孫 偉，殷憲文，朱守其，李辛元，趙 偉，王曉倩

(棗莊礦業(yè)集團 高莊煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277000)

隨著煤炭企業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的逐步實施，經(jīng)濟局勢愈加復雜，低效率、粗放式、高成本的管理模式嚴重制約了煤礦企業(yè)的發(fā)展，削弱了煤礦企業(yè)的市場競爭能力[1-3]。煤礦的各項成本管理較以往需要投入更多的精力、尋找更適宜的思路，以適應企業(yè)高效發(fā)展的要求[4-6]。選煤廠是由多個執(zhí)行不同任務的工藝環(huán)節(jié)組成，是技術(shù)復雜、勞動工序多的生產(chǎn)單位，而傳統(tǒng)的選煤廠管理模式略顯粗放[7]。選煤廠作為煤炭產(chǎn)品深加工企業(yè)，必須隨著煤炭產(chǎn)業(yè)升級探索出一種適合企業(yè)發(fā)展的管理方式[8]，近幾年精益化管理在選煤廠生產(chǎn)管理中凸顯了重要的作用[9-11]。

精益化管理理念最早起源于日本豐田汽車的TPS(豐田生產(chǎn)體系)，其核心是追求一個對變化快速反應的獨具特色的生產(chǎn)經(jīng)營管理體系。推行精益管理對促進國有企業(yè)改革具有非常重要的意義[12]。

為實現(xiàn)對選煤成本的控制，高莊選煤廠積極響應山東能源集團提出的精益化管理理念，并將該理念融入到選煤廠的管控流程中，以提升企業(yè)的核心競爭力。

1 精益化管理創(chuàng)建思路

精益化管理是一項系統(tǒng)工程，高莊選煤廠在精益化管理過程中，運用“精益思維”，以現(xiàn)狀診斷為突破口，構(gòu)建高莊選煤廠精益化管理模式，搭建精益化體系架構(gòu)，提出精益化管理體系實施方案，將精益化管理落實到日常具體的工作中，以保證系統(tǒng)及設備的高效運行，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)洗選效益最大化。

1.1 傳統(tǒng)管理模式

傳統(tǒng)的選煤管理模式較粗放，僅能實現(xiàn)系統(tǒng)、設備正常運轉(zhuǎn)，產(chǎn)品合格、穩(wěn)定，完成生產(chǎn)任務即可，沒有更多地去挖掘各個環(huán)節(jié)的潛在價值。該管理模式的各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)信息多而雜，需要人工記錄，統(tǒng)計方法落后，原始數(shù)據(jù)未經(jīng)加工、分析，不能直白、準確、形象地反映生產(chǎn)情況和系統(tǒng)設備運行情況；信息化建設較落后，生產(chǎn)信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)不能及時共享，信息傳遞慢，不利于洗選過程管理；選煤生產(chǎn)過程管控需要大量崗位司機干預，人員占用多，統(tǒng)一協(xié)調(diào)性差；各環(huán)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量控制過度依賴于現(xiàn)場以及經(jīng)驗，導致目標產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差，精煤產(chǎn)率低；系統(tǒng)、設備運行穩(wěn)定性差，故障率高，導致洗選成本升高，洗選效益無法實現(xiàn)最大化。

1.2 選煤廠精益化管理體系

(1)搭建選煤廠精益化管理平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計、分析、查詢以及生產(chǎn)信息的在線共享，為選煤精益化管理提供數(shù)據(jù)支持和信息服務；通過對標管理，對各類數(shù)據(jù)進行分析，完善洗選過程管理。

(2)構(gòu)建設備健康管理系統(tǒng)，通過設備運行狀態(tài)在線檢測，提高設備運行穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)事故率，提高系統(tǒng)運行效率；開發(fā)智能巡檢系統(tǒng)，通過設定巡檢周期、巡檢任務，實現(xiàn)對設備健康狀態(tài)的在線管理，提高設備運行穩(wěn)定性。

(3)實施質(zhì)量全流程管控，通過給煤機PID變頻控制，實現(xiàn)重介系統(tǒng)入料的均勻、穩(wěn)定，提高系統(tǒng)運行效率；構(gòu)建重介分選密度智能跟蹤控制，實現(xiàn)精煤產(chǎn)品質(zhì)量的精準控制，提高精煤產(chǎn)率；開發(fā)浮選智能加藥系統(tǒng)，通過對浮選入料流量、入料濃度的在線檢測，浮選精礦灰分、尾礦灰分的在線分析，確保藥劑投加的及時、自動、精準控制，實現(xiàn)浮選指標的可靠穩(wěn)定及崗位無人值守。

