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基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床
測試床   2021-09-06
主體單位:
聯(lián)合單位:

引言

青島國真智慧科技有限公司是青島天人環(huán)境股份有限公司的全資子公司,是一家專業(yè)從事環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)和運(yùn)營的科技創(chuàng)新企業(yè)。

在國家大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的背景下,為了解決環(huán)境企業(yè)效低、安全差、監(jiān)管難等痛點(diǎn),公司在國內(nèi)率先研發(fā)成功第一個環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺——Eiiplat。依托環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,利用實(shí)現(xiàn)設(shè)備增效三步法(找點(diǎn)位、建邏輯、尋規(guī)律),公司構(gòu)建基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床,將設(shè)備的生產(chǎn)、操作、管理數(shù)據(jù)有效融合,利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘,構(gòu)建環(huán)境產(chǎn)業(yè)的設(shè)備增效模型,實(shí)現(xiàn)企業(yè)額外的效益增收目標(biāo)。公司對增效進(jìn)行重新定義,率先提出設(shè)備增效(效益)新概念,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本、增效(效率)、提質(zhì)的目標(biāo),最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)共贏。

一、關(guān)鍵詞

環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺 增效 智能化 數(shù)字工廠

二、測試床項(xiàng)目承接主體

2.1.發(fā)起公司和主要聯(lián)系人聯(lián)系方式

青島國真智慧科技有限公司

孫九玲

sunjiuling@tianren.com

15063026778

2.2.合作公司

青島天人環(huán)境股份有限公司

泰爾實(shí)驗(yàn)室科技(無錫)有限公司

三、測試床項(xiàng)目目標(biāo)

本測試床面向環(huán)境產(chǎn)業(yè),環(huán)境產(chǎn)業(yè)目前主要面臨效益低、監(jiān)管難、安全差等問題。環(huán)保產(chǎn)品的公共屬性導(dǎo)致環(huán)境工程項(xiàng)目運(yùn)行效率低、效果差,許多項(xiàng)目靠政府補(bǔ)貼勉強(qiáng)維持,或偷工減料以犧牲環(huán)境為代價獲取盈利。以餐廚項(xiàng)目為例,處理成本約200-300/噸,政府補(bǔ)貼一般為260/噸,提取油脂和產(chǎn)生沼氣可獲得收益約100/,在沒有政府補(bǔ)貼的情況下企業(yè)不能盈利,補(bǔ)貼低的話很難盈利。國家對環(huán)境越來越重視,因?yàn)椴荒塬@得企業(yè)真實(shí)有效的數(shù)據(jù),導(dǎo)致政府雖然投入大量的人力、物力很難企業(yè)生產(chǎn)排放進(jìn)行有效監(jiān)管。環(huán)衛(wèi)工人傷亡事故時有發(fā)生,據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),美國環(huán)衛(wèi)工人死亡率為0.16‰,而我們中國以哈爾濱為例,環(huán)衛(wèi)工人死亡率為1.35%,是美國的100倍,可以說我國環(huán)衛(wèi)工作是高危職業(yè)。

國家大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的背景下,為了解決環(huán)境企業(yè)效率低、安全差、監(jiān)管難等痛點(diǎn),青島國真智慧科技有限公司在國內(nèi)率先研發(fā)成功第一個環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺——Eiiplat本測試床面向環(huán)境產(chǎn)業(yè)五大行業(yè)(固廢、污水、大氣、噪音、輻射)內(nèi)的處理企業(yè)、政府監(jiān)管部門用戶,提出設(shè)備增效三步法(找點(diǎn)位、建邏輯、尋規(guī)律)及其實(shí)現(xiàn)技術(shù),滿足設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警和性能優(yōu)化的需要,解決設(shè)備使用壽命短、能耗高、故障多、運(yùn)維成本高等問題以工業(yè)設(shè)備連接、運(yùn)行和狀態(tài)數(shù)據(jù)采集能力為基礎(chǔ),通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、容器技術(shù),搭載產(chǎn)業(yè)專屬的軟件模型庫,實(shí)現(xiàn)環(huán)境產(chǎn)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)能運(yùn)行、智能化運(yùn)維管理、增加生產(chǎn)收入。

測試床主要測試目標(biāo)為驗(yàn)證環(huán)境產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目設(shè)備的增效空間,在達(dá)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下,分析設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)、應(yīng)用場景,測試增效模型有效性,同時根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷更新、迭代模型庫,提供持續(xù)的增效運(yùn)維服務(wù)。廢行業(yè)為例,垃圾處理設(shè)施入手,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)封裝成模型后,與各細(xì)分行業(yè)頭部企業(yè)合作,快速復(fù)制到環(huán)境產(chǎn)業(yè)內(nèi)各細(xì)分行業(yè)。

