熊 偉

(長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

選礦是我國的傳統(tǒng)流程工業(yè)，是整個礦產(chǎn)品生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)。在我國礦產(chǎn)資源日益匱乏，入選礦石性質(zhì)趨向貧細雜情況日益突出的現(xiàn)狀下，選礦工藝流程也愈加復雜，流程長且使用藥劑種類多、耗量大，選礦工作環(huán)境惡劣且勞動強度大，對人員經(jīng)驗、素質(zhì)要求高。而國家對環(huán)境保護要求日益嚴格，三廢排放標準提高，對選礦工藝生產(chǎn)提出了更高的要求。隨著現(xiàn)代工業(yè)化、信息化的迅速發(fā)展，國家工業(yè)制造的發(fā)展不斷升級，對智能化要求也隨之提高，選廠智能化建設(shè)在不少的新建選廠中被提上日程，智能化技改需求也逐步增加。選礦廠生產(chǎn)管理模式也產(chǎn)生了巨大變化，對生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)智能化的要求越來越高，追求替代人工操作的設(shè)備或控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)管理信息化的需求也越來越迫切。

隨著新一代的信息技術(shù)“互聯(lián)網(wǎng)+” 時代的來臨，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算的大潮已經(jīng)來襲，世界各國跟隨著新一代信息技術(shù)帶動智慧選廠體系的不斷發(fā)展，為礦企提供了嶄新的可持續(xù)發(fā)展契機。

在國家“十三五”規(guī)劃、“中國制造2025”的戰(zhàn)略要求下，各個領(lǐng)域都在借助新一代信息技術(shù)尋求機遇，礦山應在這機遇中實現(xiàn)選礦智能化，達到穩(wěn)定選礦生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率，降低消耗及生產(chǎn)成本、提高選礦生產(chǎn)指標的重要目標，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)選礦自動化、信息化、智能化。

1 智能選廠

智能選廠的定義目前并無統(tǒng)一的解釋，但其建設(shè)目標及出發(fā)點可歸納為以下幾點：

(1)實現(xiàn)生產(chǎn)信息感知。對生產(chǎn)中的實時工藝、設(shè)備數(shù)據(jù)及運行狀態(tài)信息進行采集。

(2)實現(xiàn)信息實時分析。對采集的數(shù)據(jù)和信息進行快速、精準的加工與處理。

(3)系統(tǒng)自主決策。系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果和設(shè)定的規(guī)則目標自動做出判斷和選擇。

(4)精準執(zhí)行。對工藝生產(chǎn)、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)計劃做出精準控制和快速調(diào)整，使生產(chǎn)穩(wěn)定在設(shè)定值的一定范圍內(nèi)。

智能選廠建設(shè)依托工業(yè)化技術(shù)(高速無線網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng))、信息化技術(shù)(大數(shù)據(jù)、云計算)，實現(xiàn)基礎(chǔ)信息數(shù)字化、管理控制一體化、決策處理集成化，解決選礦生產(chǎn)過程中的資源、經(jīng)濟、安環(huán)問題，實現(xiàn)高效運營、智能管控、綠色生產(chǎn)。智能選廠典型架構(gòu)見圖1。

圖1 智能選廠架構(gòu)圖

(1)通過精準數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡傳輸、整合分析、可視化展示、自動化操作和智能化服務，實現(xiàn)對選礦安全、生產(chǎn)、調(diào)度、監(jiān)測監(jiān)控、設(shè)備故障報警等的智能響應。

(2)向礦山各級人員提供全方位的基于智慧化的信息服務，并且在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)公司層管理與集團層管理、指導相互銜接。

(3)生產(chǎn)無人值守，提高生產(chǎn)及管理效率，使得經(jīng)濟效益最大化。

(4)實現(xiàn)選礦廠生產(chǎn)全生命周期的智能化服務，依據(jù)市場需求與產(chǎn)品價格智能排產(chǎn)。

2 選廠智能化建設(shè)

