典型有色金屬冶煉企業(yè)智能建設(shè)近況與標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)策

林若虛｜文

目前我國有色金屬冶煉行業(yè)智能建設(shè)的推進(jìn)步伐較為緩慢，為了有效指導(dǎo)有色金屬冶煉行業(yè)智能建設(shè)，急需出臺(tái)相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)作為指導(dǎo)。在標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中需切實(shí)以目前國內(nèi)冶煉企業(yè)的智能化進(jìn)程為依據(jù)，發(fā)揮典型企業(yè)的引領(lǐng)作用，并正確引導(dǎo)企業(yè)充分認(rèn)識(shí)標(biāo)準(zhǔn)化工作在智能化建設(shè)和智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編寫過程中的重要性。

隨著目前全球科技的高度發(fā)展和進(jìn)步，新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加緊孕育興起，而受全球經(jīng)濟(jì)一體化的影響，我國制造業(yè)也面臨這種變革的劇烈沖擊，亟須尋求產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí)以適應(yīng)這種快速發(fā)展所帶來的影響。智能化已成為制造業(yè)向高速、高效運(yùn)行發(fā)展的重要趨勢(shì)。發(fā)達(dá)國家如德國，便于2011年提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，其核心目的是提高德國工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪的工業(yè)革命中占據(jù)先機(jī)，而這一概念的三大主題便是“智能工廠”“智能生產(chǎn)”和“智能物流”。為了實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略，我國也于2015年提出《中國制造2025》（國發(fā)[2015]28 號(hào)），旨在利用強(qiáng)有力的統(tǒng)籌規(guī)劃和前瞻部署，力爭(zhēng)通過三個(gè)十年的努力，把我國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強(qiáng)國，其中提及的五大工程中即包括智能制造工程和高端裝備創(chuàng)新工程等方面。2016年，工業(yè)和信息化部、財(cái)政部聯(lián)合制定了《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016 ～2020年）》，以配合《中國制造2025》的貫徹落實(shí)，將發(fā)展智能制造作為長期堅(jiān)持的戰(zhàn)略任務(wù)。因此，推動(dòng)我國制造業(yè)的智能化建設(shè)進(jìn)程，不僅能夠有效縮短產(chǎn)品周期，提高生產(chǎn)效率和降低運(yùn)營成本，同時(shí)也有助于提高制造業(yè)供給結(jié)構(gòu)的靈活性，加速產(chǎn)業(yè)的整體升級(jí)，極大地提高我國企業(yè)在全球的競(jìng)爭(zhēng)力，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

國內(nèi)典型冶煉企業(yè)智能建設(shè)近況

有色金屬冶煉行業(yè)同樣隸屬于制造業(yè)范疇。冶煉行業(yè)的智能制造建設(shè)對(duì)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的意義重大。但當(dāng)前，我國在有色金屬行業(yè)智能冶煉建設(shè)方面的進(jìn)度較為緩慢。而針對(duì)有色金屬智能冶煉建設(shè)，企業(yè)具有各自不同的思路，與此同時(shí)，建設(shè)的內(nèi)容與途徑也各不相同。雖然近年來在冶煉數(shù)字化和自動(dòng)化普及程度上取得了一定的進(jìn)展，但仍缺乏科學(xué)、統(tǒng)一的建設(shè)規(guī)劃。

以江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司貴溪冶煉廠為例，它是國家“六五”期間22 個(gè)成套引進(jìn)項(xiàng)目之一，閃速爐作業(yè)率、銅冶煉綜合回收率均達(dá)到世界第一，噸銅綜合能耗位列世界第二。目前，陰極銅的產(chǎn)能達(dá)到102 萬噸/年，且環(huán)保排放指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。貴溪冶煉廠目前的智能化建設(shè)架構(gòu)分為五個(gè)層級(jí)，從底層至頂層（L1 ～L5）依次為數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)及智能決策。其中，L1 至L3 層級(jí)的數(shù)字化程度較高，即數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控系統(tǒng)可基本達(dá)到控制的自動(dòng)化。目前已實(shí)施的項(xiàng)目分為信息化、網(wǎng)絡(luò)化、在線檢測(cè)及裝備自動(dòng)化的智能升級(jí)改造三個(gè)部分。其中，在極板智能轉(zhuǎn)運(yùn)及質(zhì)檢、電解智能化始極片剝片、硫酸銅自動(dòng)包裝和存儲(chǔ)及尾礦無人行車改造等工序中，已基本實(shí)現(xiàn)無人值守的高度自動(dòng)化操作，可大幅降低人力成本，切實(shí)提高生產(chǎn)效率。

但目前，總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在智能建設(shè)方面仍然存在以下較為明顯的問題：

