山東東華水泥有限公司成立於2004年8月，是世界500強企業山東能源淄礦集團和中國聯合水泥集團投資建設的新型環保現代化大型水泥生產企業,年產熟料、水泥千萬噸。2018年3月,山能淄礦集團決定,在水泥行業裡率先開發建設首家“工業大腦”項目,推動企業從傳統建材業向大數據服務業轉型。2018年7月10日,東華水泥和阿里雲計算簽訂了合作協議。
很多人不相信這個“工業大腦”能比得上人的大腦，工藝工程師們各抒己見。通過大數據的計算，分析了影響原料磨電耗和臺時產量相關的幾個因素，但在循環風門上調節產生爭議，“這個可動不得！這個不需要動！動得太頻繁執行器損壞怎麼辦！”工藝工程們發出了質疑。
但是，只有放開步子走出去才能知道行不行，“在能保證安全的情況下，能試就一定要試試，我們給大數據一個機會！”東華人最終選擇了嘗試。2018年東華水泥開始和阿里雲合作，給水泥裝上“工業大腦”。
每一分能耗成本都是收益
雖說水泥並非淘汰類行業，但現在已經被貼上了高耗能、限制類、去產能的標籤，自動化控制方面遠遠落後於國外水平。東華水泥率先提出了一個大膽的設想：能否通過大數據，建設“水泥工業大腦”解決熟料生產全過程降能耗和提高產品質量，甚至預測設備故障等問題。
此前，阿里雲已經在一些製造行業做了創新嘗試，推出了ET工業大腦，它主要解決製造業的核心問題，通過智能算法和強大的計算能力，分析工業生產中收集的數據，優化機器的產出。
阿里雲的算法工程師們和東華水泥的工藝工程師們一起交流，反覆試驗，在一次又一次的磨合中，雙方達成了共識：大數據的應用，要把原來師傅在傳幫帶中教授的東西，更高效地通過機器傳遞出來，讓機器"學習"哪些數據是有用的，然後自動優化，讓生產環節更精準、快速、省力。
讓機器幫助人類實現最優決策
在水泥行業，阿里雲通過持續匯聚整合水泥行業的技術、經驗與數據的能力，通過輸出“供、研、產、銷”全鏈路智能算法服務，激活水泥企業的數據價值，構建獨特競爭優勢，主要通過2個方面實現：
首先，將水泥生產運營過程中，所產生的原材料數據、生產過程數據、品質數據、銷售數據等進行整合，消除信息孤島，把數據變成資產；其次，在不增加改變現有設備工藝的前提下，通過雲計算、大數據和人工智能技術來改善煤耗和電耗指標，計算最優控制參數，預期煤耗電耗指標至少降低2%。
最終，阿里雲通過助力水泥企業建設“工業大腦”，打通設備、產線、生產和運營系統，通過對數據智能分析建立模型提高生產率降低能源消耗，減少汙染物排放，形成智能工廠。
具體到項目執行層面，整個過程被分為以下四步：
數據採集與清洗：
結合工藝專家經驗，水泥工業大腦首先將智能生產系統、智能控制系統、智能設備管理系統、智慧能源管理系統等異構系統中的海量數據進行提取，包括質檢數據、DCS數據、環境數據等。同時對數據進行清洗，剔除噪音數據或無效數據，補充不完整數據或缺失數據，為下一步模型訓練提供高質量的數據資產。
模型搭建：
採用先進的機器學習算法、神經網絡算法，並結合先進過程控制模型，對所收集到的多維度數據進行建模，包括輸入數據、輸出數據、狀態與環境數據，真實還原水泥產線上的實際生產過程。並通過對大數據模型的參數進行調節，以實現從輸入參數到輸出參數的非線性映射關係。
機器學習：
通過採集6個月的歷史數據，分析多達98個變量之間的耦合關係，基於深度學習技術，構建系統各參數間的關係模型，並對模型的輸出進行預測，使風、煤、料的最佳組合範圍可量化、可視化，達到“同等產量熟料，質量最好；同等質量情況下，產量最高；或是同質同產情況下，生產能耗最低”。
在線控制：
通過結果預測，反推生產過程關鍵變量應該如何調節。最終生產線工藝參數的設定，會結合工藝參數範圍、步長信息、工藝參數實時值等，由水泥工業大腦進行多變量綜合分析、實時針對各工況的產量、質量、能耗多目標進行尋優，推薦一組最佳的工藝參數實時反寫回DCS（分散控制系統），實現水泥核心生產過程的自動駕駛、無人值守。
憑藉超強的學習能力，工業大腦幫助東華水泥不斷降低能耗排放，通過“綜合能耗優化模型”進行熟料生產線的自動控制，即在無需人工干預的情況下，能耗優化模型推薦的參數自動推送給產線自動化設備，實現了更加穩定可靠的智能控制，綜合能耗指標有效降低2.13%。
此外，水泥“工業大腦”的可持續與可複製性也得到驗證。算法具備自學習能力，可定期自更新算法模型，長期保持投運率。並且該模型可適應多種工況，從無固廢到有固廢。同時，工業大腦在不同產線只需10天便可部署完成，具備了向全行業推廣的可能性。
不僅如此，東華公司和阿里雲通過持續彙集整合水泥生產運營過程中所產生的原材料數據、生產過程數據、品質數據、能耗數據等數據，還可以實現數據的資產化；未來，雙方還將會在生產管理、能源管理、設備管理、安全管理、物流管理等更多的場景，運用數據分析、雲計算等技術，賦能水泥產業，幫助水泥企業實現單點智能、局部智能，最終走向全局智能。
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