等生产技术的改造，加速传统产业的升级，进而服务全社会的节能减排。 企业迫 切需要 技术升级来 提高管理能力、降低成本、提高国际竞争力 从 目前 国际性金融危机来看，铝工业遭受较大的冲击。 以行业龙头 — 中国铝业公司为例，一个 曾经 年盈利能力超 200 亿元人民币的企业在金融危机的冲击下，去年亏损达 40 多亿元人民币。 其中最主要的原因是：产业结构布局不合理，产能相对过剩；作为老牌的国有企业，生产工艺、制造控制环节相对落后，急需技术升级； 高能耗 使得成本长期处于较高水平，产品缺乏市场竞争力等众多原因造成中国铝业公司从高盈利到巨额亏损的局面。 同样，在国际金融危机的冲击下，行业内其他铝冶炼企业也面临着不同程度 的打击。 脆弱 的对抗危机的能力是铝冶炼企业普遍存在的现象。 整个行业 急需 通过技术升级来提高行业技术能力、盈利能力，从而提高国际竞争力。 我们如果现在不作为，势必会影响整个行业企业的发展，进而对整个国民经济建设造成冲击。 项目 改进提升现场自动化水平，提高自动化程度和生产效率 自动化水平的提升是铝冶炼企业提高效率最直接的手段，例如氧化铝不同工序通过 DCS 系统提高产品质量和设备运转率，电解铝通过槽控箱及模糊控制技术，通过实时控制实现电流效率的提高、电解槽的平稳运行。 改进现场技术装备和实时检测技术是实现低电压节 能技术的必要支撑 铝冶炼现场技术装备的研制和实时检测技术是继自动化应用提高生产效率的又一手段。 例如在装备方面通过烟气焙烧方法启动电解槽，采用天然气或煤气焙烧可以在同等条件下每启动一台电解槽节省电费 10 万度 30 万度，通过电流效率分析仪、电解槽阳极电流分布在线检测为降低槽电压、提高效率提供数据支持。 通过先进控制系统和 DCS 技术，实时采集如产量、技术指标、物料移转状况、 工艺参数等详细的生产过程数据，在为优化生产和调度提供实时数据的同时，为不同层面管理者的生产管理决策提供了有效依据。 形成铝冶炼制造执行系统 （ ALMES）整体解决方案和成熟的集成技术 MES 是企业生产改造的目标，由于铝厂情况复杂、设备种类繁多、工艺差别大，需要能够针对电解铝、氧化铝不同情况提供整体解决方案。 此外， MES 涉及到现场的 DCS、 PLC、仪器仪表、软件、硬件、视频、化验分析等各类系统一体化集成，所以成熟的集成技术是行业企业实用需求，也是实现铝冶炼制造执行系统（ ALMES）建设的关键。 采用软件中间件技术实现业务软件实施效率，提高系统灵活性 现有系统及升级系统的集成是通过软件来完成，而且业务应用系统的功能定义和配置对软件灵活性提出 了更高的要求，采用中间件技术才能有效解决传统方式下实施效率低、维护成本高、适应性差的不足。 动静态模型及计算机仿真是实现优化调度、优化生产的关键 在生产现场工艺技术和装备已经确定的情况下，充分发挥现场控制系统作用、提高设备运转率的有效手段是采用动静态模型和计算机仿真等技术，通过现场实时工艺参数和技术指标，优选控制模型，指挥生产和调度管理。 商业智能的研究与应用是发挥 MES 系统的持续手段 商业智能技术是在 MES 系统基础上，通过建模技术在海量实时数据中发现潜在规律，为企业决策提供理论和数据支撑。 铝 工业 MES 标准规范的形成有利于技术的普及推广 随着企业 MES 应用的深入和普及，行业 MES 标准的形成是必须的。 在网络、编码、接口、功能等方面统一的标准，不仅指导铝工业企业现有工艺的升级改造，也为将来全行业 MES 系统建设提供执行标准。 综上所述，项目的建设和推广有助于促进铝工业行业进步，促进节能减排、降低成本，项目意义重大，而且 需求 十分迫切 ，早一天实施早一天受益。 项目需求结合度 胡锦涛总书记 在党的十七大报告中明确指出， “提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键”， 并将其放在促 进国民经济又好又快发展的八个着力点之首。 