潞安化工天脊集团打造智能工厂推动转型升级

摘要：加强数智赋能、创新驱动，让传统产业焕发新活力。天脊集团积极应用数智技术、创新技术、绿色技术，加快推进传统煤化工产业高端化、智能化、绿色化转型，助力企业高质量发展。

日前，山西省工业和信息化厅公布“山西省2025年先进级智能工厂名单”。潞安化工天脊集团(以下简称天脊集团)榜上有名。

加强数智赋能、创新驱动，让传统产业焕发新活力。天脊集团积极应用数智技术、创新技术、绿色技术，加快推进传统煤化工产业高端化、智能化、绿色化转型，助力企业高质量发展。

“老树发新芽”。生产运行40年的天脊集团，如何打造“省级先进智能化工厂”?带着这个问题，探寻究竟。

天脊集团转型发展之路，正是传统煤化工企业在产业升级浪潮中，借力数智技术重塑管理模式的主动选择。天脊集团数字化管控平台实现成熟应用——日报表自动生成、图形化数据看板高效运行，标志着该公司成功跨越“系统集成”阶段，挺进“数据驱动决策”的深水区，成为山西传统工业拥抱数智化转型的亮丽缩影。

天脊集团通过智能化建设，实现生产效率、资源利用率、安全环保水平的全面提升，为传统煤化工行业转型升级提供可复制的“天脊方案”。

智能先进，体现“三个重构”

天脊集团智能化工厂建设，以精准、高效、快捷为目标导向，加快完成技术重构、管理重构、生态重构。

技术重构，就是通过深度融合 5G 高速通信、人工智能算法及数字孪生技术，智能工厂成功破解了在高温高压等极端工业环境下长期存在的精准控制、高效运维与生产安全难题，实现了复杂工况下的智能化运行。

管理重构，就是将企业核心的“算账文化”全面数字化，构建起覆盖安全风险、成本核算与绩效评估的动态管理体系，驱动安全管理精细化、成本控制实时化、绩效考核透明化的深度管理变革。

生态重构，就是率先打通政府监管平台与上下游产业链的数据壁垒，形成高效协同的产业数据链，其成功实践成为山西省“数智强企”战略落地的标杆案例，为区域工业智能化转型提供可复制的经验。

智能跟踪，实现“安全管控”

合成氨厂一台循环水泵振动趋势图中出现 2.5kHz 峰值，AI 模型诊断为“轴承锁母松动”，拆检后证实预测准确率超 95%。硝酸厂一台液氨泵振动突升至 6.8mm/s(黄色预警)，系统自动弹出“轴承磨损风险，建议 48 小时内检修”提示，避免非计划停车。

上述事例，就是天脊集团通过智能点检仪采集振动、温度数据，形成“点—线—面—体”分析模型，系统运行出现的预警隐患得到及时消除，保证了设备安全稳定运行。

天脊集团在设备管理领域融合十年故障案例库与实时振动频谱数据，基于联邦学习框架训练 LSTM-PHM 混合模型，实现转子不平衡等 12 类故障96.3%的精准预警，2023 年成功避免 7 次非计划停车。

天脊集团智能工厂建设以“绿色生产-智慧管控-生态协同”为核心理念，深度整合 5G、AI、物联网等前沿技术，打造出覆盖全产业链的数字化体系。全厂区部署 5G 专网，融合边缘计算与工业网关技术，实现设备全面互联互通。

天脊集团在合成氨厂、硝酸厂等生产单元，依托振动、温度传感器及 AI 模型，对 100 余台机泵实施实时健康监测，设备运行数据通过 5G 传输到机泵预测性维护数字化平台。

天脊集团将“数字化安全管控”嵌入生产全环节，公司的安全管控包含设备的不安全状态、人的不安全行为、环境的不安全因素，构建了多层安全防护体系。依托全域物联网感知网络，系统实时采集合成氨装置振动、气化炉壁温、压缩机轴位移等 28 类关键参数，结合 XGBoost-SHAP 可解释性模型进行多维度健康评估。当检测到气阀泄漏频率异常或反应釜压力梯度超标时，自动触发黄、橙、红三级预警。在动火、受限空间等高危作业场景中，部署防爆级双光谱智能球机及移动布控球，搭载自主优化的算法模型，实现对“安全着装九件套”的实时精准识别。

