陳瑛 劉飛飛｜文

為推進(jìn)銅陵有色集團(tuán)公司銅冶煉工廠智能化頂層設(shè)計，建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的銅冶煉智能工廠，筆者根據(jù)《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠建設(shè)指南（試行）》，結(jié)合集團(tuán)公司智能制造現(xiàn)狀，探索適合集團(tuán)公司冶煉智能工廠建設(shè)體系架構(gòu)，促進(jìn)銅冶煉智能工廠落地，提升企業(yè)綜合競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

近年來，銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司（以下簡稱“集團(tuán)公司”）廠礦單位已積極推進(jìn)生產(chǎn)管理數(shù)字化、智能化建設(shè)，并已形成初步的成果應(yīng)用，但各項目建設(shè)均相對獨立，未能在廠礦單位層和集團(tuán)公司層形成體系。因此，有必要對集團(tuán)公司銅冶煉工廠進(jìn)行智能化建設(shè)統(tǒng)籌規(guī)劃，明確智能工廠建設(shè)架構(gòu)、建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容，引導(dǎo)分子公司有序推進(jìn)智能工廠建設(shè)。同時，構(gòu)建集團(tuán)公司銅冶煉智能工廠也是落實國家制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要舉措，是制造業(yè)緊跟世界發(fā)展趨勢與實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵所在。

銅冶煉智能工廠建設(shè)目標(biāo)

集團(tuán)公司銅冶煉智能工廠規(guī)劃是充分結(jié)合現(xiàn)有自動化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、邊緣計算、虛擬現(xiàn)實等前沿技術(shù)在冶煉工廠應(yīng)用，實現(xiàn)物料、設(shè)備、能源等制造資源要素數(shù)字化匯聚、網(wǎng)絡(luò)化共享和平臺化協(xié)同，具備在工廠層面全要素數(shù)據(jù)可視化在線監(jiān)控、實時自主聯(lián)動平衡和優(yōu)化的能力，建設(shè)集全流程自動化產(chǎn)線、實時協(xié)同優(yōu)化智能生產(chǎn)體系的智能車間，打造集綜合集成信息管控平臺、精細(xì)化能效管控于一體的清潔環(huán)保、優(yōu)質(zhì)低耗、安全高效的有色金屬智能冶煉工廠，促進(jìn)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，提升企業(yè)的綜合競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

銅冶煉智能工廠建設(shè)現(xiàn)狀及難點

1.有色行業(yè)智能化現(xiàn)狀

《有色金屬工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》指出，有色行業(yè)的主要目標(biāo)之一是在線監(jiān)測、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化、模擬仿真等應(yīng)用基本普及，選冶、加工環(huán)節(jié)關(guān)鍵工藝數(shù)控化率超過80%，實現(xiàn)綜合集成企業(yè)比例從當(dāng)前的12%提升至20%，實現(xiàn)管控集成的企業(yè)比例從當(dāng)前的13%提升至18%，實現(xiàn)產(chǎn)供銷集成的企業(yè)比例從當(dāng)前的16%提升至22%，建成若干家智能制造示范工廠。

中鋁集團(tuán)制定了《中鋁公司智能制造行動計劃（2017-2027 年）》，要求今后所有新建項目，必須增加智能礦山、智能工廠專篇，做到規(guī)劃、科研、設(shè)計三同步。且在2017、2018 年完成鋁和銅（包括礦山和銅冶煉）兩個核心業(yè)務(wù)版塊的智能化頂層架構(gòu)設(shè)計。

江西銅業(yè)貴溪冶煉廠通過開展智能工廠一期建設(shè)，初步形成一套具有自動化、數(shù)字化、模型化、集成化、智能化特征的銅冶煉智能工廠，逐步實現(xiàn)制造效率、成本質(zhì)量、過程管控等資源的優(yōu)化配置。

集團(tuán)公司自2004年以來，對于新建的礦山、冶煉、加工企業(yè)，除采用業(yè)內(nèi)先進(jìn)的工藝和技術(shù)裝備外，積極采用業(yè)內(nèi)先進(jìn)、成熟的生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，并積極開展與智能制造相關(guān)研究與應(yīng)用。冬瓜山銅礦研發(fā)并成功應(yīng)用了千米深井智能無人駕駛電機(jī)車；金冠銅業(yè)成功應(yīng)用基于5G+AGV陰極銅無人運輸系統(tǒng)；在金隆銅業(yè)、金冠銅業(yè)等主要冶煉廠采用了機(jī)器人剝片機(jī)組等。2021年集團(tuán)公司編制了《智能制造建設(shè)規(guī)劃》，為銅冶煉智能工廠建設(shè)規(guī)劃指明方向。

