張時光

（江蘇國采工程咨詢有限公司 江蘇南京 210000）

因為原料煤的組成結構較為復雜，性質(zhì)多變，在生產(chǎn)中容易形成較大工況變動，增加了全過程優(yōu)化運行和生產(chǎn)工藝提升難度。但合理應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術、人工智能以及虛擬制造等技術，融合各種新技術與新思想，聯(lián)系選煤工業(yè)發(fā)展特征，促進兩化融合，可以助力煤工業(yè)智能制造進一步發(fā)展。

1 智能化選煤廠目標和內(nèi)涵

立足于選煤廠企業(yè)發(fā)展層面分析，合理創(chuàng)建智能選煤廠主要為了全面擴大企業(yè)經(jīng)濟效益，并以現(xiàn)有生產(chǎn)狀況為基礎提升整體經(jīng)濟效益。企業(yè)經(jīng)濟效益為產(chǎn)品銷售額減去原料成本和加工成本。通過合理創(chuàng)建智能化選煤廠，可以針對材料消耗、生產(chǎn)銷售、設備、財務以及人力資源等實施精細化管理，全面優(yōu)化煤炭分選精度，提高設備智能化運行水平，優(yōu)化產(chǎn)品結構、生產(chǎn)工藝參數(shù)和煤炭分選質(zhì)量。

因為煤礦產(chǎn)業(yè)智能化生產(chǎn)依然處于初期起步環(huán)節(jié)，相關技術、理念尚未發(fā)展成熟，有待提升。結合智能化選煤廠內(nèi)涵，不同技術人員和研究學者擁有各自的觀點和看法。此次，在全面綜合相關專家研究成果，提出智能化選煤廠內(nèi)涵，可以從下列幾種層面展現(xiàn)出來。第一是需要以現(xiàn)代化信息技術和人工智能技術作為基礎手段。第二是可以實現(xiàn)選煤全過程信息采集以及自動化控制目標，優(yōu)化選煤工業(yè)，提升煤炭綜合質(zhì)量。第三是能夠借助智能化控制手段，針對整個煤炭生產(chǎn)鏈實施準確分離，并利用智能管理手段實施精細化控制，通過先進的智能設備提高煤炭生產(chǎn)智能化水平和生產(chǎn)穩(wěn)定性。

2 智能化選煤廠設計問題分析

智能化背景下，在選煤廠設計中主要存在下列問題。

第一是設計標準需要進一步修改和完善。當前，建設智能化選煤廠已經(jīng)成為煤炭行業(yè)的共同發(fā)展共識，擁有強烈需求。但現(xiàn)有選煤廠建設標準以及建設規(guī)范已經(jīng)無法滿足新時期智能化選煤廠設計需求，設計思維體系嚴重僵化，政府所頒發(fā)的設計標準和建設規(guī)范具有較強權威性，執(zhí)行中不能違背，此種措施盡管可以提升選煤廠可靠性和穩(wěn)定性，但卻會影響創(chuàng)新，導致思維固化。智能化選煤廠設計中缺少標準智能板塊，當前，智能化選煤廠尚未形成統(tǒng)一目標、范圍、建設進程和效果的標準和共識。為此，于智能化選煤廠初期設計階段，需要注重標準數(shù)據(jù)庫積累和整體規(guī)劃，從多種維度入手實施科學引領，共同創(chuàng)建全面共享、開放性的標準數(shù)據(jù)結構和全新生產(chǎn)體系。

第二是設計理念有待創(chuàng)新。在智能化選煤廠設計中，需要在理念創(chuàng)新基礎上實現(xiàn)進一步提升和改進，而目前國內(nèi)在選煤工藝設計方面缺少創(chuàng)新項目，普遍是以成熟工藝為主，缺少有效改進。同時，企業(yè)的設備選型觀念呈現(xiàn)出一種被動性特征，主動創(chuàng)新精神不足，導致設備性能存在較大波動性。

第三是設計方法有待改進。當前，選煤廠設計主要是以二維設計為主，此種設計方法在實際應用經(jīng)常會出現(xiàn)互相交叉問題，表達直觀性不足，在工藝布置中無法進行有效調(diào)整優(yōu)化。盡管近幾年部分設計院開始實施三維設計探索，但依然停滯于三維翻模，尚未從根本層面解決具體問題。同時，選煤廠中的各種非標件設計也容易被忽略，設計中未能針對煤流運動過程實施動態(tài)模擬仿真，對于煤流的跌落速度、運動軌跡以及撞擊點掌握不準，導致產(chǎn)生明顯偏差。種種問題的存在需要進一步創(chuàng)新設計方法，優(yōu)化設計質(zhì)量。在設計工作中，通過多專業(yè)協(xié)同以及水流、煤流動態(tài)模擬仿真，可以促進系統(tǒng)設置全面優(yōu)化，提升工程建設質(zhì)量。工程建設開始前，可以針對信息數(shù)據(jù)實施動態(tài)管理和集成分析，全面優(yōu)化選煤廠生產(chǎn)效率和設計水平，支持煤炭工程實現(xiàn)高質(zhì)量建設發(fā)展。

