汪飛虎

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

在公司“鞏固冶煉”戰(zhàn)略要求下，貴冶基本不會進一步擴大產(chǎn)能，進一步發(fā)展面臨著資源短缺、人力成本上升、環(huán)境約束進一步增強、自主創(chuàng)新能力亟待提高等一系列問題，低能耗高資源利用率等挑戰(zhàn)倒逼企業(yè)要轉型升級。

貴冶未來的進步發(fā)展，不僅需要深挖內潛，在生產(chǎn)管理的精益化、自動化、標準化上下功夫，站在全流程的角度進行更多工序的集成優(yōu)化和協(xié)同運作，更需要以智能化、網(wǎng)絡化、自動化為核心特征的智能工廠建設和改造，實現(xiàn)工廠轉型升級、提質增效、綠色發(fā)展。

2 智能工廠建設實踐

2.1 項目的立項批復

2016年3月31日，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《關于開展智能制造試點示范2016專項行動的通知》，并下發(fā)了《智能制造試點示范2016專項行動實施方案》，在全國范圍內選擇了 63 家單位做為試點示范企業(yè)，江西銅業(yè)股份有限公司申報的“銅冶煉智能工廠試點示范”項目位列其中，貴溪冶煉廠成為銅冶煉行業(yè)唯一一家智能制造試點示范工廠。

2.2 確定項目建設目標、總體架構及建設思路

（1）項目建設目標：依據(jù)工信部實施指南、考核指標及能力成熟度等級標準，結合工廠實際，我們擬定了貴冶智能工廠建設的總體目標：通過信息技術、工業(yè)技術和管理技術的“三元”融合，實現(xiàn)工廠全要素的數(shù)字化感知、網(wǎng)絡化傳輸、大數(shù)據(jù)處理和智能化應用，構筑起 “現(xiàn)場識別自動化、信息處理即時化、問題研判協(xié)同化、管理決策智能化”的智慧冶煉新模式，實現(xiàn)有貴冶特色的技術模式和管控模式的高度集成和全面優(yōu)化升級，提升工廠數(shù)字化、精準化、高效化和現(xiàn)代化生產(chǎn)水平，具體是：

①工廠總體工藝流程及布局建立較完善的系統(tǒng)模型。

②配置符合設計要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和先進控制系統(tǒng)，關鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)實現(xiàn)基于模型的先進控制和在線優(yōu)化。

③建立實時數(shù)據(jù)庫平臺，并與過程控制、生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)互通集成。

④與集團公司ERP進行集成對接，滿足公司管控要求。

⑤建立制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），并與企業(yè)資源計劃管理系統(tǒng)（ERP）集成，生產(chǎn)計劃、調度均建立模型，實現(xiàn)生產(chǎn)模型化分析決策，過程的量化管理，成本和質量的動態(tài)跟蹤。

（2） 項目建設原則和策略: 滿足業(yè)務需求優(yōu)先；綠色環(huán)保節(jié)能優(yōu)先；提升效益效率優(yōu)先。

先易后難、風險受控：不盲目追求高大上，根據(jù)輕重緩急、先易后難統(tǒng)籌推進，找出關鍵管控點，把控風險，實施中對生產(chǎn)影響最小、實施后調試爬坡期最短的項目優(yōu)先建設。

以點帶面、抓好示范：不要貪大求全，選擇優(yōu)勢項目試行，試點成功移植推廣。抓好示范線，設計時不僅要確?？煽啃裕捎贸墒斓募夹g方案，同時要考慮到技術的先進性，突出項目的示范性。

嚴控投資、效益優(yōu)先：對現(xiàn)有的IT資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源，要實現(xiàn)資源復用，保護已有投資、嚴控項目投入，追求效益、效率、效果，將投資收效明顯的項目優(yōu)先立項。

（3）項目應用總體架構：《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》指出，智能制造系統(tǒng)架構通過生命周期、系統(tǒng)層級和智能功能三個維度構建完成。產(chǎn)品全生命周期是由設計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動組成的鏈式集合。系統(tǒng)層級自下而上共五層，分別為設備層、控制層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。智能制造的系統(tǒng)層級體現(xiàn)了裝備的智能化和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）化，以及網(wǎng)絡的扁平化趨勢。智能功能包括資源要素、系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通、信息融合和新興業(yè)態(tài)等五層。