本測試目標(biāo)是打造行業(yè)內(nèi)首個以設(shè)備增效功能驗(yàn)證為核心的測試床,促進(jìn)環(huán)境產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化設(shè)備管理體系的新技術(shù)、新基礎(chǔ)和新業(yè)態(tài)的建設(shè)。本測試床的價值在于檢測設(shè)備排放是否達(dá)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),為企業(yè)降本、增效、提質(zhì)及提供設(shè)備增效技術(shù)驗(yàn)證為政府提供及時可靠的監(jiān)管數(shù)據(jù)。

四、測試床方案架構(gòu)

4.1.測試床應(yīng)用場景

構(gòu)建基于云計(jì)算的設(shè)備數(shù)據(jù)匯聚、分析和服務(wù)平臺,打造環(huán)境產(chǎn)業(yè)專屬基于設(shè)備增效管理方面的軟件模型庫,提供持續(xù)增效服務(wù)。本測試床主要面向兩大應(yīng)用場景,包括設(shè)備故障診斷維護(hù)設(shè)備協(xié)同增效。

1.設(shè)備故障診斷維護(hù)基于設(shè)備健康的評估模型和故障預(yù)測模型分析設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的異常狀態(tài),并提前對異常狀態(tài)采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)測性維護(hù),模型下發(fā)運(yùn)行決策和維護(hù)建議至邊緣層執(zhí)行,由定期計(jì)劃維護(hù)改為基于設(shè)備健康模型分析的精準(zhǔn)維護(hù),提高設(shè)備運(yùn)行維護(hù)效率和可靠性,減少用工和停機(jī)時間并提高整個工廠的效率。

應(yīng)用價值:維保費(fèi)用降低近20%以上,設(shè)備故障率降低近50%以上。

2.設(shè)備協(xié)同增效

通過搭建環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺,構(gòu)建設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行模型,并按照效率、能耗、安全、健康度等目標(biāo),輸出最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)下發(fā)至邊緣層執(zhí)行,一方面能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異?;蚍逯登樾?,優(yōu)化生產(chǎn)過程中能源消耗,大大降低能耗成本;另一方面能夠提升廢棄物的利用率,增加產(chǎn)品數(shù)量質(zhì)量生產(chǎn)收入;同時根據(jù)海量運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷更新、迭代增效模型庫,依據(jù)本測試床群體知識,設(shè)備及設(shè)備集合可進(jìn)行持續(xù)的增效優(yōu)化。舉例如下:

(1)濕垃圾預(yù)處理設(shè)備提油增效

粗油脂作為濕垃圾處理中預(yù)處理系統(tǒng)的主要產(chǎn)品,其提取效率受進(jìn)料溫度、流量、含油率、三相轉(zhuǎn)速等多個預(yù)處理設(shè)備(見圖4-1因素的影響,傳統(tǒng)油脂提取工藝參數(shù)的設(shè)置多采用經(jīng)驗(yàn)值,粗油脂的品質(zhì)和產(chǎn)量不可控,油脂回收率較低。針對以上問題基于現(xiàn)有項(xiàng)目工程運(yùn)行數(shù)據(jù),通過分析油脂提取工藝設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和效果,建立油脂回收增效模型,綜合能耗、售價等經(jīng)濟(jì)因素智能匹配運(yùn)行工藝參數(shù),達(dá)到提升產(chǎn)油量的目的。

應(yīng)用價值:預(yù)處理設(shè)備油脂提取提升8%。

圖4-1 預(yù)處理設(shè)備

(2)厭氧設(shè)備產(chǎn)氣增效

沼氣作為厭氧設(shè)備(見圖4-2系統(tǒng)的主要產(chǎn)品,其產(chǎn)氣效率受進(jìn)料溫度、流量、VFA、ALK、PH、TS、VS等多個因素的影響,傳統(tǒng)厭氧產(chǎn)氣工藝參數(shù)的設(shè)置多采用經(jīng)驗(yàn)值,沼氣產(chǎn)量及沼氣中甲烷含量不可控,沼氣產(chǎn)氣率較低。厭氧設(shè)備產(chǎn)氣模型根據(jù)大量歷史數(shù)據(jù),通過厭氧設(shè)備的自變量(進(jìn)料量、進(jìn)料頻次、溫度、攪拌頻率)對因變量(產(chǎn)氣量)的影響進(jìn)行擬合分析,綜合能耗等經(jīng)濟(jì)因素匹配最優(yōu)運(yùn)行工藝參數(shù),達(dá)到提升產(chǎn)氣量的目的。

應(yīng)用價值:厭氧設(shè)備產(chǎn)氣提升10%。

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4-2 厭氧設(shè)備

(3)厭氧設(shè)備降耗增效

厭氧設(shè)備攪拌系統(tǒng)受液體粘度、濃度、槳葉角度、槳葉數(shù)量、罐體直徑、液面高度等各方面的影響。通過厭氧系統(tǒng)設(shè)備降耗模型可以降低設(shè)備潛在的過多能源消耗,同時根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整參數(shù),維持厭氧系統(tǒng)整體穩(wěn)定。根據(jù)設(shè)備的健康狀況,提高厭氧設(shè)備運(yùn)行維護(hù)效率和可靠性,減少停機(jī)時間并提高整個工廠的效率。