但與鋼鐵石化等先進(jìn)制造企業(yè)相比，有色行業(yè)無論在企業(yè)規(guī)模還是配套設(shè)備設(shè)施的自動化方向都無法比擬?？偠灾?，我國有色金屬行業(yè)智能化建設(shè)尚處在起步、試點、探索階段。

2.集團(tuán)公司銅冶煉智能工廠建設(shè)難點

智能工廠建設(shè)規(guī)劃是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一是除集團(tuán)公司正在謀劃構(gòu)建未來的框架藍(lán)圖外，冶煉廠主要在局部建設(shè)，內(nèi)容涉及產(chǎn)線自動化升級、廠內(nèi)物流運輸優(yōu)化、制造執(zhí)行、安環(huán)、質(zhì)量等多個業(yè)務(wù)方向，但未能按國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系將其納入體系中進(jìn)行總體規(guī)劃。二是閃速爐、電解槽等關(guān)鍵智能化裝備的研制技術(shù)難度大、成本投入高。三是原料種類繁多，雜質(zhì)含量變化大，關(guān)鍵工序機(jī)理模型實用性不強(qiáng)。四是有色行業(yè)智能化生態(tài)系統(tǒng)未建立，配套的軟硬件供應(yīng)商產(chǎn)品兼容性差、產(chǎn)品類型多，真正具備自主研發(fā)能力并能提供完整解決方案的企業(yè)較少，缺乏配套行業(yè)龍頭企業(yè)。五是有色行業(yè)智能化建設(shè)起步晚，缺乏頂層設(shè)計與行業(yè)標(biāo)桿，存在建設(shè)目標(biāo)和路徑不明確、建設(shè)內(nèi)容不成體系、建設(shè)重點不夠突出、項目推進(jìn)困難，系統(tǒng)意識不足，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重等問題。

銅冶煉智能工廠建設(shè)實施原則

銅冶煉智能工廠規(guī)劃是一項頂層設(shè)計，需要結(jié)合國家、行業(yè)及集團(tuán)公司智能制造建設(shè)規(guī)劃等指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌謀劃，從數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施、智能生產(chǎn)與管理系統(tǒng)、統(tǒng)一數(shù)字化能力平臺、智能化創(chuàng)新應(yīng)用以及相關(guān)支撐保障體系等多方面系統(tǒng)性建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施。

與國家和集團(tuán)公司發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合。集團(tuán)公司銅冶煉智能工廠規(guī)劃將以集團(tuán)公司發(fā)展戰(zhàn)略為建設(shè)目標(biāo)，以國家智能制造發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃為指引，結(jié)合國家、行業(yè)在智能制造方面發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，并充分考慮冶煉板塊的智能制造現(xiàn)狀，綜合實施銅冶煉智能工廠規(guī)劃設(shè)計。

兼顧標(biāo)準(zhǔn)化體系與個性化需求。在國家、行業(yè)及集團(tuán)公司智能制造建設(shè)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合業(yè)務(wù)實際，堅持需求牽引，突出應(yīng)用至上。對于具有共性需求的專項管理和IT基礎(chǔ)保障設(shè)施，按標(biāo)準(zhǔn)化模式進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計；在生產(chǎn)管控方面，充分考慮銅冶煉工廠實際情況，以解決企業(yè)生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理的實際問題為出發(fā)點，兼顧標(biāo)準(zhǔn)化體系與個性化需求，因廠制宜進(jìn)行銅冶煉智能工廠建設(shè)。

統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施。把握冶煉智能工廠發(fā)展方向和重點，從全局、整體層面進(jìn)行頂層設(shè)計，圍繞有色行業(yè)銅冶煉智能工廠建設(shè)主要環(huán)節(jié)和重點領(lǐng)域，分步實施，有序推進(jìn)冶煉智能工廠建設(shè)。

銅冶煉智能工廠整體架構(gòu)

遵循《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠建設(shè)指南（試行）》框架結(jié)構(gòu)，結(jié)合集團(tuán)公司銅冶煉廠生產(chǎn)流程、自動化水平等特點以及現(xiàn)有信息化專項管理系統(tǒng)，借鑒基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的云、邊、端架構(gòu)，建立智能車間、智能物流、智能物質(zhì)流、生產(chǎn)綜合集成管控平臺及經(jīng)營管理基于大數(shù)據(jù)支持智能化系統(tǒng)，將企業(yè)大量基于傳統(tǒng)IT架構(gòu)的信息系統(tǒng)作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)企業(yè)全流程的智能生產(chǎn)和供應(yīng)鏈協(xié)同，打造一個自感知、自學(xué)習(xí)、自處理的綠色、環(huán)保、安全、高效的智能冶煉廠。集團(tuán)公司銅冶煉智能工廠框架圖見圖1。

