一、项目名称
面向节能减排的水泥生产智能优化控制技术及应用
二、申报奖种
山东省科技进步奖二等奖
三、提名者
山东省教育厅
四、提名意见
我单位认真严格地审阅了该项目提名书及全部附件资料，确认该项目符合山东省科学技术奖励规定的提名条件，全部材料真实有效，完成人、完成单位排序无异议，提名书相关栏目均符合填写要求。
该项目围绕我国水泥生产的信息化、智能化与国外差距明显、研究薄弱的历史现状，针对水泥生产过程的关键参数在线检测难、工况准确识别难、智能优化控制难的共性问题，以节能减排、绿色发展、智能制造为目标，对水泥生产过程智能化的控制理论、应用技术进行了近十年的深入研究。研发水泥生料成分在线检测与分析技术，发明了基于典型工况的自适应水泥生料配料方法，实时提高生料成分稳定性；发明了智能化水泥熟料质量检测方法、装置及设备，保障了水泥烧成系统的动态平衡与稳定；研发水泥颗粒粒度分布在线检测与滤波技术，开发了水泥粉磨自动控制方法，实现水泥颗粒粒度分布的实时合理控制。构建了集感知、控制、优化于一体的水泥生产智能化集成管控平台，突破了水泥生产智能化“卡脖子”的关键技术，可替代国外同类技术产品，支撑了水泥生产智能化发展。
该成果技术已应用于山东山水水泥集团有限公司等企业的百余条生产线，提质降本增效效果显著，提升了我国水泥工业智能制造水平。经行业组织专家鉴定，成果总体达到国际先进水平。
参照山东省科学技术奖授奖条件，提名该项目为山东省科技进步奖二等奖。
五、项目简介
本项目属于自动控制科学技术领域，应用于无机非金属材料。
水泥行业是我国国民经济的支柱产业。2011年，中国水泥产量约20.6亿吨，约占世界总产量的56%，能源消耗约占全国工业能耗的5%，碳排放量约占全国总量的11%。水泥工业工艺水平和技术装备均位列世界前列，但其生产过程中存在原料变化频繁，工况波动剧烈、智能决策水平低等共性难题，导致单位能耗、物耗和污染物排放量与国际先进企业相比仍存在较大差距，难以支撑水泥工业绿色、可持续、高质量发展，水泥生产智能化成为亟需解决的问题。
针对上述应用背景和技术瓶颈，本项目以“节能减排、绿色发展、智能制造”为目标，围绕水泥生产过程的控制应用理论和技术创新，经近十年产学研共同研发和工程应用，攻克了生料成分稳定控制、熟料烧成过程“风、煤、料”动态平衡保持、水泥粒度合理分布、多源数据互联互通等制约水泥生产智能化关键共性问题，突破了水泥生产智能化“卡脖子”技术，取得了以下创新：
（1）发明了基于典型工况的自适应水泥生料配料方法，研制了水泥生料喂料控制设备，突破了原材料成分变动大时生料“三率值”难以控制的问题，确保了生料成分稳定，为熟料烧成系统稳定运行和熟料质量提高提供保障。
（2）提出“向分解炉要产量、向回转窑要质量”的工艺理念，改造预热器结构及回转窑窑体斜度；给出了关键工艺参数信息融合策略，发明了分解炉出口温度建模方法，研制了智能化水泥熟料质量检测设备，攻克了水泥烧成过程因滞后、非线性及不确定性导致的“风煤料”动态不平衡问题，保证了热工制度稳定，提高了熟料产量、质量，熟料烧成煤耗下降3.3%。
（3）基于“向分选装备要效率”的思想，优化了分选系统的布料和分风装置，提高了选粉效率；研发了水泥颗粒粒度分布在线检测与滤波技术，发明了适用于闭路水泥联合粉磨的自动控制方法，解决了预粉磨系统与终粉磨系统协调控制问题，实现了水泥颗粒粒度合理分布，提高了粉磨效率，水泥粉磨电耗下降5.3%。
（4）研发了水泥生产智能化集成管控平台，突破了信息融合与多过程协同控制瓶颈，实现了水泥生产过程的智能感知、智能控制和智能管理。
本项目成功应用于百余条生产线，包括水泥巨头拉法基集团、俄罗斯及南非等国家的水泥企业、山东山水水泥集团有限公司（100%应用）等，社会效益巨大。本项目达到国际先进水平，获得授权发明专利15件，登记软件著作权32件，实用新型2件，发表SCI、EI收录论文150余篇，其中标志性的国家发明专利9件、软件著作权1件。