應(yīng)用價值:厭氧設(shè)備運(yùn)行能耗降本至少20%。

4.2.測試床架構(gòu)

本測試床符合AII工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu), 由邊緣層、IaaS層、PaaS層及SaaS層組成,同時由安全防護(hù)體系保駕護(hù)航。包括設(shè)備增效模型、設(shè)備參數(shù)控制、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備預(yù)警、設(shè)備工藝優(yōu)化為核心功能的重點(diǎn)測試技術(shù),建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)下的設(shè)備互聯(lián)體系。

4.3.測試床方案

通過5G技術(shù)提高邊緣設(shè)備的實(shí)時數(shù)據(jù)上傳速率,同時降低延時。微服務(wù)架構(gòu)(見圖4-3)確保后期設(shè)備數(shù)量及設(shè)備接入數(shù)據(jù)量增加時快速的進(jìn)行橫向擴(kuò)展,在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、容器技術(shù)的支撐下,高效、穩(wěn)定的進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的分析和存儲。通過人工智能對設(shè)備安全、增效、能耗、運(yùn)維等進(jìn)行預(yù)測,同時引用3D/VR技術(shù)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。

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4-3 測試床軟件架構(gòu)

4.4.方案重點(diǎn)技術(shù)

首次利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)解決環(huán)境產(chǎn)業(yè)效低、監(jiān)管難和安全差的問題,并創(chuàng)造性提出設(shè)備增效方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。基于設(shè)備控制點(diǎn)位描述技術(shù),通過對工廠運(yùn)行設(shè)備、工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)采集,實(shí)時監(jiān)測設(shè)備、工藝參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài),充分了解工藝設(shè)備作業(yè)過程中不同狀態(tài)下的運(yùn)行規(guī)律。

以獲取的大量設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合設(shè)備維修歷史數(shù)據(jù)、工藝配方數(shù)據(jù),利用設(shè)備增效模型構(gòu)建技術(shù),通過人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,抽取運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵特征,如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、油壓、工作時間,厭氧發(fā)酵的溫度、PH、攪拌機(jī)頻率等,構(gòu)建裝備故障分析模型、裝備故障預(yù)測模型,以及產(chǎn)品增產(chǎn)模型等,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障原因的快速定位維修措施,以及工藝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化的建議。

通過物聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+人工智能技術(shù)對運(yùn)行設(shè)備、工藝參數(shù)進(jìn)行全面的分析和洞察,給出系統(tǒng)性的預(yù)測性維護(hù)、故障診斷和系統(tǒng)優(yōu)化解決方案,在確保安全的前提下,提高物質(zhì)利用率、轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)效率是本測試床聚焦點(diǎn)。

4.5.方案自主研發(fā)性、創(chuàng)新性及先進(jìn)性

環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺利用天人環(huán)境30行業(yè)沉淀,結(jié)合信通院泰爾實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)優(yōu)勢,通過建立實(shí)時、系統(tǒng)、全面的環(huán)境產(chǎn)業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)采集體系,構(gòu)建基于云計(jì)算的設(shè)備數(shù)據(jù)匯聚、分析和服務(wù)平臺,打造環(huán)境產(chǎn)業(yè)專屬基于設(shè)備增效管理方面的軟件模型庫。

設(shè)備增效實(shí)現(xiàn)沒有可參考案例和理論指導(dǎo),經(jīng)過多年實(shí)踐總結(jié)提煉出實(shí)現(xiàn)設(shè)備增效三步法(見圖4-4,即找點(diǎn)位、建邏輯、尋規(guī)律在設(shè)備控制點(diǎn)位描述技術(shù)方面,引入點(diǎn)位圖+點(diǎn)位表,先找點(diǎn)、再定位利用點(diǎn)位控制功能表來進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)位描述及控制技術(shù)分析;分析行業(yè)物質(zhì)、資金、數(shù)據(jù)與其影響因素關(guān)系,特征提取、建模、模型訓(xùn)練的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備增效模型構(gòu)建技術(shù)創(chuàng)新廢棄物全產(chǎn)業(yè)鏈溯源方面,綜合物質(zhì)流、區(qū)塊鏈、設(shè)備標(biāo)識行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新設(shè)備標(biāo)識技術(shù)應(yīng)用。

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4-4 設(shè)備增效實(shí)現(xiàn)三步法示意圖

(1)找點(diǎn)位

通過物料流轉(zhuǎn)去向及氣、液、渣產(chǎn)出占比,明確降本增效點(diǎn),通過設(shè)備增效影響因素分析(見圖4-5、圖4-6、圖4-7、表4-1,確定增加傳感器的類型、規(guī)格、數(shù)量、位置等具體參數(shù)