圖1 銅陵有色金屬集團(tuán)控股有限公司銅冶煉智能工廠框架

銅冶煉智能工廠主要建設(shè)內(nèi)容

1.基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化改造與建設(shè)

基于自動控制、智能感知等技術(shù)，結(jié)合集團(tuán)公司生產(chǎn)工藝條件、工況特點，對閃速爐、浮選設(shè)備、電解槽等工業(yè)設(shè)備和其他基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化改造，通過生產(chǎn)設(shè)備的自動化、集成化、智能化改造替代人工操作，以設(shè)備改造提升和互聯(lián)互通推動產(chǎn)線的整體升級，實現(xiàn)節(jié)能減排，減員增效，提高資源利用效率和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品率。

在現(xiàn)有冶煉工廠配備基礎(chǔ)之上，補(bǔ)充或添加新型傳感器、射頻識別等數(shù)字化工具和設(shè)備，提高智能感知。如物料成分在線檢測、熔體溫度在線檢測、煙氣成分在線檢測、熔體成分在線檢測、終點樣自動判斷分析儀、熱成像分析儀、電解槽極板短路自動識別、陰極銅表面粒子檢測等，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的全面采集，實時感知生產(chǎn)過程和關(guān)鍵裝備運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

針對冶煉廠具有勞動作業(yè)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣等特點，積極推進(jìn)應(yīng)用具備自我檢測、自我診斷、自我調(diào)節(jié)等功能的智能裝備。如研發(fā)銅冶煉爐開堵口機(jī)器人、轉(zhuǎn)爐風(fēng)眼清理機(jī)器人，危險區(qū)域多維感知巡檢機(jī)器人，智能行車、陽極板陰極板無人運輸、智能倉儲、渣包運輸?shù)龋档腿藛T勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全性、質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

建設(shè)滿足銅冶煉智能工廠所需要的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與工業(yè)安全防護(hù)建設(shè)。整體規(guī)劃部署控制網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)，采用工業(yè)以太網(wǎng)、無線通信等技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、多媒體信息和管理數(shù)據(jù)等的傳輸交互，優(yōu)先保障控制網(wǎng)的通信暢通與冗余安全，實現(xiàn)主要辦公區(qū)、重點作業(yè)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。依托5G網(wǎng)絡(luò)低延時、大帶寬、大連接的特點，實現(xiàn)5G+機(jī)器人在倉庫管理、物流運輸、工廠巡檢等智能化應(yīng)用。同時，建立涵蓋網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全等在內(nèi)的多重安全防護(hù)保障體系，提高信息安全態(tài)勢感知、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處理、追蹤溯源能力。

2.統(tǒng)一數(shù)字化基礎(chǔ)能力平臺建設(shè)

建立有色銅冶煉智能工廠統(tǒng)一數(shù)字化基礎(chǔ)能力平臺底座，實現(xiàn)對廠內(nèi)運營管理、生產(chǎn)制造以及相關(guān)外部數(shù)據(jù)的集中匯聚與治理，并實現(xiàn)對匯聚數(shù)據(jù)的統(tǒng)一分析和算法模型構(gòu)建，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能決策，并通過低代碼開發(fā)等實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的應(yīng)用開發(fā)部署，以支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動的智能創(chuàng)新應(yīng)用建設(shè)。

3.智能生產(chǎn)與管理信息系統(tǒng)建設(shè)

通過大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算等新技術(shù)與傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)合，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能生產(chǎn)與管理信息系統(tǒng)，包括生產(chǎn)過程智能控制類系統(tǒng)、生產(chǎn)管理與執(zhí)行類系統(tǒng)、企業(yè)管理與經(jīng)營決策類系統(tǒng)、冶煉工廠虛擬仿真類系統(tǒng)，并通過綜合集成信息管控平臺實現(xiàn)全廠全面可視化。

生產(chǎn)過程智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策的控制方式，通過建立先進(jìn)工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集與集中監(jiān)視、實時生產(chǎn)組織調(diào)度等生產(chǎn)過程智能控制類系統(tǒng)實現(xiàn)工藝流程中先進(jìn)控制層的參數(shù)優(yōu)化與協(xié)同，全流程生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視、設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制以及異常報警提醒，對計劃執(zhí)行、資源利用、產(chǎn)量與質(zhì)量情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，輔助生產(chǎn)調(diào)度決策。

生產(chǎn)管理與執(zhí)行主要圍繞設(shè)備管理、能源管理、質(zhì)量管理、倉儲物流管理、安全與環(huán)保管理、人員管理等冶煉工廠日常生產(chǎn)管理領(lǐng)域進(jìn)行信息化與智能化建設(shè)。