(4)通過精益化管理體系，實現(xiàn)介質(zhì)、浮選藥劑的精準添加，以減少介質(zhì)、浮選藥劑消耗；同時開發(fā)啟車逆煤流/停車順煤流一鍵啟停功能，減少設備空開車等待時間，降低無效能耗。

2 精益化管理實施方案

2.1 創(chuàng)建精益化管理平臺

計量是選煤廠智能化建設項目的一個重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)過程中的技術(shù)管理和經(jīng)營管理很多環(huán)節(jié)都需要進行指標管控，因此搭建精益化管理平臺的關(guān)鍵在于生產(chǎn)現(xiàn)場計量設備的穩(wěn)定運行。為此，高莊選煤廠自主開發(fā)創(chuàng)建精益化管理平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)量，包括原煤入選量、精煤產(chǎn)量、中煤產(chǎn)量、矸石產(chǎn)量、煤泥產(chǎn)量等數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計以及任務完成進度分析；實現(xiàn)系統(tǒng)運行效率的在線統(tǒng)計，準確記錄系統(tǒng)運行時間、帶料時間、空開車時間，為生產(chǎn)事故的分析提供數(shù)據(jù)支持；實現(xiàn)洗選過程主要消耗的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、處理，包括介質(zhì)單耗、浮選藥劑單耗、電耗，為降本增效工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐；實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的在線統(tǒng)計，包括原煤排矸、重介分選、粗煤泥分選、浮選等關(guān)鍵環(huán)節(jié)分選參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量按照對應時間的統(tǒng)計、查詢、分析。

以生產(chǎn)過程中入選量及各產(chǎn)品產(chǎn)量的在線統(tǒng)計為例，高莊選煤廠采用了七臺雙模電子皮帶秤和五臺單模皮帶秤來實現(xiàn)對原煤系統(tǒng)和重介生產(chǎn)系統(tǒng)計量數(shù)據(jù)的全面采集。雙模電子皮帶秤由A秤和B秤兩秤架、加載砝碼、重力傳感器、測速傳感器、計量儀表、在線計量校驗系統(tǒng)組成，其中重力傳感器是其核心部件。稱量時，物料通過帶式輸送機時對帶式輸送機產(chǎn)生一個壓力，壓力信號傳遞到重力傳感器上，重力傳感器測出帶式輸送機單位長度上的載荷信號，測速傳感器測出同一時刻帶式輸送機的運轉(zhuǎn)速度信號，重力傳感器輸出的重力信號與測速傳感器輸出的速度信號連續(xù)累計，同時傳輸至顯示控制器上進行數(shù)據(jù)處理，得到其瞬時流量值，系統(tǒng)對連續(xù)的流量信號進行累計計算，從而得到物料累計值。皮帶秤的表頭具備485通訊接口，通過光電轉(zhuǎn)換器將485信號轉(zhuǎn)換為光信號，借用敷設完成的光纖網(wǎng)絡光信號將數(shù)據(jù)傳至調(diào)度室中控機房，再將光信號轉(zhuǎn)換回電信號，最后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C。工控機上安裝有ICS-MKZ皮帶秤數(shù)據(jù)采集軟件，在工控機上可以看到帶式輸送機的累計產(chǎn)量、瞬時流量、速度、零點、運行時長、帶料時長等數(shù)據(jù)。

各類數(shù)據(jù)均可通過精益化管理平臺實時獲取，從而為設備健康管理、質(zhì)量全流程管控、成本在線監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支撐和信息服務。通過設立日產(chǎn)、班產(chǎn)及生產(chǎn)工藝的標桿，選擇查詢條件，可以形成各類數(shù)據(jù)的月度對標、日對標及班組對標。通過對標各項生產(chǎn)指標數(shù)據(jù)(包括生產(chǎn)任務數(shù)據(jù)、經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)等)，實時跟蹤監(jiān)測可對異常數(shù)據(jù)進行分析處理，做到有差異、有分析、有落實、有獎懲。圖1為高莊選煤廠精益化管理平臺。

圖1 高莊選煤廠精益化管理平臺Fig.1 Gaozhuang Plant′s lean management platform

2.2 設備健康管理

設備是生產(chǎn)力的重要組成部分和基本要素之一，是企業(yè)從事生產(chǎn)經(jīng)營的重要工具，提高設備管理水平對促進企業(yè)進步與發(fā)展有著十分重要的意義[13-15]。通過統(tǒng)計生產(chǎn)事故，總結(jié)事故類型以及事故發(fā)生的頻率，并在故障率較高的設備上安裝檢測、保護裝置，當發(fā)生生產(chǎn)事故時，就能夠及時檢測到故障點、故障設備，及時進行保護。根據(jù)生產(chǎn)工藝建立起的設備故障診斷系統(tǒng)可劃分為帶式輸送機、刮板輸送機系統(tǒng)故障診斷、水泵管路故障診斷分析、重點設備溫度診斷、篩下水池防堵等幾個類別。