3 智能化背景下選煤廠設計思考

3.1 虛擬化設計

初步確定選煤廠智能化內(nèi)涵和發(fā)展目標后，可以開始搭建基礎框架，以工業(yè)大數(shù)據(jù)為基礎，合理創(chuàng)建智能化選煤廠，順利融合現(xiàn)代化信息技術、大數(shù)據(jù)挖掘等技術方法。搭建基礎平臺為選煤廠的智能化發(fā)展提供知識庫和數(shù)據(jù)庫等有效支持，并合理利用各種傳感器質(zhì)量檢測裝置，針對設備實際運行中所形成的信息參數(shù)實施全面采集。除此之外，還需要對各種煤炭成品以及半成品信息實施合理采集，針對產(chǎn)品質(zhì)量、設備運行狀態(tài)以及技術工藝創(chuàng)建有效的關聯(lián)關系，把不同數(shù)據(jù)信息按照不同類型存儲至相應的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，基礎平臺同樣涵蓋專家知識庫。而基礎平臺的建設難點主要以標準化數(shù)據(jù)采集為主。目前，選煤廠內(nèi)控制系統(tǒng)和所用設備和管理系統(tǒng)主要是從不同廠家而來，不同設備所用數(shù)據(jù)格式也存在明顯差異，如何促進整個生產(chǎn)流程實現(xiàn)標準化發(fā)展、促進信息數(shù)據(jù)全面共享成為主要研究內(nèi)容。

關于選煤廠的智能化設計問題，應該從以下幾項內(nèi)容入手進行重點思考，分別是一體化應用、自動化生產(chǎn)，以及怎樣實現(xiàn)科學靈活調(diào)度、精細化管理。聯(lián)系當前技術水平實際發(fā)展狀況，進行合理設計研究，促進設計過程實現(xiàn)虛擬化發(fā)展，促進相關工藝布置實現(xiàn)模型化設計，全面動態(tài)仿真，打造數(shù)字化選煤廠。數(shù)字化模型構建主要是選煤廠從初期設計、建造生產(chǎn)到最終運維的全過程周期動態(tài)信息和靜態(tài)信息的數(shù)字化、集成化以及結構化的統(tǒng)一表達。以數(shù)字化模型為基礎，智能化選煤廠系統(tǒng)架構，將可視化三維平臺當成統(tǒng)一人機交互界面，能夠針對安全生產(chǎn)、機械設備以及整個生產(chǎn)活動等基礎業(yè)務實施可視化控制與管理，提升系統(tǒng)綜合伸縮性能，保障系統(tǒng)未來擴容空間，有助于后期智能化運維過程全面深化應用。無論是某些新建選煤廠實施數(shù)字化設計，或現(xiàn)有選煤廠實施逆向建模信息整合，都屬于有效的一體化處理方案，能夠幫助用戶順利采集全生命周期運行信息，維持系統(tǒng)延伸性。

3.2 全流程信息采集

選煤廠中的各種生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝需要實施全過程監(jiān)控設計，合理構建實時預測系統(tǒng)、智能感知系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)條件變化進行實時感知，深入開展大數(shù)據(jù)挖掘，實施動態(tài)預測和響應；使整體生產(chǎn)工藝信息采集率超出90%，促進煤炭采集質(zhì)量、綜合產(chǎn)量以及能耗等信息和選煤廠各個環(huán)節(jié)生產(chǎn)工序?qū)嵤┤骊P聯(lián)，建立密切聯(lián)系，提升生產(chǎn)設備整體技術含量。為此，可以把傳感器設置在各種大型生產(chǎn)設備、機電設備以及傳送泵等設備當中，進一步提高不同生產(chǎn)設備的遠程維護和設備自主診斷功能。并對設備運行狀態(tài)信息進行實時采集，為后續(xù)生產(chǎn)方案設計提供有效數(shù)據(jù)支持，按照所采集的設備運行信息，合理構建設備故障的預測模型，做好預測維護工作，從最大程度上控制設備停機問題［1］。

3.3 智能化生產(chǎn)