六、客观评价
1、山东省科学技术厅综合绩效评价意见：2019年1月12日，山东省教育厅于在济南市组织召开了由济南大学、山东恒拓科技发展有限公司和中国科学院沈阳自动化研究所共同完成的“水泥生产过程智能集成优化控制技术研究与产业化”项目综合绩效评价会议。与会专家审阅了综合绩效评价材料,听取了项目组所作的工作总结报告、科技报告，经质询和讨论，绩效评价得分为91分，形成如下评价意见：项目利用近红外光谱分析技术，研发了基于数据滤波、专家知识的状态识别方法，实现了水泥生料成分实时准确测量，攻克了多变量、时滞、非线性引起的水泥生料生产质量控制的难题，实现了生料制备优化运行；利用红外热成像技术，研发了基于局部加权回归散点平滑的烧成带温度滤波方法，设计了多模态智能控制器，实现了熟料煅烧过程的智能优化；基于水泥粒度激光衍射检测技术及ELM等建模方法，研究了水泥粉磨与分选机制对水泥粒度分布影响规律，优化了水泥质量控制技术，提升了产品质量；提出了集数据采集、在线工况识别、模型库在线匹配、多策略组合控制于一体的智能集成优化控制体系，构建了水泥智能制造控制平台，实现了水泥生产过程智能集成优化控制；项目成果已在沂南中联水泥有限公司等企业的10条生产线成功推广应用，有效推动了水泥的高质、高产与低耗的智能制造进程，社会与经济效益显著，市场前景广阔；项目成果达到国际先进水平。
2、山东省科学技术厅综合绩效评价意见：2020年10月14日，山东省科学技术厅组织专家在济南对山东恒拓科技发展有限公司承担的2017山东省重大科技创新工程“智能协同控制及优化关键技术研究与应用示范”项目进行了综合绩效评价。专家组审阅了相关材料,听取了项目汇报，观看了系统演示，经质询讨论，形成如下绩效评意见：项目研发了集异构数据采集、传输与融合、多目标一体化优化、智能协同控制于一体的全流程智能协同控制及优化运行系统集成平台，解决了工况复杂多变、过程控制点少、关键参数缺失等所导致的水泥生产过程控制难、优化运行难的关键问题，实现了原料制备、熟料煅烧和水泥粉磨的智能协同控制及优化。
3、中国建筑材料联合会成果鉴定意见：2017年1月14日，中国建筑材料联合会在济南市组织召开了由济南大学和山东恒拓科技发展有限公司共同完成的“水泥生产过程智能集成优化控制技术研究及应用”项目科技成果鉴定会。与会专家审阅了鉴定材料,听取了项目组所作的工作报告、研究报告、经济社会效益分析报告及用户使用报告和专家现场考察报告，经质询和讨论，形成如下鉴定意见：成果已获授权发明专利3项，实用新型专利1项，计算机软件著作权20项；成果已在中联水泥、宁夏建材集团、山水水泥集团、白俄罗斯奔萨水泥等大型企业成功推广应用，提升了我国水泥工业智能制造水平，对水泥行业转型升级、提质降本增效、节能降耗具有重要意义，社会与经济效益显著，市场前景广阔；项目成果达到国际先进水平。
4、山东省水泥质量监督检测站出具的技术分析评价报告：项目成果已在临沂中联水泥有限公司5000t/d水泥熟料生产线应用，应用表明该智能优化系统应用后，生料粉磨电耗下降2.1%，熟料标准煤耗下降1.6%，水泥粉磨电耗下降1.9%。
七、应用情况
该项目架构设计、理论研究和技术开发由济南大学主导，技术完善与产业化推广由山东恒拓科技发展有限公司主导，示范应用由山东山水水泥集团有限公司主导，经历了单环节运行、多子系统协调运行、全系统运行三个阶段。目前，已应用于国内外103条生产线，并获得了满意结果。应用推广分为国际国内两部分：1）国际应用于世界水泥巨头拉法基水泥集团和俄罗斯、土耳其、多米尼加、孟加拉等国家的水泥企业；2）国内应用于山水集团（100%应用）、中国建材集团（中联水泥、南方水泥、北方水泥、宁夏建材……）等水泥企业。