以刮板輸送機的故障診斷為例，高莊選煤廠開發(fā)了三位順序檢測的刮板輸送機智能保護裝置。具體做法是：在刮板輸送機合適的位置安裝三個光電傳感器，通過調(diào)節(jié)三個光電傳感器的相對位置，找出適合的角度，實現(xiàn)對不同刮板輸送機的檢測，并通過對現(xiàn)場控制箱內(nèi)小型PLC程序的編寫，開發(fā)了系統(tǒng)的自學習功能、光電開關(guān)故障自檢功能、角度可調(diào)的拉斜故障檢測、斷鏈故障檢測、失速故障檢測等五項功能，實現(xiàn)了刮板輸送機拉斜、掉鏈、斷鏈、堵轉(zhuǎn)等故障的實時監(jiān)測、報警和上傳功能。

同時，基于設備故障檢測，借助高清監(jiān)控鏡頭以及調(diào)度室監(jiān)控大屏，總結(jié)事故頻發(fā)點，根據(jù)設備上下級關(guān)系、系統(tǒng)閉鎖聯(lián)系，在視頻監(jiān)控網(wǎng)絡中設置不同場景，通過視頻網(wǎng)絡與集控網(wǎng)絡的關(guān)聯(lián)，開發(fā)了視頻智能隨動系統(tǒng)。視頻智能隨動系統(tǒng)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與選煤生產(chǎn)集控系統(tǒng)進行聯(lián)動編程，通過設定PLC程序，自動監(jiān)測每臺設備運行狀態(tài)，當設備故障報警時，首先檢測裝置將信號上傳到集控系統(tǒng)中，集控系統(tǒng)進行語音報警提示，監(jiān)控大屏自動切換到故障點，實現(xiàn)故障預警的自動跟蹤，及時、有效地協(xié)助對生產(chǎn)事故的判斷、分析、處理，提高工作效率，縮短生產(chǎn)事故處理時間，避免事故擴大化，從而有效提高選煤系統(tǒng)運行效率。設備故障在線診斷流程如圖2所示。

圖2 設備故障在線診斷流程Fig.2 Flowsheet of online equipment fault diagnosis process

智能化設備巡檢系統(tǒng)是一項工業(yè)生產(chǎn)線設備正常運轉(zhuǎn)的管理組織措施，是延長設備使用壽命的技術(shù)保證，是深化工業(yè)企業(yè)基礎(chǔ)管理工作的實施方案，能滿足工業(yè)企業(yè)設備管理上等級的需要。

智能巡檢管理系統(tǒng)分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層利用分布式傳感器技術(shù)，依靠傳感器、檢測技術(shù)、通信技術(shù)實現(xiàn)信息的“感知”，在企業(yè)管理中就是及時獲取現(xiàn)場設備及生產(chǎn)的具體情況，為“決策”提供信息支持；網(wǎng)絡層通過局域網(wǎng)建設(包括工業(yè)控制網(wǎng)、光纖冗余環(huán)網(wǎng)、無線局域網(wǎng))，形成分布企業(yè)現(xiàn)場管理每個角落的網(wǎng)絡層，建設符合企業(yè)發(fā)展實際需要的局域網(wǎng)是信息有效傳遞的主要保障，是將各種“決策”信息下達的重要通道；應用層通過安全生產(chǎn)信息化平臺實現(xiàn)設備運行工況檢查、設備維修維護標準管理、企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)控等子系統(tǒng)在企業(yè)管理中的廣泛“應用”。

通過建設的智能巡檢系統(tǒng)，建立了選煤廠傳感器網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)和安全管理信息化網(wǎng)絡為主要內(nèi)容的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，形成了以智能傳感、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的選煤物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了監(jiān)測監(jiān)控、設備管理、安全生產(chǎn)、決策支持系統(tǒng)等管理系統(tǒng)的數(shù)字化建設，通過對設備運行的動態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測，確保了設備維修維護質(zhì)量控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制和安全信息傳遞，實現(xiàn)了企業(yè)設備管理的信息化、網(wǎng)絡化、實時化，提高了生產(chǎn)安全系數(shù)，實現(xiàn)了本質(zhì)安全的目標。該系統(tǒng)實行三位一體制，即將設備巡檢分為運行人員的日常點檢、專業(yè)人員的定期點檢和專業(yè)精密點檢，三方面的人員對同一設備進行系統(tǒng)的維護、診斷和修理。將日常點檢、專業(yè)定期點檢、專業(yè)精密點檢、技術(shù)診斷與傾向管理、精度、性能測試檢查相結(jié)合，形成“五層防護線”，保證了設備的健康運轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場巡檢過程中根據(jù)設備的編號可以及時查看該設備的完好狀態(tài)，為巡檢提供可靠有效的依據(jù)。設備巡檢操作界面如圖3所示，巡檢流程如圖4所示。