為進一步提高生產(chǎn)工作智能化水平，需要促進浮選、跳汰、重介的分選工藝實現(xiàn)智能化控制，設計智能化控制系統(tǒng)，對于選煤廠中的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可以借助系統(tǒng)模型實施全面在線優(yōu)化和智能化控制。智能化選煤廠針對洗選工藝環(huán)節(jié)，合理創(chuàng)建知識模型和數(shù)據(jù)模型，深入研發(fā)智能選煤控制軟件，全面實施智能控制，優(yōu)化選煤廠生產(chǎn)設備和工藝技術的智能水平，驅(qū)動決策優(yōu)化，實現(xiàn)預期生產(chǎn)目標，發(fā)揮出人機協(xié)同功能，提升績效管理實力，輔助選煤廠實現(xiàn)高效、綠色、安全、節(jié)能生產(chǎn)目標，優(yōu)化生產(chǎn)過程控制力度，合理創(chuàng)建無人化選煤廠，或減少人員參與數(shù)量。

選煤廠進行智能化建設的核心工作包括智能設計、智能裝備和智能管理等。其中，智能控制是針對選煤廠日常生產(chǎn)中所涉及的各種設備裝置以及工藝技術等實施智能控制。智能管理則是針對各種設備故障、營銷計劃、生產(chǎn)調(diào)度、設備維護運行等方面實施有效的智能化管理。智能化生產(chǎn)設備通常需要注重選煤廠中所用檢測儀器、基礎設施和生產(chǎn)設備等開展智能化建設工作。智能設計則是針對選煤廠中各種新型產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝實施開發(fā)設計。比如，重介分選過程的智能化控制方法，重介分選設備對應控制系統(tǒng)實際運行中，通過合理設計智能控制系統(tǒng)，可以提升整體應用效果，如借助智能控制系統(tǒng)可以提升操作靈活性，在原材料性質(zhì)以及洗煤工藝等因素影響下，會使重介質(zhì)綜合質(zhì)量受到一定影響，為此，對控制系統(tǒng)提出全新控制要求，質(zhì)量波動同樣會對系統(tǒng)運行質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。智能控制系統(tǒng)可以在工藝參數(shù)變化以及原材料屬性基礎上，針對重介分選實施生產(chǎn)過程智能化控制，優(yōu)化整體分選效果。借助智能控制系統(tǒng)，能夠從某種程度上縮減設備操作人數(shù)，減少人工成本支出［2］。

3.4 健全生產(chǎn)信息系統(tǒng)

在選煤廠的智能化建設中，需要合理創(chuàng)建科學、完善的選煤廠信息系統(tǒng)，設計環(huán)節(jié)需要針對選煤廠合理創(chuàng)建網(wǎng)絡通信架構，促進選煤廠不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)和資源計劃、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及信息采集之間實現(xiàn)信息全面互通，借助MES 以及ERP 的集成應用，在生產(chǎn)車間管理環(huán)節(jié)合理滲透物聯(lián)網(wǎng)技術，提升選煤廠整體生產(chǎn)過程的智能化水平，合理構建知識、信息管理系統(tǒng)模塊和知識庫，研發(fā)儀表盤部件，輔助科學決策。全面采集、統(tǒng)計分析選煤廠各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對各種信息實施數(shù)據(jù)信息挖掘、聯(lián)機處理和綜合統(tǒng)計分析，提升決策管理整體智能化水平。合理創(chuàng)建分析和決策支持系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括3種內(nèi)容構成：第一是生產(chǎn)工藝質(zhì)量和效果分析；第二是煤炭產(chǎn)品經(jīng)濟效益；第三是設備以及運維狀況。經(jīng)過系統(tǒng)分析，可以第一時間發(fā)現(xiàn)選煤廠中各種設備故障以及質(zhì)量問題，采取有效措施實施全面改進優(yōu)化，提升整體生產(chǎn)效益，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，維持設備穩(wěn)定生產(chǎn)。

最后，需要注意，在選煤廠智能化建設環(huán)節(jié)存在基礎條件不足的情況下，改造升級成為其中的唯一選項，無論是對原有信息系統(tǒng)實施全面補充和完善，或是彌補數(shù)字化技術短板，都需要立足于智能化發(fā)展視角，形成戰(zhàn)略高度，實施科學決策。

