電解錳企業(yè)智能化改造的應(yīng)用研究

蔣 健 藍(lán)麗紅 彭 博 呂 曠 韓要叢　黃超冠 馬英群 唐庚飛

電解錳企業(yè)智能化改造的應(yīng)用研究

蔣 健1藍(lán)麗紅2彭 博2呂 曠3韓要叢2黃超冠3馬英群3唐庚飛4

（1.廣西大錳錳業(yè)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530008；3.中國科技開發(fā)院廣西分院，廣西 南寧 530001；4.靖西市大西南錳業(yè)有限公司，廣西 靖西 533803）

隨著信息化時代的到來，眾多的制造行業(yè)通過步入智能化改造升級行列解決行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)的高物耗、高能耗、高污染的問題，朝著綠色可持續(xù)的方向發(fā)展。針對廣西特色資源錳加工行業(yè)的問題，靖西市大西南錳業(yè)有限公司開展電解錳智能化技術(shù)改造，率先實(shí)現(xiàn)了智能化生產(chǎn)，大幅度降低了人力、能耗等成本，明顯提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對電解錳行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級具有重要的借鑒意義。

電解錳；智能化；制造行業(yè)；雙碳

引言

信息化的飛速發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展進(jìn)步的大趨勢，圍繞數(shù)字化、智能化的發(fā)展改造成為制造企業(yè)面向“雙碳”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級的重要方向，是對接《中國制造2025》的重大舉措[1]。智能化技術(shù)的應(yīng)用能夠解決過去人工操作出現(xiàn)的難題，不僅能夠提升生產(chǎn)運(yùn)行效率，而且可以依賴智能化實(shí)現(xiàn)節(jié)約總體的生產(chǎn)投入成本；具體表現(xiàn)在推動制造企業(yè)在生產(chǎn)運(yùn)行情況、設(shè)備故障檢修效率、工藝電氣化等方面的顯著提升，由此帶來經(jīng)濟(jì)效益的提高[2]。

目前智能化已經(jīng)應(yīng)用在新材料研發(fā)、石油化工、機(jī)械設(shè)計制造、煤礦等眾多的制造行業(yè)中。針對新材料的研究計劃中，如材料基因組計劃等的實(shí)施過程中推動了人工智能在材料研究中的應(yīng)用。計算機(jī)模擬計算可以建立起來材料結(jié)構(gòu)與材料應(yīng)用性能之間的構(gòu)效關(guān)系，極大地推動了新材料研究過程中特定功能材料的定向研發(fā)。高通量計算平臺的建立提升了對材料多尺度的計算能力，開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)，為當(dāng)前全球范圍內(nèi)出現(xiàn)的環(huán)境、能源前沿科學(xué)問題設(shè)計高性能新材料提供可靠的技術(shù)手段[3]。

錳是重要的戰(zhàn)略資源，可用于鋼鐵、能源、冶金等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域占據(jù)著電解錳生產(chǎn)和消費(fèi)市場的95%以上[4]。廣西具有豐富的錳資源，分布著眾多的錳資源加工企業(yè)。然而，當(dāng)前電解錳行業(yè)的污染問題突出，《電解錳行業(yè)污染防治技術(shù)政策》《電解錳行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》等一系列政策文件的出臺推動著電解錳行業(yè)綠色化、可持續(xù)的方向發(fā)展[5-6]。借鑒其他行業(yè)智能化技術(shù)改造，開展電解錳行業(yè)智能化技術(shù)改造具有重大的意義，本文以靖西市大西南錳業(yè)有限公司開展電解錳智能化技術(shù)改造為例，說明電解錳行業(yè)智能化工藝的開創(chuàng)性應(yīng)用。