缺乏整體建設(shè)框架的搭建。目前企業(yè)仍以分塊建設(shè)的模式，根據(jù)實(shí)際需求的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分系統(tǒng)的數(shù)字化及自動(dòng)化推進(jìn)，暫無全局性的統(tǒng)籌規(guī)劃。

冶煉工序的自動(dòng)化普及率相對(duì)較低。同時(shí)，從安全生產(chǎn)的角度出發(fā)，數(shù)字化控制的實(shí)施較為困難，支撐冶煉工藝的智能裝備及檢測(cè)設(shè)備也并不成熟；目前主要仍以現(xiàn)有設(shè)備的自動(dòng)化改造為主，而無法直接采用新型的智能冶煉設(shè)備；車間級(jí)的數(shù)字化實(shí)施過程仍然存在瓶頸。

信息化系統(tǒng)建設(shè)涉及范圍較寬，系統(tǒng)龐雜，在各系統(tǒng)之間、在上下游組織之間并沒有形成一個(gè)高效的數(shù)據(jù)交互模式，信息的采集與傳輸不暢。

冶煉行業(yè)信息化、自動(dòng)化、智能化相關(guān)人才欠缺；建設(shè)過程中的需求較多且較難統(tǒng)一布局；方案的可行性論證周期較長，實(shí)施存在一定的滯后性。

以上便是江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠在冶煉智能建設(shè)過程中所遇到的阻力及所處的困境，而對(duì)于世界錫生產(chǎn)企業(yè)中產(chǎn)業(yè)鏈最長、最完整的企業(yè)云南錫業(yè)集團(tuán)（控股）有限責(zé)任公司而言，同樣存在類似的問題。以錫冶煉系統(tǒng)為例，目前云錫集團(tuán)采用的富氧熔煉技術(shù)已基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)入爐配料、爐體溫度、蒸汽壓力等各過程參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制；在電熱連續(xù)結(jié)晶、真空爐的焊錫真空蒸餾脫鉛、煙化爐處理爐渣及低錫物料技術(shù)、余熱發(fā)電及制酸工藝流程中也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。但在老舊工廠的智能化建設(shè)規(guī)劃方面，仍然缺乏頂層設(shè)計(jì)，這也導(dǎo)致了一些自動(dòng)化、智能化工藝及設(shè)備無法實(shí)施和運(yùn)行。與此同時(shí)，冶煉工藝的特殊性導(dǎo)致信息孤島、自動(dòng)化孤島及信息系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的孤島效應(yīng)明顯，這也直接導(dǎo)致了企業(yè)兩化融合進(jìn)度緩慢，嚴(yán)重影響智能化建設(shè)的推進(jìn)速度。由此可見，對(duì)于冶煉行業(yè)而言，智能化升級(jí)的成本非常高，而這里值得關(guān)注的是目前國內(nèi)急缺智能化設(shè)備及相關(guān)配套工藝的優(yōu)質(zhì)品牌，受制于國外供應(yīng)商，十分不利于整體冶煉行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

智能極板轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

典型冶煉企業(yè)智能化特征分析

根據(jù)智能化程度的分類依據(jù)，有色金屬冶煉行業(yè)智能化建設(shè)同樣可分為三個(gè)層級(jí)，即數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化（信息化）和智能化?；谖覈湫陀猩饘僖睙捚髽I(yè)智能建設(shè)的總體情況進(jìn)行分析，從數(shù)字化這一層級(jí)出發(fā)，相關(guān)企業(yè)從物料運(yùn)輸、原料配比、工藝管控、數(shù)據(jù)收集等底層工序流程，到頂層的實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋等均已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化發(fā)展，如江銅集團(tuán)的無人化陽極銅板輸運(yùn)系統(tǒng)及硫酸銅自動(dòng)包裝系統(tǒng)、云錫集團(tuán)錫冶煉煙氣回收和處理的自動(dòng)集散控制系統(tǒng)等。這也是實(shí)現(xiàn)企業(yè)智能化建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，與此同時(shí)，相對(duì)于后兩個(gè)層級(jí)，這也是國內(nèi)冶煉行業(yè)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的一個(gè)層級(jí)。