依據(jù)標準架構體系，結合工廠實際，構建了貴冶智能工廠系統(tǒng)層級圖（圖1）。

圖1 貴冶智能工廠系統(tǒng)層級圖

工廠級管控層，將建設一個為全廠領導、管理人員、操作人員共同使用的統(tǒng)一、全面的管理信息系統(tǒng)，即“智能工廠管控系統(tǒng)”。該系統(tǒng)上與公司總部ERP、預算管理等系統(tǒng)互聯(lián)，下與DCS、監(jiān)控以及其他過程控制自動化信息系統(tǒng)對接，實現(xiàn)全廠生產(chǎn)、物流、經(jīng)營、安環(huán)等環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的集中管理，也是整個智能工廠的“總綱”。

在過程控制層，將構建車間產(chǎn)線、鐵運、汽運、GIS等特定領域的專業(yè)應用系統(tǒng)。其中，DCS分布式控制系統(tǒng)需要根據(jù)需求進一步擴容，指揮中心、鐵運調度、計量無人值守、視頻監(jiān)控系統(tǒng)分別構建，并集成進智能工廠管控大系統(tǒng)中。

在單元控制層，將圍繞著需求中需要自動化支撐的關鍵管控點，裝備數(shù)據(jù)采集、便捷操作等方面的自動化支撐設備與設施，在充分考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡及服務器等硬件資源基礎上，建設IT系統(tǒng)支撐平臺。

（4）項目建設范圍和步驟：按照總體規(guī)劃、務實推進的原則，貴冶智能工廠項目分兩期建設。一期重點是構建智能工廠系統(tǒng)框架，完成信息化及自動化的提升及智能裝備試點實施。項目二期重點是深化應用和優(yōu)化提升。與生產(chǎn)作業(yè)銜接緊密的自動化改造項目，無法集中建設，按輕重緩急單獨申報立項，分別推進。

2017年至2018年底為一期建設階段，建設范圍包括：構建集成的智能工廠全面業(yè)務應用系統(tǒng)平臺，含生產(chǎn)管理系統(tǒng)、供應鏈管理系統(tǒng)、設備管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、安環(huán)管理系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)，以及集成平臺、開發(fā)平臺和運維平臺；構建應用系統(tǒng)支撐平臺，包括數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡、標準機房、PI擴容、組態(tài)大屏（調度指揮中心及閃速爐監(jiān)控大廳）、視頻監(jiān)控等子項目的建設；技術成熟的自動化改造項目，尾礦無人行車、極板轉運自動化與質檢智能化、鐵運智能化調度、硫酸銅自動打包碼垛、廢水站無人值守等子項目。

2019年至2022年底為二期建設階段，建設范圍包括：全面建成大數(shù)據(jù)中心，建立全廠各生產(chǎn)工序的材料、質量、能源、設備、操作和模型等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構建大數(shù)據(jù)平臺。建成1～2個具備行業(yè)代表性的數(shù)字化車間，覆蓋全廠的智能裝備、機器人得到廣泛使用。

2.3 如何選擇最適合的供應商（行業(yè)案例、大項目設計和管控能力）

供應商行業(yè)經(jīng)驗很重要。有色行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工藝的復雜性，重點工藝控制裝備的控制系統(tǒng)的升級優(yōu)化，行業(yè)專業(yè)知識的沉淀應用都需要供應商具備很強的行業(yè)背景和實施經(jīng)驗，能夠在企業(yè)目前的生產(chǎn)裝備、管控現(xiàn)狀的基礎上，提出符合工廠實際情況的建設意見，引導和幫助企業(yè)加深對項目的理解和執(zhí)行。

貴冶項目此次經(jīng)過大半年的考察和實地調研，自動化網(wǎng)絡化項目最終的選擇都是具備豐富行業(yè)經(jīng)驗的供應商，以保證項目成功，如寶信、太極等公司。在信息化項目上，我們更看重實施方對大項目的掌控能力、系統(tǒng)開發(fā)和集成能力，最終選擇了國內最大的管理軟件和領先的企業(yè)云服務提供商用友公司。