八、主要知识产权和标准规范等目录
| 知识产权（标准）类别 | 知识产权（标准）具体名称 |
国家 （地区） |
授权号（标准编号） | 授权（标准发布）日期 |
证书编号 （标准批准发布部门） |
权利人（标准起草单位） | 发明人（标准起草人） | 发明专利（标准）有效状态 |
| 发明专利 | 原料粉磨自动控制方法 | 中国 | ZL 201410584172.8 | 2018.08.17 | 3035815 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 |
王孝红,张强,袁铸钢,张先垒,孟庆金,景绍洪,于宏亮,申涛,王新 江,邢宝玲,高红卫,崔行良,白代雪,刘化果 |
有效 |
| 发明专利 | 智能化水泥工厂生产中熟料质量检测方法、装置及设备 | 中国 | ZL 2019100666821.8 | 2021.06.29 | 4513919 | 济南大学 | 路士增,王孝红,于宏亮,袁铸钢,孟庆金,景绍洪,张强,蒋萍,刘钊,黄冰,李凡军 | 有效 |
| 发明专利 | 一种水泥联合半终粉磨优化控制系统及方法 | 中国 | ZL 201710116957.6 | 2019.01.04 | 3203804 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 | 张强,袁铸钢,刘恒涛,王孝红,于宏亮,崔行良,王云 | 有效 |
| 发明专利 | 一种基于典型工况的自适应水泥生料配料系统及其配料方法 | 中国 | ZL 201410526051.8 | 2017.07.18 | 2555383 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 | 于宏亮,王孝红,万新,景绍洪,袁铸钢,孟庆金,申涛,王新江,邢宝玲,高红卫,吴芸,崔行良,仁春理 | 有效 |
| 发明专利 | 一种水泥生料配料控制系统及方法 | 中国 | ZL 201510359047.1 | 2017.05.17 | 2486530 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 |
王孝红,蒋萍,于宏亮,张强,孟庆 金,袁铸钢,景绍洪,申涛,王新江 |
有效 |
| 发明专利 | 一种基于广义逆矩阵的水泥生料质量控制方法及系统 | 中国 | ZL 201510408455.1 | 2017.12.29 | 2759158 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 | 蒋萍,王孝红,于宏亮,黄冰,王司光,高红卫,张强,袁铸钢,孟庆金 | 有效 |
| 发明专利 | 用于控制水泥生料立磨中喂料量的方法、装置及设备 | 中国 | ZL 201910421600.8 | 2020.11.06 | 4081294 | 济南大学 | 张强,刘津良,袁铸钢,王孝红,苏哲,孟庆金,景绍洪,于宏亮,申涛,王新江,邢宝玲,高红卫,崔行良,白代雪,刘化果,任春理 | 有效 |
| 发明专利 | 一种分解炉出口温度建模方法 | 中国 | ZL 201410584298.5 | 2018.04.06 | 2873124 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 | 张强,袁铸钢,王孝红,苏哲,孟庆金,景绍洪,于宏亮,申涛,王新江,邢宝玲,高红卫,崔行良,白代雪,刘化果,任春里 | 有效 |