4 智能化背景下選煤廠未來設計展望

4.1 標準化全面推廣

數(shù)字化管理、模塊化建設、智能化運維以及標準化設計是選煤廠未來實施全生命周期管理的重要模式。標準化設計為主導的四化全生命過程價值模式，進一步迎合選煤廠提出的智能化生產(chǎn)要求。標準化設計同時也是開展智能化運維、數(shù)字化管理以及模塊化構建的基礎條件，其主要根據(jù)復制、組裝和預制的方式，合理設計一組具有較強通用性、相對穩(wěn)定且滿足選煤廠發(fā)展特征的工藝技術模塊和非標件，具有較長應用壽命，可以進行靈活、快速和高效調(diào)整，有效控制投資成本，優(yōu)化整體建設效率。標準化設計同時也是設計理念全面創(chuàng)新，屬于綜合管理、建設生產(chǎn)和技術工藝集成創(chuàng)新［3］。

4.2 全系統(tǒng)裝配式鋼結構

選煤廠在未來智能化設計和建設中，需要更加注重理性化思考，注重未來長遠發(fā)展趨勢，從全生命周期對工業(yè)產(chǎn)品價值進行合理權衡，提升設計工作前瞻性，項目前期可以從多維度、多層面和全方位角度進行合理評價。無論是從提升建設速度或是節(jié)約人力成本，還是從資源回收利用以及數(shù)字化設計層面分析，全系統(tǒng)的裝配式鋼結構成為未來選煤廠智能化設計的主要選擇和發(fā)展潮流，該種發(fā)展形勢同樣也對選煤廠專業(yè)設計人員提出更高發(fā)展要求。為此，需要聯(lián)系時代發(fā)展特征，不斷創(chuàng)新設計理念，對于部分地區(qū)不適合應用鋼結構條件下，可以選擇鋼筋混凝土裝配式的建設方法，構建選煤廠［4］。

4.3 智能化過程

在我國迎來新一輪的智能化發(fā)展熱潮后，使我國能源產(chǎn)業(yè)開始朝著潔凈化水平發(fā)展，進一步加快了智能化、多元化、清潔、高效化能源轉型進程，煤炭產(chǎn)業(yè)也從最開始的數(shù)量規(guī)模型朝著質(zhì)量效益型方向發(fā)展。煤炭設計企業(yè)也無法置身事外，基于時代發(fā)展要求下，煤炭產(chǎn)業(yè)遇到前所未有的挑戰(zhàn)。煤炭設計行業(yè)發(fā)展中，假如設計人員只能做設計，最終只能被時代所淘汰，為此，煤炭設計朝著全過程施工咨詢產(chǎn)業(yè)轉型，跨界融合逐漸成為新時期發(fā)展的主流趨勢。但其中需要注意，處于產(chǎn)業(yè)鏈全面貫通中，施工逆襲和設計相比更易實現(xiàn)。為此，針對選煤廠實施設計建設中，需要設計人員在跨界和融入上下游中，應該抓住主動權，合理接受智能制造所形成的思維碰撞，并維持設計的核心主導地位。選煤廠智能化設計中，除了簡單利用三維設計實施碰撞檢測之外，還需要所有設計人員處于同一大平臺中開展協(xié)同作業(yè)，并順利實現(xiàn)三維設計和數(shù)字化發(fā)展。最終，設計成果可以有效指導后期運行和順利施工，對于延長產(chǎn)品應用周期具有重要意義。BIM 技術對應三維仿真功能全面滲透到選煤廠的智能化設計中，可以針對項目工程實施有效的事前模擬，包括供風、加藥、介質(zhì)、煤泥水等，并進行全面優(yōu)化和動態(tài)調(diào)整，積極迎合實際生產(chǎn)要求［5］。

4.4 設備制造領域轉型

選煤廠的智能化發(fā)展無法脫離各種洗選加工設備。結合具體調(diào)查研究結果分析，某個選煤廠中的勞動定員人數(shù)是120人，內(nèi)部機修人員數(shù)量超出30人，對比全國范圍內(nèi)其他選煤廠中的維修人員，整體比例較高。由此可以看出，煤炭洗選加工裝置領域逐漸迎來了質(zhì)量促進生存的發(fā)展時代，那些存在質(zhì)量缺陷的設備生產(chǎn)廠商最終前進道路只會不斷縮窄。為此，需要積極創(chuàng)新傳統(tǒng)觀念，抓住發(fā)展機遇，對應制造生產(chǎn)商需要迎合時代發(fā)展要求，順勢而為［6］。

5 結語

綜上所述，智能化選煤廠是煤炭產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)長期穩(wěn)定發(fā)展的重要支柱，具有綠色化和高效化等發(fā)展特征，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有效的動力支持。目前，智能化選煤廠在設計方面依然存在某些缺陷和不足，從而影響智能化選煤廠設計發(fā)展。為此，需要采取有效措施，促進智能化選煤廠不斷創(chuàng)新設計，實現(xiàn)數(shù)字化模型設計和全過程智能分析，打造先進的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。