天脊集团通过 5G 环境下工厂设备智能互联、数据汇聚，实现企业以信息化促进企业数字化、智能化转型升级，推动操作控制智能化、风险预警精准化、危险作业无人化、运维辅助远程化，提升安全生产管理的可预测、可管控水平。

天脊集团通过构建多层次软件平台，实现了从实时监控到经营决策的全链条数据安全管控，形成了“数据驱动、平台支撑、智能管控”的软件安全生态。

天脊集团安全生产智能管控一体化平台与山西省应急管理厅“双重预防机制数字化平台”、潞安化工集团“数字化综合管控平台”打通数据壁垒，建立“动静互补”联动机制，全面提升安全生产治理效能。

智能应用，展现“降本增效”

目前，化肥自动包装线上操作人员已从 10 人减少至 2 人，并且作业效率提升了 70%。天脊集团针对袋装肥料的灌装、包装及码垛环节，搭建多台自动撑袋机、自动灌装机、自动包装及打码机、自动码垛机器人，全流程实现全自动化加工单元。

天脊集团在原袋装产品灌装线的基础上，通过技术改造，配置自动上袋撑袋机、自动灌装机、自动包装及打码机、自动码垛机器人等，通过机器人进行自动灌装、自动封口打码、自动码垛，通过计量传感器保障每袋产品的灌装量，通过扫描设备将产品相关数据自动上传仓库管理(WMS)平台，实现快捷高效作业。

天脊集团以 7 套 DCS、20 套 PLC 系统为基础，集成 150 余台智能仪表，实现设备级数据实时采集与预诊断，减少14%安装成本、75%调试时间。

天脊集团部署 5G 专网覆盖全厂生产装置区、仓储区等关键区域，通过 MEC 和 UPF 云网融合技术，实现网络切片动态分配，确保工业控制指令的低时延和高可靠性。同时，集成边缘计算节点和私有云平台，构建 AI 训练集群处理海量数据，支持毫秒级响应和模型迭代，UPF 内置 AI 模块动态调整 CPU 频率以优化算力负载。5G+MEC+UPF 场景中，网络基础设施实现设备互联和数据实时传输，支撑安全预警;在 APC 先进控制场景，优化气化炉参数降低煤耗;在预测性维护场景，AI 模型提前诊断设备故障减少停机;在数字化安全管控场景，通过高清摄像头和 YOLOv8 算法识别违规行为提升安全性;在智能报表场景，实时分析 31 项经营指标驱动决策。

天脊集团在研发端，高浓度硝酸磷肥新工艺经多轮虚拟仿真验证，突破低品位磷矿应用瓶颈，获氮肥行业专利一等奖。生产端通过多目标优化引擎动态调优：APC 系统结合强化学习算法实时修正合成氨氧煤比，残炭率下降明显降;质量控制系统依托 MPC 模型自动生成工艺修正方案，硝基苯原料利用率得到提升。运维端创新应用 AR 虚拟点检技术，结合数字孪生模型透视设备内部状态，维护响应时间从4.5 小时压缩至 1.2 小时。通过持续迭代，单位产品综合能耗下降 19%，年节约标煤 3.2 万吨，工艺优化周期缩短 40%，形成“设计-仿真-优化-运维”的闭环升级生态。

智能激活，呈现“价值创造”

天脊集团通过深度应用工艺建模、虚拟验证与仿真调试技术，构建了贯穿产品全生命周期的数据驱动优化体系。在工艺建模层面，采用 Aspen Engineering Suite 构建覆盖硝酸磷肥、合成氨等核心工艺的多尺度虚拟模型，通过Advanced Electrolyte NRTL 热力学模型精准模拟气-液-固多相反应体系，结合 5000 余种化合物物性数据库动态优化酸矿比、反应温度梯度等 7235 个参数。针对低品位磷矿利用难题，创新应用多变量敏感性分析模块，使磷综合回收率提升显著。虚拟验证环节依托 Aspen Dynamics 实现动态仿真预演，在“零碳氨合成工艺”设计中实时模拟反应器压力波动并自动触发超压预警，成功规避传统试错风险，关键工艺指标波动范围收窄 40%。仿真调试系统通过 OPC-UA 协议双向对接 DCS系统，实时采集 132 个监测点数据闭环校准模型参数，驱动结晶器过饱和度等关键设定值自适应调整，显著提升工艺稳定性。

