為解決磷石膏行業(yè)綜合利用率低，堆存維護費用高，環(huán)境影響大；選礦裝置運行監(jiān)控、殘磷含量工藝指標控制難度大，磷石膏產生量和預處理成本高等行業(yè)痛點。利用邊緣計算、數(shù)字孿生、機理模型等工業(yè)互聯(lián)網新技術，形成了數(shù)據模型驅動的磷石膏處理效能提升解決方案，賦能傳統(tǒng)的數(shù)據采集、監(jiān)控、分析與反饋，降低磷酸生產過程中磷石膏的產生量，通過穩(wěn)定磷石膏預處理過程中PG（殘磷）指標，從根本上解決磷石膏產生量大問題的同時還可以降低磷石膏預處理成本，助力磷石膏產業(yè)的綠色健康發(fā)展。
1.案例背景：
磷石膏廢渣可制備成各類石膏材料，具備比天然石膏更好的材料特性。磷石膏建材可代替天然石膏來制造墻板、加壓石膏纖維板等各類建材，還可用以制作石膏基導電材料、石膏基磁性材料、新型隔熱材料等。磷石膏廢渣在貴州省乃至全國的年增量及堆存均較大，有效降低磷石膏產生量及預處理成本是磷化工行業(yè)公認的大難題。磷石膏是濕法工藝生產磷酸過程中的副產品，每生產1噸磷酸副產4-5噸磷石膏。我國磷石膏每年新增堆存近5000萬噸，已堆存總量超5億噸。貴州省磷石膏總儲量已達1.2億噸，年新增1300萬噸，其中貴州磷化集團占80%以上。貴州省率先出臺“以用定產”的政策，將磷化工企業(yè)對磷石膏的綜合利用情況與磷酸等產品生產許可量直接掛鉤。磷石膏的高效利用直接決定了貴州省磷化工產業(yè)未來的發(fā)展，是磷化工產業(yè)走上綠色高質量發(fā)展的必經之路。
2.客戶痛點：
一是貴州省率先出臺“以用定產”的政策，將磷化工企業(yè)對磷石膏的綜合利用情況與磷酸等產品生產許可量直接掛鉤。磷石膏的高效利用直接決定了企業(yè)主要產品生產量的確定；二是磷石膏行業(yè)綜合利用率低，堆存維護費用高，環(huán)境影響；三是選礦裝置運行監(jiān)控、殘磷含量工藝指標控制難度大，磷石膏產生量和預處理成本高。
3.解決方案:
本方案基于航天原創(chuàng)先進云制造理論和實踐基礎，構建基于工業(yè)互聯(lián)網平臺標準架構的產業(yè)大數(shù)據中心及協(xié)同應用環(huán)境的“1+N”系統(tǒng)架構。采用標準工業(yè)互聯(lián)網平臺架構，構建了包括云邊協(xié)同（EDGE）層，數(shù)據湖層（通用+工業(yè)PaaS）以及特定場景機理模型及微服務的工業(yè)互聯(lián)網大數(shù)據中心，依托微服務模式及數(shù)據調用接口支撐前端輕量化工業(yè)APP的開發(fā)及應用，相對于與傳統(tǒng)的定制化軟件開發(fā)方式來說，極大的提升了解決方案的適應性及靈活性，為快速的復制推廣奠定了堅實的基礎。
1）磷石膏產業(yè)大數(shù)據中心。磷石膏產業(yè)大數(shù)據中心基于航天云網INDICS工業(yè)互聯(lián)網架構搭建，是本解決方案的數(shù)據采集、存儲、分析及應用的“數(shù)字底座”，架構設計如下圖所示：
2）磷石膏處理高效化協(xié)同應用。磷石膏處理供應鏈協(xié)同應用基于產業(yè)大數(shù)據中心建設，采用數(shù)據中臺+輕量化業(yè)務前臺的模式搭建起面向終端企業(yè)及政府用戶的信息、數(shù)據資源共享及交互平臺，為推進磷石膏產品供應鏈上下協(xié)同、生產過程質量精準控制及產品產銷高效對接提供線上平臺支撐，其架構設計如下圖所示：
3）磷石膏處理高效化協(xié)同具體功能
一是基于“云邊協(xié)同+數(shù)字孿生”開展裝置監(jiān)控及控制。
對磷礦石進行浮游式選礦式選礦是目前分離磷礦石雜志的主要工藝流程。傳統(tǒng)的選礦作業(yè)流程缺乏對選礦池組分的實時采集與分析，各類反應物料添加配比主要依賴人員經驗，結果導致雜質分離難度較大，分離水平非常差。
本方案通過將“云邊協(xié)同+數(shù)字孿生”技術應用到選礦裝置的實時運行監(jiān)控中來，通過智能傳感器及組分分析設備實時采集選礦裝置的各項關鍵組分數(shù)據，通過三維建模技術對選裝裝置進行建模并疊加實時數(shù)據，依托數(shù)據模型調用對組分參數(shù)進行實時分析并反饋最優(yōu)化的物料添加配比，最后通過裝置模型開展仿真模擬生產并進一步指導實際生產過程。具體應用流程如下如所示：