1 智慧電解錳工廠建設(shè)概述

工廠使用企業(yè)管理軟件金蝶EAS、交投智能管理系統(tǒng)和公司MES制造系統(tǒng)，構(gòu)建了集現(xiàn)場管控、質(zhì)檢、財務(wù)、數(shù)據(jù)、安保、供應(yīng)為一體的智能化制造體系，如圖1所示。將磨料投料化合、壓濾、電解及后處理的錳產(chǎn)品加工全流程融入智能化系統(tǒng)，企業(yè)可以直接通過集控室，實(shí)時監(jiān)測管理生產(chǎn)工序、收集生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其反饋至控制室，實(shí)現(xiàn)電解錳工廠全自動化生產(chǎn)，提升生產(chǎn)的效率和穩(wěn)定性。

圖1 錳加工一體化智能工廠模塊結(jié)構(gòu)圖

2 電解錳智能化建設(shè)

2.1 數(shù)字化設(shè)計建設(shè)

在企業(yè)資源數(shù)字化方面，用金蝶EAS系統(tǒng)開展人力資源、企業(yè)財務(wù)資源、生產(chǎn)制造資源數(shù)字建模，建立資源數(shù)字化體系。

石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的重要能源行業(yè)，為日常生活生產(chǎn)提供基礎(chǔ)產(chǎn)品。隨著我國的石化規(guī)模不斷壯大，行業(yè)內(nèi)污染嚴(yán)重、資源利用率低的問題日益突顯，如何處理這類問題已經(jīng)迫在眉睫。借鑒石化行業(yè)解決存在著眾多的工序，如油氣開發(fā)環(huán)節(jié)便需要經(jīng)過勘探、鉆井、建設(shè)、采集、輸送、凈化等諸多的流程和工序[1]，油氣煉化過程中精餾、分離等工藝過程的協(xié)同難度大的相關(guān)問題；而使用人工智能。已經(jīng)有眾多石化行業(yè)公司研發(fā)了許多智能平臺或系統(tǒng)，如英國石油公司研發(fā)的Sandy和Compass平臺、斯倫貝謝公司開發(fā)的DELFI系統(tǒng)、殼牌研發(fā)Shell Geo-desicTM系統(tǒng)。

靖西市大西南錳業(yè)有限公司作為生產(chǎn)制造企業(yè)，同樣要使用人工智能技術(shù)。在生產(chǎn)工廠智能化設(shè)計方面，利用BIM技術(shù)對生產(chǎn)廠房、生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備布置等進(jìn)行數(shù)字化建模，輔助UG、CAD等軟件設(shè)計平面、三維圖，并將其融入金蝶EAS系統(tǒng)，數(shù)字化優(yōu)化生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)。在物流設(shè)施數(shù)字化方面，貨物存貯、分揀、轉(zhuǎn)運(yùn)等模塊使用仿真技術(shù)數(shù)字化建模，建立運(yùn)行合理、高效的物流。

2.2 智能化管理體系建設(shè)

公司ERP內(nèi)控系統(tǒng)可根據(jù)集團(tuán)公司的戰(zhàn)略和經(jīng)營任務(wù)進(jìn)行商業(yè)和戰(zhàn)略分析，制定生產(chǎn)經(jīng)營計劃、預(yù)算、固定資產(chǎn)投資、科技研發(fā)投入以及公司其他日常管理，并進(jìn)行全面的成本管理與控制，通過將采購—生產(chǎn)制造—銷售的過程集成于平臺，進(jìn)行采購、銷售、庫存、生產(chǎn)和經(jīng)營及管理成本的全面規(guī)劃，最大程度地實(shí)現(xiàn)了對財務(wù)、銷售、供應(yīng)鏈、物料需求計劃、資金和成本的管理。ERP內(nèi)控系統(tǒng)與基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)銜接，集中各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)中各工序集中控制與統(tǒng)一調(diào)配，優(yōu)化了流程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)、企業(yè)管理、流程控制一體化，提高管理效能。

2.3 錳產(chǎn)品智能生產(chǎn)建設(shè)

機(jī)械設(shè)計制造過程具有工作效率低、依賴工人加工技術(shù)帶來的精度差等問題。引入智能化技術(shù)能夠大幅度提升工作效率，解決機(jī)械設(shè)計制造過程的存在的眾多問題，同時使機(jī)械制造設(shè)計系統(tǒng)模式更加完善、大幅度減少人員成本、優(yōu)化設(shè)計過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)、保障產(chǎn)品性能穩(wěn)定以及提高加工技能[7]。