選廠智能化建設(shè)主要從以下幾個層面和步驟進行：

(1)數(shù)據(jù)中心。智能化的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)，從生產(chǎn)、基礎(chǔ)自動化、巡檢、試化驗、能源、安環(huán)、銷售等系統(tǒng)中采集、獲取數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲于數(shù)據(jù)中心。

(2)智能操作。智能操作的核心是利用數(shù)據(jù)輔助生產(chǎn)，從而優(yōu)化生產(chǎn)操作，穩(wěn)定生產(chǎn)指標。針對選廠工藝流程特點，應用專家系統(tǒng)實現(xiàn)全流程智能控制，其設(shè)計關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)整個工藝過程的智能控制與優(yōu)化平衡。一般將整個系統(tǒng)分解為幾個閉環(huán)子系統(tǒng)如：球磨分級閉環(huán)子系統(tǒng)，浮選閉環(huán)子系統(tǒng)。系統(tǒng)在實施控制時，保證每個子系統(tǒng)的正常運行，把好每個子系統(tǒng)工藝參數(shù)關(guān)(控制參數(shù)和指標參數(shù))，整個大系統(tǒng)平衡就會在此基礎(chǔ)上建立起來。此外，對生產(chǎn)設(shè)備進行預測性維護，保證生產(chǎn)穩(wěn)定，杜絕非正常停機，對選廠生產(chǎn)進行遠程運維，減少人工勞動強度，增加生產(chǎn)監(jiān)控嚴密性，有利于及時解決發(fā)現(xiàn)的問題。

(3)智能生產(chǎn)。根據(jù)選廠原礦性質(zhì)實現(xiàn)對選礦工藝流程、工藝指標、生產(chǎn)操作等流程及指標參數(shù)的智能設(shè)定，形成選礦生產(chǎn)智能大閉環(huán)，通過數(shù)據(jù)引導生產(chǎn)實現(xiàn)全流程工藝智能、指標最優(yōu)。

(4)智慧經(jīng)營。從選廠的智慧經(jīng)營可上升至集團層面，實現(xiàn)集團內(nèi)數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)移動操控、遠程監(jiān)控、遠程診斷與服務、智能決策，增強一級調(diào)度和一級控制，延展集團對礦企的統(tǒng)一集中管理的廣度和深度。①建立集團級的綜合管理信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)對各礦山采礦、選礦、安全、環(huán)保、設(shè)備維修等生產(chǎn)管理的信息化管理； ②建立集團級的智能化系統(tǒng)，對各礦山的數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析等，實現(xiàn)集團級的經(jīng)營管理和決策分析。

3 選廠全生命周期管理

選廠全生命周期包括了從選廠從可行性研究、初步設(shè)計、設(shè)備選型、采購、安裝、運營、維護到最后選廠服務年限終止的全過程。選廠的生命周期可以劃分為5個階段：可行性研究階段；設(shè)計/選型階段；建設(shè)實施階段；運營/維護期；跟蹤/評估期。全生命周期管理立足于這五個階段進行系統(tǒng)管理，從而實現(xiàn)科學決策，防止資金浪費，及時糾正項目建設(shè)、運行中存在的問題，對促進選廠生產(chǎn)建設(shè)提高經(jīng)濟效益，總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗都具有十分重要的意義。

3.1 管理體系

全生命周期管理主要分為三條主線，從選礦工藝、選礦廠設(shè)計、各配套系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)運維設(shè)計的設(shè)計服務；從自動化、優(yōu)化控制、信息系統(tǒng)、智能運營到大數(shù)據(jù)分析的工程實施與生產(chǎn)運維；以及從采購、倉儲到智慧營銷的經(jīng)營決策。管理體系見圖2。

圖2 全生命周期管理體系圖

目前選廠全生命周期管理暫未形成成熟體系且缺乏完整應用，存在著諸多問題，主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)工程管理脫節(jié)。前三個階段的選廠工程項目一般采用統(tǒng)一領(lǐng)導、分級管理的形式，此管理形式缺乏縱向信息溝通，建設(shè)好的選廠由于各種原因不適用于生產(chǎn)實際，或不能按預期投產(chǎn)或生產(chǎn)運營效率低下，導致資金嚴重浪費。