胡锦涛指出， “要坚持走中国特色自主创新道路，把增强自主创新能力贯彻到现代化建设各个方面。 认真落实国家中长期科学和技术发展规划纲要，加大对自主创新投入，着力突破制约经济社会发展的关键技术。 加快建设国家创新体系，支持基础研究、前沿技术研究、社会公益性技术研究。 加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系，引导和支持创新要素向企业集聚，促进科技成果向现实生产力转化。 深化科技管理体制改革，优化科技资源配置，完善鼓励技术创新和科技成果产业化的法制保障、政策体系、 激励机制、市场环境。 实施知识产权战略。 充分利用国际科技资源。 进一步营造鼓励创新的环境，培养造就世界一流科学家和科技领军人才，使创新智慧竞相迸发、创新人才大量涌现。 ” 国务院总理温家宝 20xx 年 年初 主持召开国务院常务会议，审议并通过 了 有色金属产业调整振兴规划。 会议决定， “ 国家安排贷款贴息支持企业技术改造，调整产品出口 退税率结构， 加快淘汰落实产能。 加大技术改造和研发力度，推动技术进步。 开发前沿共性技术，提高装备工艺水平和关键材料加工能力。 ” 我国是电解铝、氧化铝的生产大国，氧化铝、电解铝产能位居世界前茅。 但是铝 工业高能耗、高污染、高成本的特点与我国保持经济中长期可持续发展所要求的低碳、节能、环保条件不符。 为保证我国经济健康稳定地发展，我国提出以 信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化道路，这是我国工业化和整个国家现代化的战略选择。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 的建设将 极大 提高我国铝工业生产、制造环节的自动化、信息化水平，提高铝冶炼企业的生产、管理、控制能力，降低铝冶炼企业生产能耗、降低生产成本，提高资源的综合利用能力。 符 合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（ 20xx2020 年）》中的要求。 《纲要》指出：重点研究开发冶金、化工等流程工业和交通运输业等主要 高能耗 领域的节能技术与装备。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 针对占铝冶炼能源消耗 70%以上的电解铝工序，研究基于电流效率在线检测、电流分布在线测量等技术，研究电解铝低电压、高效率冶炼方法，实现电解铝冶炼过程的节能降耗。 项目的研究、建设与《纲要》“能源”重点领域中的“工业节能”优先主题吻合。 《纲要》指出：重点研究开发金融、物流、网络教育、传媒、医疗、旅游、电子政务和电子 商务等现代服务业领域发展所需的高可信网络软件平台及大型应用支撑软件、中间件、软件系统集成等关键技术，提供整体解决方案。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 的研究内容包括：针对于铝冶炼企业的中间件支撑平台的设计与开发，系统集成技术的研究与应用，商业智能技术的研究与应用，铝冶炼企业生产、管理、调度、物流、质量管理领域的软件设计与开发。 与 《纲要》“信息产业及现代服务业”重点领域中的“现代服务业信息支撑技术及大型应用软件”优先主题吻合。 《纲要》指出：重点开发基于多种传感信息的智能化信息处理技术，发展低成本的传感器网 络和实时信息处理系统，提供更方便、功能更强大的信息服务平台和环境。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 针对于铝冶炼企业的生产工艺，在生产过程中采用各类传感器对数据进行实时采集，构建综合信息采集、分析平台，采用商业智能技术对生产过程进行分析、加工、处理，开发基于现场数据的实时综合管理信息管理系统，从而实现对整个生产环节进行科学、快捷地管理。 