2.4 企業(yè)脫產(chǎn)關鍵用戶選擇的條件

企業(yè)有各自特色的生產(chǎn)組織管理模式，智能工廠的建設離不開企業(yè)關鍵用戶的全力配合，是項目成功實施的保證。關鍵用戶作為企業(yè)業(yè)務及技術精英人員，在與最終用戶溝通時，能夠用最終用戶容易理解的語言來講解系統(tǒng)功能，溝通障礙少，更便于最終用戶的接受。同時也可以驗證關鍵用戶對系統(tǒng)的掌握情況，以保證將來他們對系統(tǒng)日常運行的支持。

（1）關鍵用戶的選拔和配置：關鍵用戶是智能工廠涉及到的各主要業(yè)務領域的業(yè)務或技術骨干，熟悉部門的業(yè)務處理流程及專業(yè)技術、問題所在；較強的溝通和協(xié)調、表達能力；很強的責任心和積極向上的工作態(tài)度；良好的新知識接受力；根據(jù)供應商關鍵用戶需求表，配置必要數(shù)量的全脫產(chǎn)和半脫產(chǎn)關鍵用戶。貴冶項目全脫產(chǎn)關鍵用戶36人，半脫產(chǎn)關鍵用戶60人，全部為各專業(yè)技術管理人員。其中車間主任級別占40%以上，工段長級別45%。

（2）關鍵用戶的管理：貴冶項目專門針對關鍵用戶配套了管理制度，明確業(yè)務需求、設計、實施、培訓和上線階段的具體要求和激勵措施?？梢灶A見，隨著項目的建設和供應商知識的轉移，未來關鍵用戶必將成為企業(yè)發(fā)展不可或缺的中間力量，相應的關鍵用戶激勵績效機制和良好的職業(yè)規(guī)劃，能更好地激發(fā)關鍵用戶的能動性和創(chuàng)新性。

2.5 探索自動化智能化裝備的應用

智能化工廠的建設需要同時具備諸多條件，設備的自動化程度在很大程度上決定了后面的數(shù)字化和智能化程度。銅冶煉行業(yè)相比離散制造企業(yè)，自動化實施更加困難。原輔料、中間品及產(chǎn)品的檢測技術尚不成熟，普遍重量大且外形不標準，自動化裝備行業(yè)應用明顯較少。目前主要工作一是加快本行業(yè)自動化、智能化裝備的研發(fā)，二是充分借鑒其他行業(yè)應用，解決一些現(xiàn)有問題。貴冶主要的配套項目是：

（1）實時數(shù)據(jù)庫10萬點升級改造項目：實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理基礎數(shù)據(jù)平臺。

（2）集中調度指揮中心：實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)調度指揮的協(xié)同和可視化統(tǒng)一指揮，提高應急指揮響應能力。

（3）極板自動轉運倉儲系統(tǒng)：實現(xiàn)陽極板和陰極板的自動轉運、質檢、噴碼、批次跟蹤和庫位管理，極大提高效率的同時，為下工序的批次管理和工藝參數(shù)優(yōu)化控制提供便捷條件。

（4）尾礦無人行車系統(tǒng)：實現(xiàn)尾礦散料的無人自動裝車，提高裝車效率，減少超重帶來的返車卸貨和欠重導致的運費損失。

（5） 硫酸銅智能倉儲系統(tǒng)：替代目前人工裝袋、碼垛、叉車轉儲、裝車流程，實現(xiàn)硫酸銅全自動全流程智能控制，提高效率，降低損耗。

（6）材料備件智能倉儲系統(tǒng)：實現(xiàn)材料備件來料預告、入庫、盤存、領料和出庫全流程的智能倉儲管理，通過條碼實現(xiàn)了材料備件的批次管理和生命周期管理。

2.6 智能工廠建設中的“智能”應用

智能化工廠的建設離不開“智能”應用，結合貴冶目前的現(xiàn)狀和類似行業(yè)的智能化項目實施經(jīng)驗，本項目智能化建設內容如下：

（1）智能協(xié)同調度優(yōu)化管理。根據(jù)熔煉車間三大爐的生產(chǎn)實績和生產(chǎn)組織協(xié)同調度流程，建立熔煉車間的三大爐的智能協(xié)同調度優(yōu)化系統(tǒng)，構建三大爐作業(yè)時序的優(yōu)化控制模型，實現(xiàn)前后工序的生產(chǎn)操作預測和預報，減少待料等料時間，提高銅酸協(xié)同的及時性、準確性。