仿照機(jī)械設(shè)計過程智能化設(shè)計開展了錳產(chǎn)品智能化精準(zhǔn)生產(chǎn)。公司生產(chǎn)工藝流程采用PLC控制器，配備DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)的自動控制。在線監(jiān)測生產(chǎn)工藝的全過程以及生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，依托控制系統(tǒng)的反饋機(jī)制，發(fā)現(xiàn)問題并對工藝智能化進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。生產(chǎn)制造的智能化包含采集數(shù)據(jù)、決策分析、生產(chǎn)管理，融入企業(yè)內(nèi)控系統(tǒng)ERP，實(shí)現(xiàn)全方位高效率的生產(chǎn)監(jiān)管，過程如圖2所示。

錳產(chǎn)品MES系統(tǒng)涵蓋投料磨料、化合、壓濾、電解及后處理等關(guān)鍵工序。整理分析原生產(chǎn)工藝中各個工序穩(wěn)定生產(chǎn)需要控制的參數(shù)及參數(shù)調(diào)控的范圍。在系統(tǒng)中針對具體的生產(chǎn)工序，設(shè)定好工藝流程各種控制參數(shù)，形成標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一流程，便捷監(jiān)控系統(tǒng)判斷并及時反饋到對應(yīng)的操作工序，構(gòu)建可視化、流程化的生產(chǎn)工藝。

圖2 制造執(zhí)行系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

2.4 生產(chǎn)過程智能化建設(shè)

煤炭行業(yè)在我國能源結(jié)構(gòu)中處于最大比重。然而煤炭行業(yè)是重污染行業(yè)，煤礦開采、煤炭洗選等環(huán)節(jié)都可以通過智能化技術(shù)破解行業(yè)頑疾。2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、應(yīng)急管理部等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，煤炭開發(fā)進(jìn)入智能化發(fā)展階段。公司學(xué)習(xí)上灣煤礦通過生產(chǎn)模塊智能化的方式，建立了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、采煤工作面、掘進(jìn)工作面、主運(yùn)輸、供電系統(tǒng)、智能輔助駕駛等智能化模塊，推動煤炭行業(yè)開采智能轉(zhuǎn)型[8]。針對選煤的技術(shù)，可以從分離除雜物、重介質(zhì)分離、浮選技術(shù)、干法選煤和煤泥水處理等方面開展智能化應(yīng)用[9]。

針對電解錳加工過程的幾個重要工序，同樣采用模塊智能化建立生產(chǎn)流程的智能化。主要通過以下方面進(jìn)行建設(shè)。

（1）磨料投料智能化。建立了礦粉自動投料系統(tǒng)，磨粉投料工序配置有原料緩沖倉、磨機(jī)、除塵設(shè)備、粉料倉、電視接收器、遠(yuǎn)程報警器、自動稱重設(shè)備、計算機(jī)主機(jī)、電子顯示屏、礦量監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等軟硬件。采用PLC控制軟件工藝流程進(jìn)行控制，采用基于KRM2.0主機(jī)操作系統(tǒng)的優(yōu)穩(wěn)DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)磨料—投料—稱重流程的自動銜接，借助MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)行磨粉和投料工序的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測。生產(chǎn)車間配備高清監(jiān)控設(shè)備連接監(jiān)控系統(tǒng)，可進(jìn)行車間生產(chǎn)管理遠(yuǎn)程控制。

（2）化合工序智能化。建立了化合桶、減速機(jī)、酸霧除塵系統(tǒng)、廢氣凈化系統(tǒng)及化合生產(chǎn)控制系統(tǒng)?；仙a(chǎn)工藝涉及的數(shù)據(jù)由監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時收集，并及時反饋給工程管理人員。