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4-5 物料平衡圖


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4-6 因素分析


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4-7 點(diǎn)位控制




4-1 點(diǎn)功能

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(2)建邏輯

從單因素、多因素、系統(tǒng)因素三個方面分析物能損耗(降本)和增產(chǎn)(增收)及效益(增效)與其影響因素之間的關(guān)系,用方程式或模型和線圖(即邏輯分析圖,非示意圖,見圖4-8)描述表示  

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4-8建邏輯


(3)尋規(guī)律

通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘,尋找大數(shù)據(jù)中的規(guī)律,見圖4-9。

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4-9尋規(guī)律

本測試床可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警、性能優(yōu)化;可檢測設(shè)備排放是否達(dá)行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn);根據(jù)設(shè)備健康模型創(chuàng)新設(shè)備維修保養(yǎng)服務(wù),避免過度維修保養(yǎng)的同時提升設(shè)備使用壽命;結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)要求選擇最優(yōu)設(shè)備運(yùn)行模型以控制設(shè)備運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、節(jié)能服務(wù);根據(jù)不同設(shè)備和故障信息選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備分析模型,提高設(shè)備故障分析的準(zhǔn)確性和安全性

本測試床解決設(shè)備使用壽命短、能耗高、故障多、安全差、運(yùn)維成本高等問題,打造行業(yè)內(nèi)首個以設(shè)備增效功能驗(yàn)證為核心的測構(gòu)床,構(gòu)建環(huán)境產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化設(shè)備管理體系的新技術(shù)、新基礎(chǔ)和新業(yè)態(tài)。

4.6.方案安全風(fēng)險(xiǎn)控制

隨著本測試床的應(yīng)用推廣,設(shè)備接入數(shù)據(jù)量隨之增加,數(shù)據(jù)處理不及時會產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確等問題,造成能耗損失或設(shè)備損壞,采用微服務(wù)架構(gòu),行業(yè)PAAS層部分成熟算法模型下沉至邊緣層,對數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、預(yù)處理、緩存等操作,減輕數(shù)據(jù)通訊壓力。

大數(shù)據(jù)正逐漸演變?yōu)樾乱淮A(chǔ)性支撐技術(shù),設(shè)備數(shù)據(jù)安全成為設(shè)備大數(shù)據(jù)與環(huán)境產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域安全的重要影響因素,針對不斷變化演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)攻擊形態(tài),設(shè)計(jì)建構(gòu)更加完善的大數(shù)據(jù)平臺安全保護(hù)體系,為上層跨行業(yè)應(yīng)用提供基礎(chǔ)性安全保障。

設(shè)備控制安全方面,識別和抵御安全威脅,加強(qiáng)設(shè)備控制安全預(yù)警,增加應(yīng)急處理策略增強(qiáng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、控制等安全保障能力。

五、測試床實(shí)施部署

5.1.  測試實(shí)施規(guī)劃

202105-202109有機(jī)廢棄物處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì),設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證(初試)。

202110-202112月:有機(jī)廢棄物處理設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證(中試)

202201-202203月:有機(jī)廢棄物處理設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證(終試)

202204-202207月:固廢處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì),設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。

202208-202211月:污水處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。

202212-202303月:大氣污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。

202304-202307月:噪音污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。

202308-202311月:輻射污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì),設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試。

202312-202403月:有機(jī)廢棄物、固廢、污水、大氣噪音、輻射污染處理項(xiàng)目設(shè)備增效實(shí)現(xiàn)復(fù)核,測試床發(fā)布正式版、線上運(yùn)營。

5.2.  測試實(shí)施技術(shù)支撐保障措施

1.部署基于阿里云ECS服務(wù)器,安全、高效、彈性伸縮。

2.軟件采用微服務(wù)架構(gòu),并發(fā)量高、容錯性高、動態(tài)擴(kuò)展、獨(dú)立部署、復(fù)雜度可控,測試實(shí)施部署架構(gòu)參見圖5-1

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5-1 測試實(shí)施部署架構(gòu)圖


3.大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)據(jù)分析、3D/VR等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用,為協(xié)同制造、智能生產(chǎn)、供應(yīng)鏈融合提供強(qiáng)有力的應(yīng)用支撐。對單元設(shè)備處理量、利用率、蒸汽量、耗電量、人工成本、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、優(yōu)化工藝。對單元設(shè)備處理量、運(yùn)行時間、藥劑量、設(shè)備參數(shù)、溫度、pH、耗電量、污染物進(jìn)出指標(biāo)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析優(yōu)化工藝,保障處理效果的同時降低能耗提高效率。

4.邊緣計(jì)算技術(shù),實(shí)現(xiàn)設(shè)備錯誤數(shù)據(jù)剔除、數(shù)據(jù)緩存等預(yù)處理以及邊緣實(shí)時分析,降低網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載和云端計(jì)算壓力。將云端訓(xùn)練驗(yàn)證完善的設(shè)備增效模型下沉至邊緣測,在邊緣測就近計(jì)算,降低通訊資源消耗。將云端訓(xùn)練驗(yàn)證完善的設(shè)備增效模型下沉至邊緣測,在邊緣測就近計(jì)算,降低通訊資源消耗邊緣側(cè)實(shí)施部署參見圖5-2。