從網(wǎng)絡(luò)化（信息化）這一層級(jí)出發(fā)，目前，部分企業(yè)具備從數(shù)據(jù)采集，到數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應(yīng)用的較為完整的信息分析和傳輸系統(tǒng)，如江銅建有國家B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心，能夠?yàn)楣S提供高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸通道；云錫集團(tuán)的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)平臺(tái)也可通過不同工作站間數(shù)據(jù)的匯總對(duì)物料狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析并給出快速、準(zhǔn)確的分析。目前的難點(diǎn)在于，在網(wǎng)絡(luò)化推進(jìn)的過程中，仍然存在頂層組織管理信息化數(shù)據(jù)與底層生產(chǎn)工藝信息化數(shù)據(jù)之間的交互和銜接不暢等問題，具體表現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)采集的信息數(shù)據(jù)整體利用率較低，缺乏足夠的數(shù)據(jù)積累，導(dǎo)致無法建立完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；頂層管理系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和發(fā)出決策后，底層控制系統(tǒng)無法作出有效反饋并對(duì)決策進(jìn)行執(zhí)行操作。以上問題進(jìn)一步阻礙了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的進(jìn)程，因此全面普及生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的融合發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)智能化的重要過渡階段。

在最高層級(jí)，國內(nèi)冶煉企業(yè)目前仍然無法有效和全面地推進(jìn)各子系統(tǒng)的智能化改造和建設(shè)，也就是說，目前國內(nèi)冶煉行業(yè)的智能化整體水平較低，這與冶煉行業(yè)本身的行業(yè)特性息息相關(guān)。冶煉工藝本身存在數(shù)據(jù)波動(dòng)較大、難以建立和簡單套用數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、工況環(huán)境惡劣、設(shè)備穩(wěn)定性要求甚高、數(shù)據(jù)采集難度較大等不確定因素與難點(diǎn)。這些缺陷也通過不斷放大逐漸引申至數(shù)據(jù)分析與控制層面，如熔煉爐爐膛內(nèi)部燃燒與熱力學(xué)模型無法通過計(jì)算與預(yù)測(cè)給出相對(duì)較為匹配的數(shù)據(jù)結(jié)果；撈渣機(jī)械臂長期處于高溫環(huán)境下運(yùn)行穩(wěn)定性受到影響，仍需進(jìn)行人工除渣工序；重要工序仍需通過人工干預(yù)和操作進(jìn)行，而受制于安全等因素?zé)o法進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程操控等。因此，在人員介入較多的情況下，數(shù)據(jù)的人工采集與自動(dòng)采集、人工上傳與自動(dòng)上傳、人工甄別與自動(dòng)甄別、人工決策與自動(dòng)決策之間均存在數(shù)據(jù)對(duì)接過程中的誤解和偏差。

智能化具有較為明顯的四個(gè)特征點(diǎn)，即自感知、自決策、自控制和自學(xué)習(xí)，這四個(gè)特征點(diǎn)是逐級(jí)遞進(jìn)的。目前，自感知可通過先進(jìn)的儀表監(jiān)控系統(tǒng)和高效的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，而典型企業(yè)也均可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各原料車間、生產(chǎn)車間、運(yùn)輸系統(tǒng)、廠區(qū)全景等的自動(dòng)監(jiān)控，但由自感知向自決策發(fā)展的過程則存在較大的困難和較多的問題。智能化的重要表現(xiàn)即系統(tǒng)可通過大數(shù)據(jù)分析，對(duì)一些常規(guī)和突發(fā)事件進(jìn)行判斷和決策，隨后可通過智能化過程自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行反饋操作，通過糾錯(cuò)使系統(tǒng)維持正常的運(yùn)行模式，如電解槽短路識(shí)別系統(tǒng)便可利用熱成像技術(shù)對(duì)發(fā)生故障的極板進(jìn)行自動(dòng)鑒別和定位。而目前，冶煉企業(yè)盡管對(duì)數(shù)據(jù)分析模塊做得較為完善，但決策仍主要靠人工，所以整體而言，在智能化這一層級(jí)，國內(nèi)冶煉行業(yè)的智能化推進(jìn)程度不容樂觀，智能化的普及率仍然較低。

標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)策

目前，有色金屬冶煉行業(yè)整體智能建設(shè)的推進(jìn)步伐較為緩慢，為了有效指導(dǎo)有色金屬冶煉行業(yè)智能建設(shè)，急需出臺(tái)相關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)冶煉企業(yè)進(jìn)行智能化建設(shè)。工業(yè)和信息化部、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)在2015年共同組織制定了《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2015年版)》并建立了動(dòng)態(tài)更新機(jī)制。去年，兩部委又共同組織制定了《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南(2018年版)》，這也說明，標(biāo)準(zhǔn)化工作是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要技術(shù)基礎(chǔ)，有助于明確智能制造的定義和建設(shè)規(guī)范框架，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)有色金屬冶煉行業(yè)的大轉(zhuǎn)型、技術(shù)大提高，促進(jìn)有色金屬冶煉企業(yè)健康、科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展。