圖3 設備巡檢操作界面Fig.3 The operation interface for equipment patrol inspection

圖4 巡檢流程Fig.4 Flowsheet of equipment patrol inspection process

2.3 質(zhì)量全流程管控

從原煤入選到重介分選再到煤泥浮選，實現(xiàn)了全流程、全過程在線跟蹤管控，以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高洗選效益。

(1)在原煤倉下安裝計量給煤機，開發(fā)給煤機PID變頻控制系統(tǒng)[16]。根據(jù)系統(tǒng)設計能力設定給定入選量，給煤機通過變頻控制，實現(xiàn)對給定入洗量的跟蹤調(diào)節(jié)，保證重介系統(tǒng)入料的連續(xù)、均勻、穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定及運行效率。

(2)在重介選煤工藝中，開發(fā)了重介分選密度智能跟蹤控制系統(tǒng)。首先，通過大數(shù)據(jù)分析，建立原煤內(nèi)在灰與分選密度的數(shù)學模型，在選煤廠生產(chǎn)初始階段，通過數(shù)學模型，預測初始分選密度；然后，采用在線測灰儀實時獲取精煤灰分，結(jié)合人工檢驗數(shù)據(jù)對灰分儀檢測數(shù)據(jù)加以修正，實現(xiàn)精煤產(chǎn)品質(zhì)量和分選密度的智能跟蹤；最后，利用大數(shù)據(jù)分析并結(jié)合人工操作經(jīng)驗，建立分選密度與分流、補水開度的數(shù)學模型，采用模糊PID解耦控制方法，解決分選密度與分流、補加水之間強耦合關(guān)系的問題，實現(xiàn)分流、補水的智能控制，從而提高了重介系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了精煤產(chǎn)品質(zhì)量的精準控制，提高了精煤產(chǎn)率。

(3)建立基于浮選入料流量、濃度、浮選精煤灰分、浮選尾煤灰分的藥劑投加數(shù)學模型，通過對浮選入料流量、入料濃度的在線檢測和浮選精煤灰分、浮選尾煤灰度的在線分析，確保了藥劑投加量的適時、自動、精準，從而實現(xiàn)了浮選指標的穩(wěn)定控制。

3 精益化管理效益分析

高莊選煤廠通過實施精益化管理，使精煤產(chǎn)率有所提高并穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量：六級冶煉精煤平均灰分由7.47%提高至7.66%；八級冶煉精煤平均灰分由8.42%提高至8.64%；綜合精煤產(chǎn)率提高約0.2個百分點，每年可創(chuàng)效378萬元。

通過精益化管理，高莊選煤廠降低了生產(chǎn)事故率，減少了設備空運轉(zhuǎn)時間，降低了無效能耗，每年可節(jié)約用電66萬kWh，節(jié)約電費約46萬元；介質(zhì)消耗可由0.7 kg/t降低到0.55 kg/t，每年介質(zhì)成本減少31萬元；浮選藥劑消耗由0.21 kg/t降低至0.16 kg/t，每年浮選藥劑成本減少38萬元。三項總計，年創(chuàng)效493萬元。

精益化管理還實現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的在線統(tǒng)計、分析、查詢，時效性強、準確度高，顛覆了傳統(tǒng)的管理方式及理念；提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，減少了生產(chǎn)事故率及跑冒滴漏帶來的額外工作量，為職工提供了本質(zhì)安全的工作環(huán)境，降低了職工勞動強度。

4 結(jié)語

選煤廠精益化管理是永無止境地追求“零浪費”的過程。高莊選煤廠通過運用“精益思維”對選煤廠生產(chǎn)工藝、設備運行、成本管控等進行優(yōu)化，創(chuàng)建了精益化管理模式，實現(xiàn)了提質(zhì)增效的目標，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。精益化管理在高莊選煤廠的成功實施改變了傳統(tǒng)粗放型的選煤管理模式，加速了智能化選煤廠建設的步伐，對選煤廠安全高效生產(chǎn)具有重要意義。