（3）壓濾工序智能化。建立了配備自動隔膜壓濾機(jī)及壓濾機(jī)配套的控制系統(tǒng)、電子顯示屏、監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等軟硬件的壓濾車間操作室。控制系統(tǒng)通過電子顯示屏顯示壓濾給料壓力、壓緊壓力、預(yù)壓余力、小車電機(jī)電流、洗滌計數(shù)、循環(huán)信息等全流程運(yùn)行狀態(tài)，并及時將相關(guān)的信息反饋到?jīng)Q策系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)對壓濾工況進(jìn)行監(jiān)控，及時智能化處理生產(chǎn)中的問題，保障壓濾工序高效穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）電解及后處理智能化。建立了電解配電操作室，配備電解后處理成套設(shè)備和電解整流控制系統(tǒng)，包括電解槽、排板機(jī)、脫硫機(jī)、烘干機(jī)、剝離機(jī)和洗板機(jī)等硬件設(shè)備。通過智能PLC控制系統(tǒng)對各設(shè)備及工藝進(jìn)行控制，通過全自動剝離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)剝離控制和遠(yuǎn)程控制的結(jié)合。對電解過程中的氨氮、錳含量、金屬含量等的檢測設(shè)置有氨氮在線監(jiān)測儀、DK-606、整流器電子顯示屏，實(shí)現(xiàn)碳硫、氨氮、總錳的在線監(jiān)測，實(shí)時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析。集散控制和PLC數(shù)控控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電解過程的有效運(yùn)行及控制，及時診斷電解流程中的運(yùn)行狀態(tài)，確保電解及后處理工藝流程的有效運(yùn)行，提高電解流程生產(chǎn)效率。

2.5 信息化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

雙網(wǎng)冗余（電信網(wǎng)絡(luò)＋移動網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)，建立了覆蓋辦公區(qū)域、生產(chǎn)區(qū)域、物流倉儲區(qū)域等全廠區(qū)域的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)硬件使用華為核心交換機(jī)、華為數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)、新華三H3C交換機(jī)、聯(lián)想服務(wù)器、TPILK、?？低暠O(jiān)控系統(tǒng)（交換機(jī)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、存儲服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)）、輔助通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)防火墻。

建立靜態(tài)、動態(tài)的信息安全管理體系。制定《保密管理控制程序》，制度上管理企業(yè)人員遵守安全保密規(guī)則，提高企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)信息的保護(hù)力度。企業(yè)各辦公區(qū)域采用靜態(tài)路由和固定的IP地址段進(jìn)行管控，各個終端計算機(jī)專人專用，通過深信服網(wǎng)絡(luò)行為管理系統(tǒng)，對所有計算機(jī)按照不同的工作需求制定相應(yīng)的策略，設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)桌面管理權(quán)限。

在外網(wǎng)防火墻后部署上網(wǎng)行為管理系統(tǒng)，啟用用戶認(rèn)證機(jī)制及上網(wǎng)準(zhǔn)入機(jī)制，并對不同用戶啟用訪問規(guī)則，用來規(guī)范員工的上網(wǎng)行為。

3 智能工廠改造成效

（1）提高了生產(chǎn)率。在智能化工廠改造后，一萬噸的錳生產(chǎn)線配備人員從150人降至120人，創(chuàng)造相同工業(yè)產(chǎn)值的效率提升20%；設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)能力得到提升，縮短了生產(chǎn)周期。在電解后處理自動化設(shè)備上線后，生產(chǎn)時間由原來的12小時縮短到8小時，效率提升了33.3%。

（2）降低了生產(chǎn)成本，提高能源利用效率。智能化工廠建設(shè)后，公司維修費(fèi)噸耗從100元降低至80元，同一生產(chǎn)線產(chǎn)能由原來的6 000噸/年提升至6 500噸/年，生產(chǎn)過程中所需人數(shù)從15人降至5人，降低67%的人工成本。整體成本降低20%以上，實(shí)現(xiàn)了大幅度的節(jié)能降耗增產(chǎn)提效。