從標(biāo)準(zhǔn)化工作的角度出發(fā)，亟須制定有色金屬冶煉行業(yè)智能建設(shè)規(guī)劃體系及與其配套的技術(shù)規(guī)范和評(píng)價(jià)系統(tǒng)。它可以看作是一系列較為全面的標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化，由標(biāo)準(zhǔn)支撐，但卻又不是簡單的不同標(biāo)準(zhǔn)的堆砌，其主要目的是在未來幾年對(duì)國內(nèi)冶煉企業(yè)的智能化建設(shè)起指導(dǎo)和規(guī)范化的作用。因此，如果刻板地將評(píng)價(jià)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)定得過高，則會(huì)嚴(yán)重阻礙一些中小企業(yè)和新興企業(yè)的規(guī)劃和建設(shè)，不利于國內(nèi)整體冶煉行業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展；而如果將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)降低，則體系本身會(huì)失去對(duì)絕大多數(shù)企業(yè)的指導(dǎo)意義。為了切實(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)體系建立智能冶煉行業(yè)的評(píng)價(jià)依據(jù)，落實(shí)工信部所要求的評(píng)價(jià)分級(jí)制，需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)化體系的具體內(nèi)容進(jìn)行精準(zhǔn)拿捏。

根據(jù)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)以往的工作經(jīng)驗(yàn)看來，國內(nèi)有色金屬冶煉企業(yè)都具有編寫或參與編寫有色金屬領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)歷，但目前仍主要集中在產(chǎn)品與檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，而基本沒有編寫智能化建設(shè)總體或子項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，根據(jù)相關(guān)企業(yè)的反饋信息，目前冶煉企業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化工作及標(biāo)準(zhǔn)體系方面也存在以下幾點(diǎn)主要問題：

組織管理系統(tǒng)與生產(chǎn)工藝系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化適配性較差，系統(tǒng)對(duì)接存在不一致性；

計(jì)量系統(tǒng)未進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，核算方式存在差異，報(bào)表數(shù)據(jù)無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接；

仿真模型無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用；

尚未有大量具體的實(shí)用性標(biāo)準(zhǔn)與智能化建設(shè)體系相配套等。

因此，在智能化建設(shè)初期，冶煉企業(yè)可能首先會(huì)將重點(diǎn)集中在如何分步分階段地實(shí)現(xiàn)單一設(shè)備或系統(tǒng)的自動(dòng)化，缺少對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行和系統(tǒng)管理的需求，而冶煉行業(yè)的特殊性也導(dǎo)致部分工序較難真正實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化控制。隨著智能化建設(shè)的逐步推進(jìn)，系統(tǒng)的集成度將逐漸加強(qiáng)，此時(shí)各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)運(yùn)行的關(guān)鍵便是較高的系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)化程度，而由于缺乏初始的頂層設(shè)計(jì)，往往會(huì)導(dǎo)致各系統(tǒng)的兼容性出現(xiàn)問題，無法形成完整體系。

由于智能建設(shè)和智能化標(biāo)準(zhǔn)的制定，最終都需要在有色金屬行業(yè)的企業(yè)中落地和實(shí)施。因此，一方面，需要基于行業(yè)的特點(diǎn)、特性和特征，發(fā)揮現(xiàn)有基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)作用；另一方面，在新標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，需切實(shí)以目前國內(nèi)冶煉企業(yè)的智能化進(jìn)程為依據(jù)，以政策為導(dǎo)向，發(fā)揮典型企業(yè)的引領(lǐng)作用。從有色標(biāo)委會(huì)開展工作的角度出發(fā)，需通過實(shí)地調(diào)研、情報(bào)分析與形勢(shì)評(píng)估等方式，預(yù)測(cè)有色冶煉行業(yè)未來發(fā)展及智能化建設(shè)的預(yù)期方向，并正確引導(dǎo)企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化工作在智能化建設(shè)和智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編寫過程中的重要性。在新的、亟待使用的標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)體系的撰寫過程中，以實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)企業(yè)進(jìn)行前期調(diào)研、數(shù)據(jù)收集、歸納和總結(jié)等工作，而企業(yè)本身在標(biāo)準(zhǔn)制定的過程中可根據(jù)實(shí)際需求，通過技術(shù)的改造和升級(jí)，深入挖掘數(shù)據(jù)，積累智能化建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化向智能化的跨越。與此同時(shí)，處于領(lǐng)先地位的種種技術(shù)都可成為相應(yīng)的裝備、產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)、智能工廠、數(shù)據(jù)和服務(wù)性標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)又可進(jìn)一步指導(dǎo)冶煉行業(yè)的智能化建設(shè)，使國內(nèi)冶煉行業(yè)逐步在相關(guān)領(lǐng)域真正獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，最終使產(chǎn)品走向國際市場(chǎng)，切實(shí)提高我國冶煉行業(yè)的整體發(fā)展水平。