天脊集团构建了基于 5G+工业互联网技术的全域数据中枢平台，该平台深度整合了 DCS、ERP、MES、PLC、WMS、WEMS 等核心工业系统的实时数据流，打通了从原料采购、生产调度、质量追溯、能源管控到设备状态监控的全价值链流程，从而高效实现了“一屏统管”的智能化运营模式。通过创新性的“同步镜像”技术，平台能够确保生产数据的毫秒级同步更新，大幅提升信息准确性和响应速度，有效支持跨厂区的实时协同决策和资源优化配置，实现在突发生产事件或质量异常时快速联动调整，显著提升整体运营效率和供应链韧性。

天脊集团与浙大中控开展合作，借助 OPC 协议集成多源 DCS/PLC 数据，实现万点/秒级高速采集与 3 年历史数据存储，首次真正打通控制层至管理层的数据纵向贯通。基于 Oracle9i 构建企业级数据模型，深度融合物料流、资金流、信息流，高效支撑生产管理、物料平衡、成本核算等 10 余个业务系统的模块化集成应用。

天脊集团通过构建柔性可重构制造体系，实现生产全流程的智能化优化与动态管控。在基础设施层面，依托 5G 专网与 MEC 边缘计算节点，实现合成氨、硝酸磷肥等核心产线 9000+控制点的毫秒级数据采集，并通过 OPC-UA 协议纵向贯通 DCS、MES、ERP 系统，形成覆盖“反应-分离-包装”全流程的数据中枢。

天脊集团的智能报表数字决策系统是其数字化转型的核心载体，系统以“数据贯通”为基础，以“算账文化”为核心，通过整合生产、经营、财务等多源数据，构建了以数据驱动为核心的决策支持体系。智能报表工具及 BI 可视化工具展开大数据展示和治理功能的应用，将各单位“非结构化数据”和“纸质数据”转变为统一的数据信息流。一张管理利润日报表可以实现利润、收入、完全成本、职工工资、材料消耗、能源消耗等31 项重要数据一目了然。平台中的数据看板功能可以用图形化形式展示各类经营数据指标变化情况，便于分析企业运行情况和经营绩效。

天脊集团的供应商数字化管理以“业财融合”和“算账文化”为核心理念，通过构建一体化平台，全面实现采购全流程的透明、高效与智能运作。其 ERP 平台深度对接潞安化工集团“煤婆智采平台”，建成覆盖煤炭、原材料、备品备件等 50类物资的数字化物资信息库，成功整合供应商信息 8 万条、库存明细 6 万条。该体系实现了供应商资质与绩效的动态化管理，并创新构建供应商绩效评估模型，依托供货时效、质量合格率等关键指标数据，精准实施末位供应商动态淘汰机制。

天脊集团应用多变量控制技术 APC 优化合成氨装置，使飞灰残碳含量明显下降，年节煤 2300 吨;实施锅炉脱硫脱硝改造后，氮氧化物排放浓度低于国标限值，并通过 CDM 机制累计减排温室气体347 万吨，创造收益显著。此外，泵群监测系统的应用推动淘汰高耗能电机 200 余台，年节电 800 万度;合成氨装置单位能耗显著下降，有效降低成本。

天脊集团构建了覆盖生产、供应、销售、财务等全流程的数字化综合管控平台，集成实时数据库与关系数据库，实现生产数据的自动采集、智能存储与深度分析。该平台动态监控31 项核心经营指标，通过数据看板实时生成管理利润日报表，助力管理层精准“盘清账、责任明”，显著提升决策效率。