| 发明专利 | 一种适用于闭路水泥联合粉磨的自动控制系统及方法 | 中国 | ZL 201410515519.3 | 2017.10.31 | 2675686 | 济南大学，山东恒拓科技发展有限公司 | 袁铸钢,张强,王孝红,候居东,孟庆金,景绍洪,于宏亮,申涛,王新江,邢宝玲,高红卫,崔行良,白代雪,刘化果,任春里 | 有效 |
| 计算机软件著作权 | 水泥企业生产数据分析与管理系统V1.0 | 中国 | 2018SR699610 | 2018.08.31 | 02959974 | 山东恒拓科技发展有限公司，济南大学 | 山东恒拓科技发展有限公司,济南大学 | 有效 |
九、主要完成人情况
1、姓名：王孝红 排名：1
行政职务：无 技术职称：教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：项目研发团队带头人，负责总体构思、设计和项目实施，提出了水泥生产智能化体系结构、发明了熟料烧成状态识别方法、发明了原料粉磨自动控制方法、研发了基于典型工况的自适应水泥生料配料系统，在项目成果应用与推广方面做出了重大贡献。
2、姓名：刘钊 排名：2
行政职务：无 技术职称：讲师
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。发明了水泥粉磨能耗预测控制方法，研制了水泥联合粉磨自动控制软件，实现了水泥粒度合理分布，缩小了稳流仓仓重、比表面积和磨机电流波动范围，提高了水泥质量。
3、姓名：路士增 排名：3
行政职务：无 技术职称：讲师
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。参与了水泥生产智能化体系结构工作，提出了基于多模态智能控制技术的水泥生料质量控制方法，稳定了水泥生料成分，提出了篦冷机仿人智能控制方法，稳定了烧成过程的热工制度，保证了熟料质量，降低了煤耗。
4、姓名：陈仲圣 排名：4
行政职务：副总经理 技术职称：高级工程师
工作单位：山东山水水泥集团有限公司
完成单位：山东山水水泥集团有限公司
对本项目贡献：全程参加了项目的研发工作。从工艺角度提出了水泥熟料生产过程节能降耗的控制策略。
5、姓名：于宏亮 排名：5
行政职务：无 技术职称：教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。发明了熟料烧成工况识别方法，解决了熟料烧成过程线性化难题。
6、姓名： 张强 排名：6
行政职务：副院长 技术职称：教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。研发了水泥生料制备状态识别和优化控制软件，提高了生料合格率，降低了电耗，负责水泥生产智慧决策平台的研发工作。
7、姓名：蒋萍 排名：7
行政职务：无 技术职称：副教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。研发了水泥生料配料控制系统，稳定了水泥生料成分。
8、姓名：孟庆金 排名：8
行政职务：无 技术职称：教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，研究了磨机负荷控制方法，实现水泥粉磨负荷优化运行。
9、姓名：景绍洪 排名：9
行政职务：无 技术职称：教授
工作单位：济南大学
完成单位：济南大学
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，全程参加了项目的研发工作。研发了水泥生料制备状态识别和优化控制软件，提高了生料合格率，降低了电耗，负责水泥生产智慧决策平台的研发工作。
10、姓名：刘化果 排名：10
行政职务：无 技术职称：高级工程师
工作单位：山东恒拓科技发展有限公司
完成单位：山东恒拓科技发展有限公司