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5-2 邊緣側(cè)實(shí)施部署架構(gòu)圖

5.3.  測試實(shí)施的自主可控性

1. IAAS基礎(chǔ)設(shè)施:國產(chǎn)阿里云等眾多云廠商技術(shù)已經(jīng)非常成熟,比購買硬件自主搭建效率高而且易于運(yùn)維。

2. PAAS基礎(chǔ)軟件:操作系統(tǒng)Linux、關(guān)系數(shù)據(jù)庫Mysql物理網(wǎng)時序數(shù)據(jù)庫Cassandra、消息代理服務(wù)器EMQ、大數(shù)據(jù)Hadoop、機(jī)器學(xué)習(xí)Tensorflow等軟件都屬于開源項(xiàng)目。國產(chǎn)優(yōu)秀開源軟件用戶量逐漸占領(lǐng)中國市場,項(xiàng)目中使用較多。

3. SAAS 服務(wù):自主設(shè)計(jì)、編碼、編譯、打包、運(yùn)行,完全自主可控。

4. 安全防護(hù):從感知層到網(wǎng)絡(luò)層再到應(yīng)用層,通過密鑰管理機(jī)制、數(shù)據(jù)加密、路由安全、認(rèn)證及訪問控制等多種方式進(jìn)行安全管理。

六、測試床預(yù)期成果

6.1.測試床的預(yù)期可量化實(shí)施結(jié)果

1. 申請?jiān)O(shè)備增效軟件著作權(quán)5項(xiàng)、相關(guān)專利3項(xiàng)。

2. 搭建一個環(huán)境產(chǎn)業(yè)設(shè)備增效功能測試平臺

基于大數(shù)據(jù),建立設(shè)備增效功能樣本數(shù)據(jù)庫,采用專家診斷與人工智能診斷相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)設(shè)備增效功能評估。

3. 編寫一套環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

公司牽頭,中國城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會指導(dǎo)下,聯(lián)合測試床合作伙伴(天人環(huán)境、信通院泰爾實(shí)驗(yàn)室)、行業(yè)頭部企業(yè)共同起草編寫環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),其中設(shè)備增效相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是其重要組成部分。

6.2.測試床的商業(yè)價值經(jīng)濟(jì)效益

1. 商業(yè)價值

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床為企業(yè)、政府、高校、研究院所、制造商、工業(yè)服務(wù)商提供了一個共享的技術(shù)服務(wù)平臺,充分利用現(xiàn)有的高校、研究院、制造商、使用方等單位的專家資源和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的大數(shù)據(jù)與AI技術(shù),為企業(yè)生產(chǎn)和運(yùn)維服務(wù)提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持,為政府監(jiān)管提供及時可靠的數(shù)據(jù)支持,這一技術(shù)服務(wù)模式和共享服務(wù)平臺具有廣闊的應(yīng)用市場,商業(yè)價值巨大。

2. 經(jīng)濟(jì)效益

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床可以實(shí)現(xiàn)對污染物處理設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和故障診斷,充分利用制造商、高校、研究院所的技術(shù)專家,為工業(yè)企業(yè)設(shè)備管理提供技術(shù)指導(dǎo),大幅降低企業(yè)設(shè)備維修成本近20%,解決當(dāng)前企業(yè)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)中存在的維修不足導(dǎo)致的故障頻發(fā)以及過維修導(dǎo)致維修成本高、效益低等問題,提高了企業(yè)設(shè)備管理效率、降低設(shè)備故障率近40%,為企業(yè)降本、增收、提質(zhì)30%左右

6.3.測試床的社會價值

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床的應(yīng)用推廣,形成有效統(tǒng)一的頂層規(guī)劃、完整、科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)體系與合適的運(yùn)行管理模式,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)間更大范圍的實(shí)施鏈接與智能交互融合,滿足環(huán)境行業(yè)及其上下游關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展,實(shí)現(xiàn)多方共贏,最終推動整個產(chǎn)業(yè)體系的可持續(xù)快速發(fā)展。

同時,測試通過廢棄物全產(chǎn)業(yè)鏈溯源的設(shè)備標(biāo)識技術(shù),從源頭保障數(shù)據(jù)真實(shí)性與可追溯性,為政府科學(xué)決策、有效監(jiān)管提供依據(jù)和入口,徹底解決環(huán)境監(jiān)管難的問題,確保人類擁有一個美好的生存環(huán)境

6.4.測試初步推廣應(yīng)用案例

1. 德清旺能生態(tài)餐廚廢棄物資源化處理廠設(shè)備增效測試

德清旺能生態(tài)餐廚廢棄物資源化處理廠,處理規(guī)模100t/d(實(shí)際餐廚50t/d+廚余50t/d,并配套相應(yīng)污水處置。采用“獨(dú)立預(yù)處理+聯(lián)合厭氧發(fā)酵+沼氣發(fā)電工藝”工藝路線,工程占地11畝。該項(xiàng)目是浙江省為數(shù)不多的集餐飲廚余垃圾協(xié)同處置的項(xiàng)目。

