全區一半以上的工業用水爲再生水、萬元GDP水耗僅爲全市四分之一、新增産業項目不用新水……北京經濟技術開發區（簡稱經開區，也稱北京亦莊）取得的一系列水循環利用成果，離不開”第二水源”再生水。在北京經開區，一座國際領先的智能制水原型母工廠破繭而出。智能制水原型母工廠與常規的再生水廠有何不同？如何實現快速複制建設？如何進一步提升水循環利用水平？近日，記者帶著這些問題，走進位于北京經開區西環南路上的智能制水原型母工廠進行探秘。
一鍵點擊秒變無人工廠
走進智能制水原型母工廠，兩米多高的汙水處理設備排成排，組成再生水産線。現場設備運轉聲持續，監測數據儀表上的數據跳動，卻不見設備操作人員。
來到中控室才發現奧秘。兩名工程師盯守在集中控制平台前，此時一組設備已連續工作33小時，正趕上啓停操作，只見一名操作人員移動鼠標打開相應界面，點擊了一下啓停按鈕，顯示大屏上的5個開關圖標依次由綠變紅、由紅變綠。”作爲24小時運轉的再生水廠，生産設備需要輪換停機’休息’，保障生産質量。”工廠負責人說，這樣的啓停操作是常規操作，以前一次啓停操作可沒有一鍵操作這麽簡單。
記者在顯示大屏上看到，每一個開關圖標對應著現場設備上的每一個控制閥或開關，多個控制閥和開關相互配合、有序動作，完成正沖、運行、反洗等多個程序，才實現一次啓停。以前啓停操作需要多名操作人員到現場，手持對講機不停交流，手動打開或關閉控制閥和開關，共同配合完成，操作時間在20分鍾以上。從2020年下旬智能制水原型母工廠建成試運行以來，每台設備上的控制閥和開關實現了自動化，通過工業互聯網技術，集中到控制平台，利用集中控制系統，點擊一鍵就能完成以前一隊人、20多分鍾的操作。
不僅是啓停操作，集中控制平台如同整個工廠的操作面板，加藥、開機等工廠所有常規操作，都能通過平台一鍵點擊，設備自動完成。”整個工廠以前需要20多名工作人員在現場不停記錄數據與操作，如今只需要5人倒班在中控室盯守、操作，就能實現工廠24小時運轉。”工廠負責人說，整個工廠已經成爲無人工廠、黑燈工廠，未來還將應用虛擬現實技術，除常規操作以外的設備保養、檢修工作也實現智能化。
傳感平台讓生産更精細
跟隨工作人員走進智能制水原型母工廠內部，來到生産級中試測控平台，其外觀看上去與其它生産設備無異，但功能卻極爲關鍵。
“隨著氣候的變換、添加新藥劑、工藝改善，水處理質量會有波動，需要頻繁實驗采集數據，指導調整生産設備，保障産水質量。”工廠負責人指著旁邊兩台稍顯低矮的設備介紹，這是以前采用的小試、中試平台，只能進行離線狀態的獨立實驗，而創新研發出的生産級中試測控平台，在生産過程中就能進行實驗檢測。
生産級中試測控平台由四組特殊定制的反滲透模塊和配套的多傳感器系統組成，嵌套在整套生産設備中間。平台側面兩排正方形的白色儀表格外顯眼，表盤上顯示的是設備內部傳感器回傳的電導率、濁度、壓力、流量、ph值等常規數值實時數據。據崔勇介紹，此前只在生産設備的進水口與出水口安裝傳感器監測數據，現在有了生産級中試測控平台的加入，組成了多傳感器系統，根據這些實時回傳數據，指導所有生産設備調整參數優化水質。
而在被稱爲工廠”大腦”的監控中心，通過巨幅電子看板不僅能看到整個水廠的三維場景，還能看到傳感器回傳的電導率、濁度、壓力、流量、ph值等實時數據，以及産能負荷、進水量、産水量等運行狀態與圖表分析。
“叮咚……”一聲手機短信提示音響起，監控中心工作人員立即查看，根據信息顯示數據，工作人員在監控中心操作系統相應位置輸入數值，優化調整生産參數。原來，手機與監控中心的大數據系統綁定，設備生産監測數據傳入大數據系統，經過分析後向手機推送信息，供工作人員調整。以前通過工作人員現場抄錄儀表數據、分析運行狀況進行設備調整，如今大數據系統收集數據並分析，指導工作人員精准調整，讓調整工作從憑經驗變爲憑數據，提升了精細化與産水質量。
其中，反沖洗是再生水廠的關鍵步驟，設備工作一段時間，對過濾系統進行沖洗，保障處理質量。以前需要人工看見數據指導進行反沖洗，或通過控制系統設置每個固定時間階段沖洗一次。現在，隨著傳感器傳送實時監測數據，過濾系統需要沖洗時自動進行反沖洗，大大提高了生産效率。
數字工廠正在搭建形成
遍布在生産設備上的傳感器，收集的大數據怎麽用起來呢？對記者的疑問，工廠負責人解釋說，”大數據系統是工廠大腦，未來將實現智能化、自動化生産，工廠內生産運行的所有數據，包括工作人員的操作數據，都收集在大數據系統裏，供系統分析抓取，形成數字控制工廠運行的算法，數字孿生工廠正在搭建形成。這些參數積累起來的大數據，爲新建複制再生水廠産水質量提供支撐。”
所謂數字孿生工廠，就是大數據系統中模擬的數字工廠，與現實中的工廠完全一致，最直接的體現就是，大數據預測的生産運行數據，與實時監測數據完全一致。在大數據系統中，代表通過算法預測的紅色數值，與代表實時監測的綠色數值正快速接近。
當大數據系統的數據積累到一定程度、算法穩定了、預測數值與監控數值完全相符，數字孿生工廠就建成了。在智能制水原型母工廠中，手機推送信息、人工修改參數的手動模式將成爲過去時，進入到系統根據實時監測數據的變化自動修正控制設備的智能化、自動化模式。而數字孿生工廠也是原型母工廠的關鍵部分，將與實體工廠共同複制建設，賦予複制再生水廠智慧大腦。
而隨著生産級中試測控平台運行穩定性提升，整套生産設備的設計也將更加集約、合理，可以開發設計出模塊化、拼裝式設備，讓再生水處理設施從工程變成産品，快速拼裝建設的再生水廠，將完全複制標杆再生水廠的産水質量與效率。
目前，智能制水原型母工廠尚在持續優化升級階段，生産效率與節能效果卻已顯現。數據顯示，效率已從此前的75%提高到90%，達到了行業領先水平。效率提升的同時，節能量也持續提升。如今節電量達到了15%-30%，用1.33度電就能生産1噸水，比此前行業中能耗最低的新加坡新生水水廠能耗還低。
憑借著創新性與優秀表現，該水廠在清華大學專家的評審中，得到了多項技術填補國際空白的評價，並獲得了北京市智能制造標杆稱號，參與制定的ISO國際標准獲得通過。
這樣的智能制水原型母工廠，將在亦莊新城內優先複制建設。預計今年年內，在馬駒橋智能制造基地複制建設，支撐數據存儲、電子芯片等公司生産用水，同時也在亦莊新城範圍內的集成電路裝備材料産業園配套建設，用高品質工業用再生水，支撐集成電路産業高質量發展。