弘盛銅業(yè)智能化工廠建設(shè)路徑分析

駱祎｜文

本文以陽新弘盛銅業(yè)有限公司400kt/a 高純陰極銅生產(chǎn)新建項目為例進行分析，闡述該智能工廠建設(shè)過程。從實施經(jīng)驗分析了在智能工廠項目建設(shè)中的關(guān)鍵點，以期對國內(nèi)其他企業(yè)智能工廠的建設(shè)提供有價值的參考借鑒意義。

陽新弘盛銅業(yè)有限公司（以下簡稱“弘盛銅業(yè)”）400kt/a高純陰極銅生產(chǎn)新建項目是中國有色礦業(yè)集團有限公司（以下簡稱“中國有色集團”）積極響應黨中央號召，落實習近平總書記支持湖北省疫后重振的重點項目，是央企和地方政府合作的典范工程，是中國有色集團實施“1+4”發(fā)展戰(zhàn)略、踐行黨的二十大精神的獻禮工程，是中色大冶有色金屬集團控股有限公司實現(xiàn)綠色高質(zhì)量發(fā)展的壓艙石項目。

建設(shè)目標

中國有色集團中色大冶弘盛銅業(yè)40 萬噸高純陰極銅清潔生產(chǎn)項目圍繞《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》和《中國制造2025》加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展需求，同時貫徹落實國務院國資委《關(guān)于加快推進國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》的要求，參照《有色金屬行業(yè)智能冶煉工廠的建設(shè)指南》，以建成“綠色、智能、效益的標桿工廠”的工作要求為目標，打造出全要素、全流程的智能化銅冶煉工廠。實現(xiàn)了生產(chǎn)運營信息數(shù)字化、業(yè)務管理可視化、價值挖掘持續(xù)化。

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)方面，按照智能工廠建設(shè)指南進行整體架構(gòu)設(shè)計，搭建企業(yè)私有云及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，承載生產(chǎn)管理、業(yè)務管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加工等諸多模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和應用，為智能應用提供實時監(jiān)控、遠程控制、智能決策等功能，進而提高生產(chǎn)效率、降低成本，并推動工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

整合企業(yè)內(nèi)部業(yè)務流、信息流，以市場為導向、以成本控制為核心，加強產(chǎn)品工藝的改造和創(chuàng)新，建立面向生產(chǎn)流程、管理流程的智能化業(yè)務管理平臺，實現(xiàn)全流程數(shù)字化支撐下的協(xié)同優(yōu)、管理優(yōu)與決策優(yōu)，不斷推動生產(chǎn)管理的優(yōu)化提升，持續(xù)創(chuàng)造價值。

總體架構(gòu)

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)面向弘盛銅業(yè)全流程（火冶、制酸、電解、渣選以及公輔能源）管控系統(tǒng)，對下連接生產(chǎn)車間基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)、智能傳感設(shè)備、智能裝備等，對上支撐包括生產(chǎn)管控系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、環(huán)保管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)等在內(nèi)的區(qū)域工序及全廠級生產(chǎn)管控應用，對外對接集團財務系統(tǒng)、物料倉儲管理、EBS主數(shù)據(jù)等集團已有信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠生產(chǎn)的數(shù)字化精益管理，不斷為工廠的生產(chǎn)經(jīng)營創(chuàng)造價值。

建設(shè)路徑

企業(yè)內(nèi)部需求挖掘。在整個項目實施及整體架構(gòu)設(shè)計之前，需要精準掌握工廠生產(chǎn)運營中的難點、痛點、瓶頸，在銅行業(yè)及企業(yè)內(nèi)部挖掘調(diào)研的同時，弘盛銅業(yè)還充分了解各行業(yè)智能工廠建設(shè)、智能場景運用的經(jīng)驗與成效，分期展開3個階段的需求分析梳理工作，對銅冶煉工廠全流程的工藝控制優(yōu)化、生產(chǎn)流程再造、管理流程再造，最終形成涵蓋生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、工業(yè)大腦、業(yè)財一體化、智能決策等13個軟件模塊的初步需求技術(shù)文件。

