現(xiàn)代智能選礦廠設(shè)計(jì)與思考

李 紅

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

選礦生產(chǎn)是典型的傳統(tǒng)流程工業(yè)，隨著礦產(chǎn)資源日益匱乏，入選礦石性質(zhì)貧細(xì)雜日益突出，依靠簡單的自動化控制已然不能從根本上解決生產(chǎn)與管理上的問題。加之全球激烈的商業(yè)競爭，流程工業(yè)企業(yè)在產(chǎn)品的質(zhì)量、成本、交貨期等方面提出更高的要求，礦山企業(yè)在發(fā)展中不斷尋求轉(zhuǎn)型升級，智能化建設(shè)是當(dāng)下一個很好的手段，為礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了良好契機(jī)。

近年來，智能化礦山建設(shè)伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)孕育而生，并得到了快速的發(fā)展。但由于至今尚無一種完備的體系標(biāo)準(zhǔn)，各礦山企業(yè)智能化建設(shè)參差不齊，存在著“起點(diǎn)高，務(wù)實(shí)低”的共性。因此，如何合理利用現(xiàn)有智能化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、實(shí)用化，穩(wěn)定提高生產(chǎn)管理水平，有效控制投資回報(bào)，進(jìn)而提升企業(yè)效益，已經(jīng)成為礦山智能化建設(shè)亟需考慮的問題。

1 智能選廠新體系架構(gòu)

現(xiàn)有智能選廠體系架構(gòu)大部分都是基于國際通用IT五層技術(shù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示，由設(shè)備層、控制層、生產(chǎn)執(zhí)行層、經(jīng)營管理層、決策層組成，顯然生產(chǎn)過程控制和管理明顯區(qū)分，忽視了選礦生產(chǎn)過程中的物流、成本、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備的在線控制與管理，不便形成平臺技術(shù)，難于擴(kuò)展及維護(hù)，也難以適用于扁平化管理模式［1］。

圖1 IT五層技術(shù)結(jié)構(gòu)

選礦過程控制系統(tǒng)是智能選廠建設(shè)的基礎(chǔ)，目前大部分是采用DCS或PLC系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，基本以設(shè)備自動化控制為主，無法準(zhǔn)確地對工藝指標(biāo)進(jìn)行控制。

選礦生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)以優(yōu)化管理、優(yōu)化運(yùn)行為核心，著眼于整個生產(chǎn)過程管理，考慮生產(chǎn)過程的整體平衡，注重生產(chǎn)過程的運(yùn)行管理，MES系統(tǒng)是生產(chǎn)過程控制與管理、信息集成的重要橋梁和紐帶。

經(jīng)營計(jì)劃系統(tǒng)以財(cái)物分析、決策為核心，隨著企業(yè)信息化的發(fā)展逐漸建設(shè)了諸如ERP、OA等系統(tǒng)。

三層體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 三層體系結(jié)構(gòu)

2 智能選廠設(shè)計(jì)新思路

智能選廠的建設(shè)應(yīng)立足企業(yè)自身的資源條件、裝備水平、技術(shù)水平、產(chǎn)品競爭能力等多方位權(quán)衡，制定科學(xué)可行的規(guī)劃，探索工程一體化設(shè)計(jì)新思路，為選廠智能化建設(shè)提供有利條件。工程一體化設(shè)計(jì)遵從選廠規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)營整個過程一體化數(shù)據(jù)模型管理［2］，數(shù)據(jù)模型的一致性是一體化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。

2.1 規(guī)劃階段

規(guī)劃是基礎(chǔ)，智能礦山建設(shè)應(yīng)根據(jù)礦山企業(yè)的實(shí)際需求由體系入手進(jìn)行中長期規(guī)劃，礦山全生命周期內(nèi)目標(biāo)清晰明確，在整體大框架下抓局部、抓重點(diǎn)，規(guī)劃出科學(xué)的管理路線和技術(shù)路線，避免建設(shè)過程中技術(shù)偏離大、工程管理脫節(jié)、生產(chǎn)運(yùn)維過程中管理效率偏低等問題。

2.2 設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)是重點(diǎn)，以規(guī)劃的管理路線和技術(shù)路線為藍(lán)圖，以優(yōu)化生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)、提升管理水平、協(xié)同各專業(yè)接口、保持?jǐn)?shù)據(jù)模型一致性為抓手，嚴(yán)格把控管理和技術(shù)兩個層次的各個細(xì)節(jié)。智能化技術(shù)應(yīng)從工藝裝備、電氣自動化設(shè)備、層級架構(gòu)、數(shù)字化技術(shù)、各專業(yè)接口全面考慮，做到各專業(yè)無縫鏈接，基礎(chǔ)數(shù)字化滿足智能化的要求，確保系統(tǒng)高效、可靠、實(shí)用、易擴(kuò)展、易調(diào)整。

2.3 建設(shè)階段

建設(shè)是關(guān)鍵，由不同單位主體、不同技術(shù)層級聯(lián)合建設(shè)，工程建設(shè)管理部、監(jiān)理單位及設(shè)計(jì)單位共同控制各技術(shù)細(xì)節(jié)，組織好各專業(yè)技術(shù)交底，確保工程進(jìn)度、質(zhì)量、功能滿足智能選廠設(shè)計(jì)要求，建設(shè)過程中對一些偏離的細(xì)節(jié)及時糾正和調(diào)整。