項(xiàng)目運(yùn)行初期面臨產(chǎn)氣量低、能耗大、各工段無法實(shí)現(xiàn)集中管控等問題,運(yùn)用設(shè)備增效實(shí)現(xiàn)三步法進(jìn)行了智能化升級和平臺化運(yùn)營管理的改造,實(shí)現(xiàn)了從漿料產(chǎn)生、輸送到厭氧發(fā)酵全工藝流程設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)管與有序運(yùn)行,保障設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)留痕。

通過厭氧系統(tǒng)設(shè)備增效模型遠(yuǎn)程診斷及下發(fā)指令,基于厭氧設(shè)備增效特征提取、建模、模型訓(xùn)練利用設(shè)備增效模型與大數(shù)據(jù)分析,使厭氧設(shè)備能耗投入產(chǎn)出比得到明顯的提升。連接環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺Eiiplat測試,知其產(chǎn)出比由原來的3.88增大到4.31,提升比例為11%設(shè)備故障率降低35%,綜合效益提升30%左右。

基于德清厭氧設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)形成增效功能測試報(bào)告,依據(jù)厭氧罐、攪拌機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況編寫完成設(shè)備測試床設(shè)計(jì)方案及部署說明等,為該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評估和發(fā)展規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)支撐。

2. 平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)廚垃圾處理廠設(shè)備增效測試

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)餐廚垃圾處理廠,設(shè)計(jì)處理濕垃圾150噸(100噸廚余+50噸餐廚),主工藝流程為預(yù)處理+干式厭氧發(fā)酵+生物脫硫+膜法脫碳獲住建部“環(huán)境衛(wèi)生科技示范項(xiàng)目”殊榮。

原工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互隔離,使得IT系統(tǒng)與現(xiàn)場的通信存在較多障礙,對工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量提出新的要求。一是各子系統(tǒng)設(shè)備(除臭、污水、厭氧工段等)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),與工廠信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)各異,難以融合互通;二是工業(yè)生產(chǎn)全流程設(shè)備存在大量“信息死角”,亟待解決;三是設(shè)備信息源較差,實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、類型、精度以及頻率等方面存在較大提升空間。

針對上述問題,該項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)可視化、智能化和平臺化的廠區(qū)設(shè)備運(yùn)營管理模式,是國內(nèi)首個環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺—Eiiplat試點(diǎn)項(xiàng)目,經(jīng)過設(shè)備控制點(diǎn)位分析點(diǎn)位圖+點(diǎn)位表),利用中央集中管控系統(tǒng)形成各設(shè)備信號傳輸,并自動下傳廠區(qū)中控系統(tǒng),分析區(qū)設(shè)備增效與其影響因素關(guān)系,通過全廠數(shù)據(jù)聚類、邊緣計(jì)算、算法模型等物聯(lián)網(wǎng)手段,形成了針對不同設(shè)備的增效模型,打通了各設(shè)備間的信息孤島,實(shí)現(xiàn)了干發(fā)酵厭氧罐設(shè)備本增效。

測試結(jié)果表明厭氧設(shè)備降耗12%、產(chǎn)氣率提升4%,設(shè)備故障率降低35%,廠區(qū)實(shí)現(xiàn)綜合增效30%以上利用差值計(jì)算、隨機(jī)化算法、最短路徑算法等大數(shù)據(jù)算法,解決了設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸精度不高、信號質(zhì)量差等弊端,將設(shè)備增效模型的準(zhǔn)確度提高20%以上,編寫完成了厭氧設(shè)備增效功能測試使用說明書測試報(bào)告,為該項(xiàng)目其它設(shè)備的智能化和平臺化升級改造提供了數(shù)據(jù)支撐

七、測試床成果驗(yàn)證

7.1.測試床成果驗(yàn)證計(jì)劃

2021年05月-2021年09月:有機(jī)廢棄物處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證(初試),增效目標(biāo)10%。

2021年10月-2021年12月:有機(jī)廢棄物處理設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證(中試),增效目標(biāo)20%。

2022年01月-2022年03月:有機(jī)廢棄物處理設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證(終試),增效目標(biāo)30%。

2022年04月-2022年07月:固廢處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試,增效目標(biāo)30%。

2022年08月-2022年11月:污水處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試,增效目標(biāo)30%。

2022年12月-2023年03月:大氣污染處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試,增效目標(biāo)30%。

2023年04月-2023年07月:噪音污染處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試,增效目標(biāo)30%。

2023年08月-2023年11月:輻射污染處理設(shè)備增效數(shù)據(jù)驗(yàn)證測試,增效目標(biāo)30%。

2023年12月-2024年03月:有機(jī)廢棄物、固廢、污水、大氣、噪音、輻射污染處理設(shè)備增效實(shí)現(xiàn)復(fù)核(綜合增效目標(biāo)30%),測試床正式發(fā)布線上運(yùn)營。