頂層設(shè)計與項目策劃。智能工廠建設(shè)過程中非?？简烆I(lǐng)導層意志力，需要不斷統(tǒng)一參建各方及各管理層級的思想，整體設(shè)計不只是把線下工作簡單搬到線上，除了將生產(chǎn)經(jīng)營管理的理念融入各智能應用系統(tǒng)中，還應進行數(shù)據(jù)的深度挖掘和不同場景的數(shù)據(jù)分析。弘盛銅業(yè)智能工廠經(jīng)過多方論證與實踐探索，形成“天上一朵云、空中一張網(wǎng)、地上一平臺”的總體架構(gòu)，集成15套智能裝備系統(tǒng)、7個覆蓋全工藝流程的工業(yè)大腦，15個智能應用管理模塊，128個智能應用場景實例，為有色行業(yè)的智能工廠建設(shè)趟出了一種新模式。

數(shù)據(jù)標準規(guī)范。弘盛銅業(yè)的數(shù)據(jù)涉及營銷數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)、財務數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)及安全、環(huán)保、質(zhì)量等專業(yè)管理類數(shù)據(jù)。因為數(shù)據(jù)來源存在不一致、不完整、標準不統(tǒng)一等問題，所以必須建立數(shù)據(jù)規(guī)范、業(yè)務流程完整確保數(shù)據(jù)能夠被準確地采集、存儲、管理、共享和使用，從而支持組織的決策和業(yè)務需求。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺及企業(yè)私有云建設(shè)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺基于私有云架構(gòu)建設(shè),面向弘盛銅業(yè)全流程生產(chǎn)管控系統(tǒng)，對下連接生產(chǎn)車間基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)以及智能傳感設(shè)備等，對上支撐包括綜合調(diào)度管理、工藝和調(diào)度優(yōu)化管理、智能決策、生產(chǎn)技術(shù)管理等在內(nèi)的區(qū)域工序及全廠級生產(chǎn)管控應用。包括業(yè)務工作臺、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)加工、主數(shù)據(jù)管理等模塊。

綜合通信系統(tǒng)建設(shè)。包括數(shù)據(jù)中心、基礎(chǔ)融合網(wǎng)絡、網(wǎng)絡及信息安全等方面的建設(shè)。通過DCS控制網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)、工業(yè)電視及安防網(wǎng)、企業(yè)辦公網(wǎng)、無線網(wǎng)、融合通信網(wǎng)、智能化業(yè)務網(wǎng)、5G專網(wǎng)等九網(wǎng)融合，實現(xiàn)全廠1 800余臺套自動化設(shè)備及10萬個智能感知點數(shù)據(jù)信息互聯(lián)互通，建設(shè)成以智能化業(yè)務網(wǎng)為核心的數(shù)據(jù)信息互聯(lián)共享網(wǎng)絡。

“智慧中心-集控大廳”建設(shè)。在4 600平方米的智慧中心內(nèi)，以工藝流程為脈絡，全廠6個生產(chǎn)片區(qū)及安全、環(huán)保、設(shè)備、能源、技術(shù)5個部門集中進行生產(chǎn)經(jīng)營活動。秉承集中控制的現(xiàn)代化智能工廠理念，將全廠生產(chǎn)控制、生產(chǎn)管理、安防管理、智能化應用管理等功能集中于集控大廳，搭建一個全廠綜合信息展示平臺，促使工廠生產(chǎn)管理精細化、工藝執(zhí)行標準化，全流程、多工序的集成優(yōu)化和協(xié)同運作，生產(chǎn)運營效率得到逐步提高。

智能應用。構(gòu)建面向全廠生產(chǎn)經(jīng)營的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，開發(fā)部署15套智能應用和智能決策系統(tǒng)。實現(xiàn)業(yè)務上線率達90%，管理數(shù)據(jù)可視化達95%，業(yè)務分析模型可視化達95%，數(shù)學模型可視化達100%。實現(xiàn)了生產(chǎn)運營信息數(shù)字化、業(yè)務管理可視化、價值挖掘持續(xù)化。