对本项目贡献：是项目科学技术成果鉴定证书中的主要研制人员，研发了水泥智慧决策平台和组织现场工程实施。
十、主要完成单位及创新推广贡献
1、济南大学 排名：1
对项目的技术创新和应用情况的贡献主要表现在：
（1）组织项目的实施，为项目的开展提供人力、物力和财力保障，发挥学科交叉、互补优势和集成创新；
（2）首次构建了集生产过程数据采集、工况智能辨识、多策略智能优化控制、智能生产管理于一体的水泥生产智能化体系结构，形成了相应的关键技术解决方案。
（3）发明了基于典型工况的自适应水泥生料配料方法，研制了水泥生料喂料控制设备，突破了原材料成分变动大时生料“三率值”难以控制的问题，并编制了相应的控制软件，确保了生料成分稳定，为熟料烧成系统稳定运行和熟料质量提高提供保障。
（4）发明了分解炉出口温度建模方法，研制了智能化水泥熟料质量检测设备，攻克了水泥烧成过程因滞后、非线性及不确定性导致的“风煤料”动态不平衡问题，保证了热工制度稳定。
（5）研发了水泥颗粒粒度分布在线检测与滤波技术，发明了适用于闭路水泥联合粉磨的自动控制方法，编制了相应的控制软件，解决了预粉磨系统与终粉磨系统协调控制问题，实现了水泥颗粒粒度合理分布，提高了粉磨效率。
（6）构建了集智能传感、优化控制、现代管理于一体的水泥智慧决策平台，解决了异构数据采集、传输与融合的关键技术难题，编制了水泥企业数据分析与管理系列软件，实现了水泥生产数字化、智能化、高效化、绿色化，确保企业的行业竞争力。
2、山东恒拓科技发展有限公司 排名：2
对项目的技术创新和应用情况的贡献主要表现在：
（1）参与项目的实施，为项目的开展提供人力、物力和财力保障；
（2）参与研发集数据采集、工况智能辨识、多策略智能优化控制、智能生产管理于一体的水泥生产智慧决策平台；
（3）负责水泥生产智慧决策平台现场安装、调试、运行维护等工作；
（4）成功将本项目推广应用于百余条生产线，包括水泥巨头拉法基集团，白俄罗斯、俄罗斯、土耳其、多米尼加、孟加拉国、摩洛哥、南非等国家的水泥企业，中国建材集团（中联水泥、南方水泥、北方水泥、西南水泥、宁夏建材、天山水泥等）、山水集团（100%应用）等。
3、山东山水水泥集团有限公司 排名：3
（1）是项目推广应用单位，为项目的实施提供人力和物力保障；
（2）与济南大学推进水泥生产过程智能化建设，从工艺角度参与水泥生产智能化集成管控平台研发；
（3）通过实施水泥生产智能化集成管控平台，实现了生料制备、熟料烧成及水泥制成的工况识别与智能控制，提高水泥生产的智能化水平。
十一、完成人合作关系说明
本人王孝红与其他完成人的合作关系主要依托于山东省科技重大专项、科技部国际合作项目、工业与信息化部智能制造综合标准化专项、山东省重大科技创新工程等项目。济南大学，作为项目的主要承担方和管理单位，设计、规划了项目的总体架构和技术路线，对水泥生产过程智能化关键技术攻关做出了贡献。山东恒拓科技发展有限公示作为项目的主要实施单位，对水泥智慧决策平台的搭建做出重要贡献。山东山水水泥集团有限公司是项目推广应用单位，为项目的实施提供人力和物力保障。
本人为本成果第一完成人，现将合作关系说明如下：
1.本人与济南大学刘钊、路士增、于宏亮、张强、蒋萍、孟庆金和景绍洪合作构建了集生产过程数据采集、工况智能辨识、多策略智能优化控制、智能生产管理于一体的水泥生产智能化体系结构；发明了基于数据滤波、经验模态分析、K-MEANS及专家知识的水泥生产工况识别方法；发明了基于数据驱动、专家控制、模糊控制、人工神经网络、预测控制等算法的水泥生产智能化控制方法。本人与上述合作人共同完成了发明专利、计算机软件著作权和论文等知识产权。
2. 本人与山东恒拓科技发展有限公司刘化果合作完成了本成果的技术推广，并共同完成了发明专利。
3. 本人与山东山水水泥集团有限公司陈仲圣合作完成了本成果的技术开发，并共同完成了示范应用。