通過上述流程，以數(shù)據驅動提升磷礦石選礦效率及產物的品位，通過本解決方案的實際應用，達到了降低30%雜質的效果。通過上述方式可以構建起具備一定通用性的在線質量控制應用，以行業(yè)龍頭企業(yè)作為試點，面向各類磷石膏產品生產企業(yè)開展應用推廣。
二是基于“邊緣計算”開展殘磷含量（PG）工藝指標在線監(jiān)控。
磷石膏的化學處理是將磷石膏中加入一定的化學物質，使雜質完全轉化為其它沉淀物質或化合物，是目前生產高品質磷石膏材料的主要預處理方式。在該生產過程中，由于PG指標難以控制，會導致預處理產物品位的參差不齊。若反應組分添加量不足會導致PG指標過高，若過量添加又會導致除了PG以外的其他化學殘留。
本方案創(chuàng)新性的將邊緣計算技術與熒光在線監(jiān)測技術相結合，通過實時采集磷石膏化學預處理反應池中的組分數(shù)據流，利用基于行業(yè)機理模型調用的智能分析算法得出反應組分添加指令并反饋到投料控制系統(tǒng)。具體應用流程如下圖所示：
通過上述實時監(jiān)控過程實現(xiàn)PG指標的實時監(jiān)控，在提高生產效率的同時，也提高了預處理產物PG指標一致性，降低了預處理成本約10%。本方案可應用采用化學法進行磷石膏處理的化工企業(yè)，降低磷石膏預處理成本將進一步降低磷石膏產品生產成本，為產品提供更大的市場競爭力。
三是磷石膏產銷對接應用。
依托數(shù)據支撐構建串聯(lián)磷石膏產品鏈上下游的“全流程”供需信息對接平臺。切合磷石膏產業(yè)鏈現(xiàn)狀，建立統(tǒng)一的網絡、應用、信息服務與資源共享、運維管理機制，實現(xiàn)磷石膏產業(yè)整體效率提升。在全產業(yè)鏈范圍內建立統(tǒng)一的集基礎環(huán)境、云服務、應用支撐、標準規(guī)范于一體的信息化基礎支撐框架，為磷石膏全產業(yè)鏈中生產、銷售、物流、倉儲、建設等環(huán)節(jié)的信息化應用構建提供有力保障，并具備統(tǒng)一支撐、統(tǒng)一服務和一體化運維能力。平臺數(shù)據與后續(xù)建材行業(yè)主管部門追蹤磷石膏建材使用情況提供數(shù)據打通，幫助主管部門實現(xiàn)監(jiān)管調度和追蹤。
四是產業(yè)圖譜應用。
構建磷石膏高效處理產業(yè)圖譜，重點將磷石膏供應鏈上下游數(shù)據、產銷數(shù)據，質量監(jiān)管數(shù)據，以及利用考核數(shù)據進行產業(yè)圖譜分析。結合市場需求、行業(yè)發(fā)展，可以逐步明確出磷化工產業(yè)發(fā)展路徑：有序發(fā)展磷礦石采選和基礎磷化工，提高中低品位磷礦石采選技術水平，開發(fā)生產專用型、緩釋型、水溶型、功能型等磷復肥；重點發(fā)展精細磷化工，加快精細化產品的開發(fā)及應用；配套發(fā)展磷礦伴生資源開發(fā)利用和磷化工廢棄物綜合利用，加強伴生元素下游產品開發(fā)，強化磷化工廢棄物的完全利用。磷化工產業(yè)鏈圖譜示意圖如下所示。
4.應用效果：
針對磷石膏綜合利用率低、堆存維護費用高，礦裝置運行監(jiān)控、殘磷含量工藝指標控制難度大，磷石膏產生量和預處理成本高等轉型痛點，打造數(shù)據模型驅動的磷石膏處理效能提升解決方案，構建磷石膏產業(yè)大數(shù)據中心，賦能傳統(tǒng)的數(shù)據采集、監(jiān)控、分析與反饋，整合產業(yè)鏈上下游資源，提升協(xié)同水平，實現(xiàn)高效率精準化的產銷對接，助推磷石膏高效率處理，推進產業(yè)綠色健康發(fā)展。通過在磷化集團馬場坪生產基地及集團旗下四家磷石膏建材生產企業(yè)試點應用，實現(xiàn)選礦裝置100%持續(xù)有效運行監(jiān)測，減少綜合能耗5%-7%，降低磷礦石雜質30%；通過工藝指標殘磷含量PG穩(wěn)定監(jiān)測，降低磷石膏預處理成本10%；結合省內磷石膏處理情況及物流大數(shù)據優(yōu)化，最終達到綜合物流成本降低4%-5%。