工業(yè)大腦。工業(yè)大腦是弘盛銅業(yè)的核心創(chuàng)新，針對全流程生產(chǎn)核心工藝特點，通過機理模型、機器學習算法對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行訓練，融合銅冶煉工業(yè)知識和人工智能技術(shù)，不斷優(yōu)化關(guān)鍵工藝參數(shù)，形成適用于弘盛銅業(yè)的工業(yè)軟件集群，并為同行業(yè)智能工廠發(fā)展提供產(chǎn)業(yè)示范。該系統(tǒng)包含智能配料優(yōu)化、雙閃先進控制、陽極精煉優(yōu)化、電解優(yōu)化、制酸優(yōu)化、智能渣緩冷場、渣選優(yōu)化控制共7個子系統(tǒng)。

智能裝備。創(chuàng)新引領(lǐng)，主導研發(fā)智能精礦庫系統(tǒng)、陽極板智能倉儲及轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、電解專用智能行車、電解槽智能管控系統(tǒng)、智能陰極剝片機組、智能銅庫系統(tǒng)、殘極自動轉(zhuǎn)運加料系統(tǒng)、硫酸自動灌酸銷售系統(tǒng)、磨礦分級智能控制系統(tǒng)、渣緩冷智能控制系統(tǒng)、渣場無人駕駛系統(tǒng)、電子地圖RTK差分定位系統(tǒng)、智能立體備件庫、智能變配電系統(tǒng)、智能取制樣分析化驗系統(tǒng)等十五套智能裝備，其中，12套在同行業(yè)中是首次應用，通過建設(shè)智慧物流、智能倉儲、數(shù)據(jù)追溯、生產(chǎn)質(zhì)量管控等智能管控體系，實現(xiàn)生產(chǎn)全流程的自動化、智能化、標準化。

數(shù)據(jù)的挖掘和應用。以大數(shù)據(jù)存儲和計算引擎為底座，部署一站式大數(shù)據(jù)開發(fā)平臺，針對在生產(chǎn)經(jīng)營過程中產(chǎn)生的大量時序數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行加工處理，迎合不同崗位不同場景建立不同主題集，形成弘盛銅業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)地圖，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)靈活組合利用，是企業(yè)大數(shù)據(jù)價值創(chuàng)造的關(guān)鍵，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要支撐。

實施成效

打通流程用時最短。該項目于2022年10月23日開始熔煉爐投料，耗時15天儲備吹煉爐所需的近1萬噸冰銅；11月9日吹煉爐正式開爐，11月11日開始陽極板澆鑄，11 月18 日電解槽正式通電運行，11月25日產(chǎn)出第一批陰極銅。僅33天打通全系統(tǒng)流程。

產(chǎn)能負荷提升最快。2022 年10 月23 日投料試生產(chǎn)以來，3 個月內(nèi)系統(tǒng)開風時率就達到95%以上，產(chǎn)能負荷達到90%，并實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)品產(chǎn)量和主要經(jīng)濟技術(shù)指標達到預期效果。

同比產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)。項目投料試生產(chǎn)以來，主產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定達標。陰極銅品位達到99.9978%，分別高于標準銅品位（99.9935%）、行業(yè)先進水平品位（99.9965%）的43ppm、13ppm。

綠色發(fā)展成色最足。通過環(huán)保管理網(wǎng)絡預警平臺，對各類環(huán)保指標進行實時監(jiān)控，提前預警、精準判斷。弘盛銅業(yè)各項環(huán)保指標達標率100%，遠低于排放限值要求，實現(xiàn)了冶煉人多年的夢想。

實施經(jīng)驗

結(jié)合弘盛銅業(yè)智能工廠項目建設(shè)實踐的經(jīng)驗和教訓，提出以下幾點建議，以供業(yè)界參考：一是技術(shù)選型問題。建設(shè)智能工廠時，需要根據(jù)企業(yè)實際情況和生產(chǎn)需求選擇合適的技術(shù)方案，避免盲目跟風和技術(shù)過度。二是數(shù)據(jù)安全問題。智能工廠建設(shè)會涉及大量的數(shù)據(jù)采集和處理，需要加強對數(shù)據(jù)的保護和管理，防止數(shù)據(jù)泄露和被惡意利用。三是人才培養(yǎng)問題。智能工廠建設(shè)需要具備相關(guān)技術(shù)和管理人才，需要注重人才培養(yǎng)和引進，并且要建立完善的人才梯隊體系。四是標準化問題，智能工廠建設(shè)中需要遵循相關(guān)標準和規(guī)范，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。