7.2.測試床成果驗(yàn)證方案

測試床針對環(huán)境產(chǎn)業(yè)處理設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證,以下以固廢行業(yè)餐廚廢棄物處理為例,搭建基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能驗(yàn)證環(huán)境,對下述場景(7-1參數(shù)優(yōu)化增效7-2設(shè)備故障預(yù)測增效)進(jìn)行代表性驗(yàn)證:


7-1設(shè)備參數(shù)優(yōu)化增效功能測試

用例名

厭氧罐設(shè)備參數(shù)優(yōu)化增效功能測試

用例編號

TS_0006

主執(zhí)行者

測試工程師

用例概述

測試厭氧罐參數(shù)優(yōu)化的增效功能

層次

范圍

餐廚垃圾厭氧單元

前置條件

厭氧罐建設(shè)完成且穩(wěn)定運(yùn)營6個月

后置條件

步驟

1. 整理厭氧罐運(yùn)行數(shù)據(jù)

2.將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng),分析得出厭氧罐運(yùn)行數(shù)據(jù)基準(zhǔn)值

3.使用測試床模擬運(yùn)行環(huán)境,得出厭氧罐新運(yùn)行參數(shù)

4.將厭氧罐現(xiàn)有參數(shù)調(diào)整為新運(yùn)行參數(shù)

5.觀察厭氧罐產(chǎn)氣情況、能耗情況

擴(kuò)展

期望結(jié)果

1. 生成厭氧罐運(yùn)行參數(shù)基準(zhǔn)值,各數(shù)值精確到2位小數(shù);

2. 準(zhǔn)確得出厭氧罐運(yùn)行參數(shù)(包括溫度、攪拌頻率等),各數(shù)值精確到2位小數(shù);

3. 厭氧罐產(chǎn)氣情況提升≥3%、功耗下降≥8%

異常

 

規(guī)則與約束

備注

提供測試報(bào)告1份

 

7-2設(shè)備故障預(yù)測增效功能測試

用例名

倉底螺旋設(shè)備故障預(yù)測增效功能測試

用例編號

TS_0007

主執(zhí)行者

測試工程師

用例概述

測試倉底螺旋設(shè)備故障預(yù)測功能

層次

范圍

餐廚垃圾預(yù)處理單元

前置條件

設(shè)備調(diào)試完成正常運(yùn)行

后置條件

步驟

1. 輸入設(shè)備運(yùn)行參數(shù)(電機(jī)5.5kw,電流10.7A

2. 設(shè)備通電測試

3. 加大負(fù)荷,電流>10.7A,持續(xù)1秒以上

擴(kuò)展

期望結(jié)果

1. 測試1s內(nèi)進(jìn)行預(yù)警報(bào)警,并通知電流過高

2.生成電流過高可能產(chǎn)生的問題和解決方案

3.超過5s電流持續(xù)過高,倉底螺旋自動停止,避免后續(xù)故障發(fā)生

異常

規(guī)則與約束

備注

提供測試報(bào)告1份

八、與已存在AII測試床的關(guān)系

通過與已有AII測試床比對,現(xiàn)AII測試沒有可以實(shí)現(xiàn)以“設(shè)備增效”、“先客戶后平臺”的盈利模式相關(guān)測試床,也沒有環(huán)境產(chǎn)業(yè)相關(guān)設(shè)備增效測試床。經(jīng)國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)檢索“設(shè)備增效”(見圖8-1,已有專利均屬于設(shè)備構(gòu)造設(shè)計(jì)類型專利,本測試床軟件模型類設(shè)備增效知識產(chǎn)權(quán)本測試床屬于首創(chuàng)。

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8-1 國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)專利檢索

九、測試床成果交付

9.1.測試床成果交付

測試床交付成果內(nèi)容見表9-1。

9-1 測試床成果交付件

序號

交附件名稱

交付件屬性

1

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床

系統(tǒng)平臺

2

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床使用說明書

說明文檔

3

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床測試報(bào)告

測試報(bào)告

4

設(shè)備增效軟件著作權(quán)5項(xiàng)

軟件著作權(quán)

5

設(shè)備增效相關(guān)專利3項(xiàng)

專利

6

環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

9.2.測試床可復(fù)制性

可復(fù)制的行業(yè)及應(yīng)用場景:環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以固廢行業(yè)為基礎(chǔ),利用固廢行業(yè)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析與挖掘經(jīng)驗(yàn),可以在環(huán)境產(chǎn)業(yè)行業(yè)內(nèi)包括固廢、污水、大氣、噪音、輻射等進(jìn)行快速復(fù)制,為行業(yè)的設(shè)備優(yōu)化、工藝的發(fā)展提供增效測試環(huán)境。還可將設(shè)備增效模型經(jīng)過適應(yīng)性的參數(shù)調(diào)整后,快速復(fù)制到建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下的數(shù)字化智能工廠的設(shè)備增效模型分析。