企業(yè)管理與經(jīng)營決策通過從海量生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)中抽取關(guān)鍵有效數(shù)據(jù)，合并至企業(yè)級的數(shù)據(jù)倉庫，建立管理決策模型，最后以數(shù)據(jù)倉、儀表盤等形式將各類核心數(shù)據(jù)展現(xiàn)，預(yù)測未來趨勢，對決策的執(zhí)行情況進(jìn)行客觀評估。

虛擬仿真主要在關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵工序、關(guān)鍵車間等應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程模擬仿真與數(shù)字集成可視化，進(jìn)行實時監(jiān)控分析，輔助生產(chǎn)決策實時優(yōu)化。

建設(shè)綜合集成信息管控平臺，通過統(tǒng)一門戶實現(xiàn)廠內(nèi)生產(chǎn)管理全流程貫通與全面可視化。

4.數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能創(chuàng)新應(yīng)用建設(shè)

基于統(tǒng)一數(shù)字化基礎(chǔ)能力平臺提供數(shù)據(jù)處理分析與應(yīng)用開發(fā)部署能力，開展大數(shù)據(jù)協(xié)同創(chuàng)新應(yīng)用建設(shè)，如預(yù)測性設(shè)備維護(hù)優(yōu)化、基于大數(shù)據(jù)的數(shù)模參數(shù)優(yōu)化、基于陰極銅檢驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析的質(zhì)量管理優(yōu)化、生產(chǎn)管理優(yōu)化、經(jīng)營決策優(yōu)化等。

5.基礎(chǔ)支撐保障體系建設(shè)

為保障銅冶煉智能工廠順利建設(shè)，還需要配套建立相應(yīng)的基礎(chǔ)保障。如成立一把手負(fù)責(zé)的組織領(lǐng)導(dǎo)、資金投入保障、人才隊伍建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系以及運營維護(hù)制度等相關(guān)保障體系。

銅冶煉智能工廠實施路徑

新建工廠智能化建設(shè)。針對新建冶煉工廠依據(jù)其工廠定位，在科研報告、初步設(shè)計時編制規(guī)劃和方案時結(jié)合先進(jìn)智能感知、智能裝備、智能生產(chǎn)與管理系統(tǒng)等建立高標(biāo)準(zhǔn)、高水平、高起點的銅冶煉智能工廠實施方案，并明確每個階段建設(shè)目標(biāo)、預(yù)期效果及詳細(xì)實施方案，分階段統(tǒng)籌建設(shè)。

現(xiàn)有工廠智能化建設(shè)。針對已建冶煉工廠，因存在裝備種類多、自動化裝配多品牌、異構(gòu)系統(tǒng)大量存在、多總線系統(tǒng)并存等現(xiàn)象，結(jié)合冶煉工廠實際生產(chǎn)經(jīng)營情況，統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施，明確建設(shè)重點，有序推進(jìn)智能制造建設(shè)。一是對現(xiàn)有工廠智能制造基礎(chǔ)進(jìn)行評估，結(jié)合工廠實際需求明確建設(shè)目標(biāo)和預(yù)期成果，并制定詳細(xì)實施計劃；二是建立數(shù)據(jù)、流程、操作過程等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，對設(shè)備改造，加裝智能視頻監(jiān)控和智能儀表，實現(xiàn)工廠數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、少人化；三是建設(shè)綜合集成信息管控平臺，實現(xiàn)在智能安防、能源管理、設(shè)備管理、質(zhì)量管理及物流管理等方面可視化；四是深度挖掘大數(shù)據(jù)的潛在價值，建設(shè)大數(shù)據(jù)分析決策模型，實現(xiàn)預(yù)測性設(shè)備故障智能診斷、生產(chǎn)控制參數(shù)優(yōu)化、數(shù)字仿真優(yōu)化及經(jīng)營決策優(yōu)化等。

結(jié)語

智能工廠建設(shè)是推進(jìn)銅冶煉工廠轉(zhuǎn)型升級、精準(zhǔn)管理、提質(zhì)增效，提升企業(yè)綜合競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力的重要舉措。銅冶煉工廠應(yīng)緊跟時代步伐，按照整體規(guī)劃、效益優(yōu)先、分步實施的原則，應(yīng)用前沿信息技術(shù)與企業(yè)現(xiàn)有信息化、自動化的基礎(chǔ)以及國家、行業(yè)等智能制造戰(zhàn)略相結(jié)合統(tǒng)籌規(guī)劃，明確具體建設(shè)目標(biāo)和預(yù)期成果，制定詳細(xì)實施計劃，逐步建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化銅冶煉智能工廠，最終實現(xiàn)企業(yè)清潔環(huán)保、優(yōu)質(zhì)低耗、安全高效的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。