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)供給側結構性改革的逐步實施，經濟局勢愈加復雜，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，是技術復雜、勞動工序多的生產單位，而傳統(tǒng)的選煤廠管理模式略顯粗放[7]。選煤廠作為煤炭產品深加工企業(yè)，必須隨著煤炭產業(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經營管理體系。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”，以現狀診斷為突破口，構建高莊選煤廠精益化管理模式，搭建精益化體系架構，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，降低生產成本，實現洗選效益最大化。

1.1 傳統(tǒng)管理模式

傳統(tǒng)的選煤管理模式較粗放，僅能實現系統(tǒng)、設備正常運轉，產品合格、穩(wěn)定，完成生產任務即可，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數據、生產信息多而雜，需要人工記錄，統(tǒng)計方法落后，原始數據未經加工、分析，不能直白、準確、形象地反映生產情況和系統(tǒng)設備運行情況；信息化建設較落后，生產信息、生產數據不能及時共享，信息傳遞慢，不利于洗選過程管理；選煤生產過程管控需要大量崗位司機干預，人員占用多，統(tǒng)一協調性差；各環(huán)節(jié)產品質量控制過度依賴于現場以及經驗，導致目標產品質量穩(wěn)定性較差，精煤產率低；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，實現生產數據的在線統(tǒng)計、分析、查詢以及生產信息的在線共享，為選煤精益化管理提供數據支持和信息服務；通過對標管理，對各類數據進行分析，完善洗選過程管理。

(2)構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)實施質量全流程管控，通過給煤機PID變頻控制，實現重介系統(tǒng)入料的均勻、穩(wěn)定，提高系統(tǒng)運行效率；構建重介分選密度智能跟蹤控制，實現精煤產品質量的精準控制，提高精煤產率；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，實現介質、浮選藥劑的精準添加，以減少介質、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)，生產過程中的技術管理和經營管理很多環(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鍵在于生產現場計量設備的穩(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，實現生產量，包括原煤入選量、精煤產量、中煤產量、矸石產量、煤泥產量等數據的在線統(tǒng)計以及任務完成進度分析；實現系統(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，為生產事故的分析提供數據支持；實現洗選過程主要消耗的數據統(tǒng)計、分析、處理，包括介質單耗、浮選藥劑單耗、電耗，為降本增效工作的開展提供數據支撐；實現產品質量的在線統(tǒng)計，包括原煤排矸、重介分選、粗煤泥分選、浮選等關鍵環(huán)節(jié)分選參數及產品質量按照對應時間的統(tǒng)計、查詢、分析。

以生產過程中入選量及各產品產量的在線統(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對原煤系統(tǒng)和重介生產系統(tǒng)計量數據的全面采集。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據處理，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，通過光電轉換器將485信號轉換為光信號，借用敷設完成的光纖網絡光信號將數據傳至調度室中控機房，再將光信號轉換回電信號，最后將數據傳輸到工控機。工控機上安裝有ICS-MKZ皮帶秤數據采集軟件，在工控機上可以看到帶式輸送機的累計產量、瞬時流量、速度、零點、運行時長、帶料時長等數據。

各類數據均可通過精益化管理平臺實時獲取，從而為設備健康管理、質量全流程管控、成本在線監(jiān)控提供數據支撐和信息服務。通過設立日產、班產及生產工藝的標桿，選擇查詢條件，可以形成各類數據的月度對標、日對標及班組對標。通過對標各項生產指標數據(包括生產任務數據、經濟指標數據等)，實時跟蹤監(jiān)測可對異常數據進行分析處理，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

設備是生產力的重要組成部分和基本要素之一，是企業(yè)從事生產經營的重要工具，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)計生產事故，總結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。根據生產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，通過調節(jié)三個光電傳感器的相對位置，找出適合的角度，實現對不同刮板輸送機的檢測，并通過對現場控制箱內小型PLC程序的編寫，開發(fā)了系統(tǒng)的自學習功能、光電開關故障自檢功能、角度可調的拉斜故障檢測、斷鏈故障檢測、失速故障檢測等五項功能，實現了刮板輸送機拉斜、掉鏈、斷鏈、堵轉等故障的實時監(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)控鏡頭以及調度室監(jiān)控大屏，總結事故頻發(fā)點，根據設備上下級關系、系統(tǒng)閉鎖聯系，在視頻監(jiān)控網絡中設置不同場景，通過視頻網絡與集控網絡的關聯，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)與選煤生產集控系統(tǒng)進行聯動編程，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，實現故障預警的自動跟蹤，及時、有效地協助對生產事故的判斷、分析、處理，提高工作效率，縮短生產事故處理時間，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)生產線設備正常運轉的管理組織措施，是延長設備使用壽命的技術保證，是深化工業(yè)企業(yè)基礎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、網絡層和應用層。感知層利用分布式傳感器技術，依靠傳感器、檢測技術、通信技術實現信息的“感知”，在企業(yè)管理中就是及時獲取現場設備及生產的具體情況，為“決策”提供信息支持；網絡層通過局域網建設(包括工業(yè)控制網、光纖冗余環(huán)網、無線局域網)，形成分布企業(yè)現場管理每個角落的網絡層，建設符合企業(yè)發(fā)展實際需要的局域網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信息化平臺實現設備運行工況檢查、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絡、無線局域網和安全管理信息化網絡為主要內容的企業(yè)物聯網，形成了以智能傳感、數字通訊等技術為主要內容的選煤物聯網技術，實現了監(jiān)測監(jiān)控、設備管理、安全生產、決策支持系統(tǒng)等管理系統(tǒng)的數字化建設，通過對設備運行的動態(tài)數據監(jiān)測，確保了設備維修維護質量控制、產品質量控制和安全信息傳遞，實現了企業(yè)設備管理的信息化、網絡化、實時化，提高了生產安全系數，實現了本質安全的目標。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、技術診斷與傾向管理、精度、性能測試檢查相結合，形成“五層防護線”，保證了設備的健康運轉?，F場巡檢過程中根據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。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 質量全流程管控

從原煤入選到重介分選再到煤泥浮選，實現了全流程、全過程在線跟蹤管控，以穩(wěn)定產品質量、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，實現對給定入洗量的跟蹤調節(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，通過大數據分析，建立原煤內在灰與分選密度的數學模型，在選煤廠生產初始階段，通過數學模型，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，結合人工檢驗數據對灰分儀檢測數據加以修正，實現精煤產品質量和分選密度的智能跟蹤；最后，利用大數據分析并結合人工操作經驗，建立分選密度與分流、補水開度的數學模型，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系的問題，實現分流、補水的智能控制，從而提高了重介系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，實現了精煤產品質量的精準控制，提高了精煤產率。

(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，使精煤產率有所提高并穩(wěn)定了產品質量：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事故率，減少了設備空運轉時間，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；介質消耗可由0.7 kg/t降低到0.55 kg/t，每年介質成本減少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。

精益化管理還實現了生產數據的在線統(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，減少了生產事故率及跑冒滴漏帶來的額外工作量，為職工提供了本質安全的工作環(huán)境，降低了職工勞動強度。

4 結語

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，實現了提質增效的目標，創(chuàng)造了可觀的經濟效益。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具有重要意義。