9.3.測試床開放

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效模型測試床本身具備良好的開放及兼容能力,不僅適用于在環(huán)境產(chǎn)業(yè)內(nèi)對污水、大氣、噪音、輻射等環(huán)境領(lǐng)域進(jìn)行平滑對接,也適用于與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下數(shù)字化智能工廠設(shè)備的平滑對接,最終實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的開放性,幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備增效目標(biāo)。

十、其他信息

10.1.測試床使用

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床建立完成后,非發(fā)起方的測試床參與者、公司需與發(fā)起方簽訂增效測試協(xié)議后,可將環(huán)境產(chǎn)業(yè)的處理設(shè)備利用本測試床進(jìn)行增效功能的驗(yàn)證,包括優(yōu)化設(shè)備運(yùn)營參數(shù)、故障預(yù)測分析等功能。

10.2.測試床知識產(chǎn)權(quán)說明

基于環(huán)境產(chǎn)業(yè)平臺的設(shè)備增效功能測試床由青島國真智慧科技有限公司發(fā)起,合作者、生態(tài)伙伴共同打造。

項(xiàng)目合作過程中產(chǎn)生的開發(fā)成果及其知識產(chǎn)權(quán),包括但不限于申請專利的權(quán)利、專利申請權(quán)、專利權(quán)、版權(quán)、商業(yè)秘密,均歸發(fā)起方及該成果合作開發(fā)者與生態(tài)伙伴共建者擁有或共同擁有;未經(jīng)共同擁有者一方書面同意,另一方不可將本協(xié)議項(xiàng)目合作過程中產(chǎn)生的任何知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓、許可、泄露給任何第三方。

10.3.測試床運(yùn)營及訪問使用

選取內(nèi)蒙古赤峰、浙江富陽、福建平潭為本測試床測試地點(diǎn),系統(tǒng)主要部署于阿里云中,環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺資源由青島國真智慧科技有限公司負(fù)責(zé)統(tǒng)一運(yùn)營管理,參與單位協(xié)助。訪問者可隨時向青島國真智慧科技有限公司申請授權(quán)賬號進(jìn)行使用。

10.4.測試資金

環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)為自有資金,穩(wěn)定充足,同時也會爭取專項(xiàng)資金支持。

10.5.測試時間

本測試床屬于歷時年的研究項(xiàng)目,主要分為以下幾個關(guān)鍵的時間點(diǎn):

20211-20212月:按測試床要求完善平臺架構(gòu)功能。

20212-20214月,搭建設(shè)備增效測試系統(tǒng)。

20215-202110月:有機(jī)廢棄物處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

20216-202110月:固廢處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

20217-202110月:污水處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

20218-202110月:大氣污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

20219-202110月:噪音污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

202110-202110月:輻射污染處理項(xiàng)目現(xiàn)場勘察,設(shè)備增效方案設(shè)計(jì)和設(shè)備數(shù)據(jù)增效驗(yàn)證測試。

202111-202111月:有機(jī)廢棄物、固廢、污水、大氣、噪音、輻射污染處理項(xiàng)目設(shè)備增效初步實(shí)現(xiàn)復(fù)核。

202112-202112月:有機(jī)廢棄物、固廢、污水、大氣、噪音、輻射污染處理項(xiàng)目設(shè)備增效功能測試床發(fā)布正式版、線上運(yùn)營。

10.6.附加信息

測試床成果將首先應(yīng)用于固廢行業(yè)的設(shè)備,通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)收集設(shè)備數(shù)據(jù),將所有設(shè)備數(shù)據(jù)在本測試床中進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,得到最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集可為環(huán)境行業(yè)的處理設(shè)備提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)數(shù)據(jù)、預(yù)測數(shù)據(jù),幫助運(yùn)營方人員優(yōu)化廠區(qū)生產(chǎn)策略、工藝運(yùn)行參數(shù),從而達(dá)到強(qiáng)設(shè)備安全性能、降低設(shè)備能耗、提升設(shè)備運(yùn)行與生產(chǎn)效率,提高資源利用率和處理質(zhì)量

環(huán)境產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以固廢行業(yè)為基礎(chǔ),利用固廢行業(yè)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析與挖掘經(jīng)驗(yàn),通過與污水、大氣、噪音、輻射等行業(yè)頭部企業(yè)合作,從平臺建設(shè)開始規(guī)劃測試功能與復(fù)制實(shí)施方案,為環(huán)境產(chǎn)業(yè)各細(xì)分行業(yè)的工藝技術(shù)、設(shè)備生產(chǎn)和工程建設(shè)與運(yùn)營管控優(yōu)化提供增效測試環(huán)境徹底解決環(huán)境產(chǎn)業(yè)效率低、安全差和監(jiān)管難的痛點(diǎn)提供技術(shù)支撐和測試保障。

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