（2）配料優(yōu)化計算系統(tǒng)。主要根據(jù)混合礦各元素的最優(yōu)比例，貴冶實際的精礦庫存使用策略，配料穩(wěn)定運行周期構建約束模型。導入每種精礦的成分和數(shù)量，使用線性回歸算法計算出最接近約束模型的極限結果，確定最終的配料單。同時系統(tǒng)具備自學習和優(yōu)化調整能力。

（3）轉爐捅風眼機器人應用。為降低風眼清理人員的勞動強度，提高轉爐的生產(chǎn)效率，研發(fā)轉爐風眼清掃自動控制系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場爐況參數(shù)的監(jiān)測和采集與風眼部件的檢測數(shù)據(jù)，構成轉爐風眼狀態(tài)的分析模型，指令控制捅風眼機器人進行周期的風眼清理工作。

（4）轉爐造渣、造銅期終點預報應用。建立轉爐煙氣成分分析和溫度預測模型，結合貴冶轉爐的生產(chǎn)特點和操作經(jīng)驗，進行該預測模型的修正和調整，希望能通過此模型的計算和仿真，為現(xiàn)場操作人員造渣、造銅期的準確判斷，提供參考。

（5）設備在線診斷、故障預測專家系統(tǒng)。主要針對貴冶30余臺高轉速的關鍵設備，以專業(yè)化檢測診斷手段替代人工檢查，以科學的數(shù)據(jù)分析替代經(jīng)驗判斷，采用先進在線狀態(tài)監(jiān)測技術，及時可靠地發(fā)現(xiàn)設備運行參數(shù)異常，并通過故障預測專家系統(tǒng)及時報警和提出指導性的處理信息，避免非計劃停機。

（6）重點設備能效優(yōu)化。通過對設備能效進行建模，獲取設備運行實時參數(shù)和設備能效歷史相關數(shù)據(jù)，給出重點設備能效優(yōu)化方案，實現(xiàn)對重點設備的監(jiān)控和能效評價分析。

2.7 智能工廠建設的投入產(chǎn)出效益

貴冶項目此次投入約2.5億元，可以預期的直接經(jīng)濟效益在2500萬到3500萬之間，基本上都來源于自動化項目和供應鏈系統(tǒng)。同時項目肯定會帶來效率提升、管控能力提高、分析判斷水平提高（創(chuàng)新能力），這部分效益的產(chǎn)生，取決于各系統(tǒng)的成功應用和持續(xù)優(yōu)化，需要一定時間和數(shù)據(jù)積累才能夠顯現(xiàn)出來。

3 結論

貴冶的智能工廠建設邁出了第一步，一期建設按照《國家智能制造標準體系建設指南（2015年版）》的相關要求，結合銅冶煉行業(yè)的特點，在信息集成、互聯(lián)互通、大數(shù)據(jù)應用、自動化裝備等方面進行了探索，多項技術和裝備都是首次在貴冶應用，基本架構起了貴冶的智能工廠框架。從已投入項目的情況看，大部分達到了預期的目標，減員增效的同時對生產(chǎn)的穩(wěn)定、生產(chǎn)效率的提高以及過程數(shù)據(jù)的獲取起到了重要的作用。成功的項目也起到了內部示范的作用，很多以前敢想但不敢干的工作，通過示范找到了解決辦法，二級單位提出了非常多的改造提升需求，積極性很高，為智能工廠下一步建設提供了支撐。不過，一期項目也存在信息系統(tǒng)涵蓋范圍過寬、頂層設計不完善、行業(yè)特性體現(xiàn)不充分等問題，需要在二期項目建設中進行改進。

接下來的工作是用好系統(tǒng)、維護好裝備，堅持先固化再優(yōu)化的原則，把一期建設的效果充分發(fā)揮出來。二期建設也明確了基本方向，主要是大數(shù)據(jù)的深化應用、打造1～2個具有行業(yè)代表性的數(shù)字化車間、自動化裝備的推廣應用。不把智能工廠作為一個項目來建設，而是充分同工廠的重點難點問題結合起來，緊盯降本增效的目標分解任務，集合各專業(yè)的力量，才能取得更大的成效。