2.4 生產(chǎn)階段

生產(chǎn)是檢驗(yàn)，在既定的工藝流程中檢驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對不滿足要求的技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)能夠快速便捷地進(jìn)行調(diào)整，以滿足生產(chǎn)需要。選礦生產(chǎn)是在全生命周期內(nèi)不斷進(jìn)行工藝升級、指標(biāo)優(yōu)化調(diào)整的過程，智能化系統(tǒng)在不增加生產(chǎn)成本的前提下應(yīng)高效地適應(yīng)工藝的變化和調(diào)整。

2.5 運(yùn)維階段

運(yùn)維是保障，流程工藝的智能化系統(tǒng)，需要一支專業(yè)技術(shù)人員隊(duì)伍來進(jìn)行維護(hù)。相比傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)的維護(hù)是一項(xiàng)綜合性技能，礦山企業(yè)應(yīng)重視這方面人才的培養(yǎng)，方能為企業(yè)生產(chǎn)長期保駕護(hù)航，才能保障系統(tǒng)的高利用率，持續(xù)為企業(yè)生產(chǎn)管理帶來效益。

3 智能選廠建設(shè)難點(diǎn)

目前智能選廠建設(shè)尚未有成熟的體系來支撐，應(yīng)用參差不齊，建設(shè)中存在很多難點(diǎn)，其中以生產(chǎn)技術(shù)的多變性、生產(chǎn)執(zhí)行的有效性尤為突出。

3.1 生產(chǎn)技術(shù)的多變性

選礦生產(chǎn)是一個大概率生產(chǎn)，中間很多控制過程是模糊的，對經(jīng)驗(yàn)的依賴性較強(qiáng)，難以形成量化的指標(biāo)。雖然近年來選礦生產(chǎn)過程自動化控制引入了新的控制技術(shù)和控制算法，運(yùn)用軟測量技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)預(yù)設(shè)定模型、智能建模和模型修正技術(shù)、魯棒約束多變量預(yù)測控制技術(shù)等，并在此基礎(chǔ)上形成以產(chǎn)品質(zhì)量和工藝指標(biāo)、直接實(shí)時反饋的先進(jìn)控制技術(shù)［3］。但是生產(chǎn)的多變性給智能化系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力帶來很大的挑戰(zhàn)，短期內(nèi)缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐，仍需依靠有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行參數(shù)及時修正及調(diào)整，充分發(fā)揮智能化系統(tǒng)的作用。

3.2 生產(chǎn)執(zhí)行的有效性

目前選礦生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）基本僅實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)傳送到管理部門進(jìn)行顯示和監(jiān)控的管理信息系統(tǒng)（MIS）功能，而缺乏中間層對上層管理和下層過程控制聯(lián)結(jié)應(yīng)用的功能。而市場中推出的MES系統(tǒng)卻并非為企業(yè)量身定做，往往達(dá)不到真正意義的MES系統(tǒng)。

4 發(fā)展思考

智能選廠是為了實(shí)現(xiàn)選廠資源全生命周期內(nèi)生產(chǎn)真正安全、高效、經(jīng)濟(jì)、智能開發(fā)利用。在建設(shè)、生產(chǎn)、管理過程中，把握好“一個中心，兩個體系”，即一個數(shù)據(jù)中心，技術(shù)與管理兩個體系，不斷完善基礎(chǔ)信息數(shù)字化、生產(chǎn)監(jiān)控集成化、生產(chǎn)管理扁平化、決策分析智能化，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)代智能選廠發(fā)展模式

數(shù)據(jù)中心將各選礦設(shè)備、檢測儀器儀表、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及檢測數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息采集與存儲自動化，逐步形成選廠大數(shù)據(jù)，以此作為智能化控制的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，持續(xù)挖掘數(shù)據(jù)價值。技術(shù)體系側(cè)重于運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)工藝全流程過程控制［4］，包括設(shè)備自動化、檢測自動化、工藝自動化，實(shí)現(xiàn)途徑為自動化控制系統(tǒng)、關(guān)鍵作業(yè)或工段優(yōu)化控制、智能化專家系統(tǒng)等。管理體系核心則為通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)上層管理和下層過程控制聯(lián)結(jié)應(yīng)用，進(jìn)而全面把控選礦生產(chǎn)運(yùn)營過程。

5 結(jié) 語

1.選礦作為傳統(tǒng)的流程工業(yè)，采用三層架構(gòu)和工程一體化設(shè)計(jì)不僅能實(shí)現(xiàn)全流程綜合自動化，同時促使企業(yè)管理從以職能為中心向以過程為中心轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)扁平化的管理模式，提高系統(tǒng)的柔性，適應(yīng)多變的市場，滿足敏捷制造和一體化過程控制的要求，即對原材料、生產(chǎn)工藝全過程進(jìn)行監(jiān)控，全面了解和掌握產(chǎn)品的生產(chǎn)情況，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

2.選礦生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)（MES）不僅能處理生產(chǎn)過程中難以處理的具有生產(chǎn)與管理雙重性質(zhì)的信息，而且能起到將生產(chǎn)過程產(chǎn)生的信息和經(jīng)營管理的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、加工和傳遞的作用，是面向過程的生產(chǎn)活動與經(jīng)營活動的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)流程工業(yè)智能化的關(guān)鍵。