与《纲 要》“信息产业及现代服务业”重点领域中的“传感器网络及智能信息处理”优先主题吻合。 《纲要》指出：重点研究数字化设计制造集成技术，建立若干行业的产品数字化和智能化设计制 造平台。 开发面向产品全生命周期的、网络环境下的数字化、智能化创新设计方法及技术，计算机辅助工程分析与工艺设计技术，设计、制造和管理的集成技术。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 是集网络技术、商业智能技术、软件技术、工业生产及控制自动化技术于一体的数字化、综合生产制造执行系统。 与《纲要》“制造业”重点领域中的“数字化和智能化设计制造”优先主题吻合。 《纲要》指出：重点研究开发绿色流程制造技术，高效清洁并充分利用资源的工艺、流程和设备，相应的工艺流程放大技术，基于生态工业概念的系统集成和自动化技术，流程工业需要 的传感器、智能化检测控制技术、装备和调控系统。 铝冶炼制造执行系统（ ALMES） 的研究涉及铝冶炼企业整个工艺流程的生产、调度与控制自动化技术。 与《纲要》“制造业”重点领域中的“流程工业的绿色化、自动化及装备”优先主题吻合。 我国是电解铝、氧化铝生产及消耗大国，氧化铝、电解铝产量位居世界前列，但是铝冶炼 总体 技术水平比起发达国家技术仍然较为落后，铝冶炼过程中的耗能和污染与我国保持长期可持续发展的道路不相吻合。 铝冶炼制造执行系统的研究及产业化项目的技术需求源于铝行业，技术需求的提出 切合目前我国铝冶炼企业的现状 ，因 此决定了项目研究与铝冶炼企业实际应用需求的高度吻合。 项目的研究与推广 有望产生积极的示范效应，符合国家中长期科学和技术发展规划，具有积极的社会和经济效益。 经济社会效益 有色金属属于能耗较高的行业，而电解铝更是占到了有色金属行业能耗的60%，平均吨铝电耗约 14000 千瓦时，吨氧化铝能耗约 1450 公斤标煤。 20xx 年我国电解铝产量为 960 万吨， 20xx 年氧化铝形成产量 2400 万吨，电解铝产量超 1200 万吨。 随着铝冶炼 制造执行系统（ ALMES） 关键技术的研发成功和产业化，通过掌握自主知识产权的核心技术，提升 产业核心竞争力，走可持续发展之路，对我国乃至全球的铝冶炼生产领域将产生重大 经济效益和社会效益。 金融危机后随着铝工业品价格的回升，已经陆续开工的企业面临的首要问题是在新形势下，如何在保证合理利润的情况下最大限度的降低成本， 提 高 效益。 面对行业技术改造和产业升级的迫切需求，借助现代化的软件、网络、综合自动化技术，实现冶炼过程的管控一体化是实现上述目标，有效控制成本的根本措施之一。 该 项目 从铝冶炼生产源头的优化改造开始，针对生产工艺进行 DCS的部署和控制优化，实现生产实时的调度指挥和管理，提高生产过程的自动化程度 、充分发挥控制系统作用，实现生产优化控制，从而减少非生产性消耗（例如电解生产的阳极效应），提高资源利用率实现节能降耗。 该项目的顺利建设，不仅满足国内行业企业急迫需求，而且为技术出口奠定基础。 以电解铝为例，当前我国电解铝槽电压平均在 ，电解槽温度 960度左右，综合电耗 ，通过降低车槽电压， 采用该技术后， 电解槽电压可以降低 300mV，电解温度降低到 930940度之间， 吨铝综合能耗降低到 12600元以下。 按照吨电解铝电耗降低 900千瓦时、氧化铝综合能耗下降 20公斤标煤 /吨的保守估算， 全国每年将减少电耗 ， 折合 节约原煤 170万吨，此外还大大减少石灰石、水的消耗以及赤泥排放，年将节约综合成本 20亿元以上。 经济效益 通过该项目推广应用，可为企业实现良好的节能减排目标，并有效降低生产成本。 初步统计可实现氧化铝节约成本 80 元 /吨，电解铝 以降低槽电压 300mV计算，吨铝节电 ，折合 节约成本 300 元 /吨以上，综。