（3）縮短了研發(fā)周期。通過供應(yīng)鏈的協(xié)同，加快了研發(fā)所需物料的供應(yīng)，EAS及智能辦公系統(tǒng)的應(yīng)用有效的提高了研發(fā)效率，工藝研制效率提升了15%。

（4）提高了產(chǎn)品質(zhì)量。智能化工廠建設(shè)后，采用自動采集與檢測，數(shù)據(jù)及分析結(jié)果的準(zhǔn)確性得到了保障，采用自動化生產(chǎn)線配合機(jī)械定量摻配，極大地提升了生產(chǎn)的精準(zhǔn)性。電解錳含硫量由原來的0.05%降低到0.025%，硫含量降低了50%。

（5）降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的安全性。生產(chǎn)線勞動崗從30%降低至12%。通過智能終端的使用，采用監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控危險源、污染源的工況狀態(tài)，遠(yuǎn)程操作危險源的閉合動作，使員工遠(yuǎn)離危險。

4 結(jié)束語

隨著我國“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，推動制造行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，智能化為制造業(yè)升級提供新引擎。而其中智能化的生產(chǎn)設(shè)備、自動化控制系統(tǒng)等關(guān)鍵核心技術(shù)的國產(chǎn)化是智能工廠建設(shè)的核心。因而，大力發(fā)展具有自主可控的智能化設(shè)備及全工藝流程具有廣闊的市場前景。

實(shí)現(xiàn)錳冶煉生產(chǎn)流程智能化、低碳綠色環(huán)保，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，同時實(shí)施對含錳固廢的無害化處理及綜合利用、降低固廢物治理成本，以經(jīng)濟(jì)效益為杠桿，智能化消除人為誤差，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，將固體廢物對環(huán)境的二次污染治理問題為企業(yè)被動治理變?yōu)橹鲃訙p排，確保錳加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為建設(shè)依托企業(yè)與環(huán)境為友好型企業(yè)打下基礎(chǔ)。依托企業(yè)作為專業(yè)的錳產(chǎn)品加工及綜合利用企業(yè)，深入貫徹落實(shí)全區(qū)工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大會精神以及《廣西冶金產(chǎn)業(yè)二次創(chuàng)業(yè)實(shí)施方案（2017—2025年）》總體發(fā)展思路，不但對依托企業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，同時，對推動我區(qū)錳加工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)錳加工產(chǎn)業(yè)固廢資源的有效利用，智能化電解錳工藝應(yīng)用能夠助力廣西壯族自治區(qū)錳加工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，其示范作用將極大地推動錳深加工行業(yè)綠色安全生產(chǎn)，筑牢廣西錳產(chǎn)品行業(yè)獨(dú)有的優(yōu)勢地位，提高錳產(chǎn)業(yè)整體競爭力，具有重要的意義。

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Application Research on Intelligent Transformation of Electrolytic Manganese Enterprises

With the advent of the information age, many manufacturing industries have entered the ranks of intelligent transformation and upgrading to solve the problems of high material consumption, high energy consumption, and high pollution that occur in the industry, and are developing towards a green and sustainable direction. In response to the problem of Guangxi's characteristic resource manganese processing industry, Jingxi Daxinan Manganese Industry Co., Ltd. has carried out intelligent technological transformation of electrolytic manganese, taking the lead in achieving intelligent production, significantly reducing costs such as manpower and energy consumption, and significantly improving the economic benefits of the enterprise. This has important reference significance for the intelligent transformation and upgrading of the electrolytic manganese industry.

electrolytic manganese; intelligence; manufacturing industry; carbon peaking and carbon neutrality goals

X78

A

1008-1151(2023)07-0026-04

2023-03-16

蔣?。?972－），男，廣西大錳錳業(yè)集團(tuán)有限公司助理經(jīng)濟(jì)師，從事海外礦山管理、生產(chǎn)技術(shù)等工作。

唐庚飛（1980－）男，靖西市大西南錳業(yè)有限公司高級工程師，從事錳冶煉、錳渣處理及智能化改造技術(shù)等工作。