(2)設(shè)備管理體系不完善。設(shè)備全生命周期管理作為選廠的核心運營管理，決定了設(shè)備的可用性、安全性、生產(chǎn)力和性能。設(shè)備資產(chǎn)考核和屬性管理的缺失，影響資源優(yōu)化配置、設(shè)備使用效果，降低生產(chǎn)效率。

(3)數(shù)據(jù)信息不齊備。沒有從源頭設(shè)計，很多原始數(shù)據(jù)丟失，交接過程中數(shù)據(jù)腐蝕；服務脫節(jié)，各階段的服務提供不到位。選廠管理不夠規(guī)范，人工錄入內(nèi)容相對較多，工作量大，及時性不夠，精確度難以保證。

3.2 管理架構(gòu)

選廠全生命周期管理分為五個層級：技術(shù)平臺、生產(chǎn)過程控制平臺、生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)執(zhí)行、經(jīng)營管理，各自包含內(nèi)容如下圖所示。通過完善建設(shè)各平臺、監(jiān)控和執(zhí)行系統(tǒng)可促使選廠全生命周期管理更加健全、高效、智能。

圖3 全生命周期管理架構(gòu)圖

3.3 管理要素

資源、經(jīng)濟、安環(huán)是選廠全生命周期管理的三大要素。資源是選廠生產(chǎn)之本，原礦的礦石性質(zhì)直接影響生產(chǎn)流程和最終產(chǎn)品指標，而精礦產(chǎn)品的品位和回收率決定了產(chǎn)品銷售價格，尾礦的品位、含水率、產(chǎn)量等則影響堆存方式，如何最大限度合理回收資源中的有價元素，提高資源綜合利用率是需要重點關(guān)注的問題。經(jīng)濟管理主要從市場價格、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)運維、備品備件出發(fā)，以市場為導向預測產(chǎn)品價格，實行智能排產(chǎn)，提升設(shè)備運轉(zhuǎn)率、生產(chǎn)智能化程度，降低生產(chǎn)能耗材耗，提升產(chǎn)品指標，精簡組織及人員，實行高效運維。安全環(huán)保對選廠生產(chǎn)意義非凡，選礦生產(chǎn)必須在安全、環(huán)保的前提下進行，選用安全、環(huán)保系數(shù)高的工藝流程、生產(chǎn)設(shè)備、選礦藥劑，制定嚴格的安全環(huán)保制度規(guī)范，確保生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定。

4 發(fā)展方向

智能選廠的終極目標是為了實現(xiàn)資源生產(chǎn)真正安全、高效、經(jīng)濟、環(huán)保開發(fā)利用。選廠智能化及全生命周期管理發(fā)展大致分為以下幾個階段，各階段相輔相成、形成功能完備的統(tǒng)一整體。

(1)數(shù)字化，將各設(shè)備、檢測儀器儀表、系統(tǒng)的運行狀態(tài)及檢測數(shù)據(jù)信息進行自動采集，主要是實現(xiàn)信息采集、存儲自動化，逐步形成選礦大數(shù)據(jù)并作為智能選廠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，持續(xù)挖掘數(shù)據(jù)價值。

(2)一體化，從選廠設(shè)計到實施、生產(chǎn)、運營整體過程伊始就應用一體化管理。首先，應用一體化設(shè)計使用工程設(shè)計系統(tǒng)和自控系統(tǒng)，使兩者可以進行數(shù)據(jù)交換，保持設(shè)計數(shù)據(jù)的一致；其次，進行一體化工程建設(shè)，確保實施過程中同一數(shù)據(jù)模型在選廠全生命周期內(nèi)的一致性，建設(shè)數(shù)字化工廠；最后，實行一體化運維，實現(xiàn)基于選廠生產(chǎn)、工藝及業(yè)務數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析的預測性運營維護。

(3)虛擬化，虛擬仿真技術(shù)應用于選廠是實體礦山通過三維建模、各層級傳感器動態(tài)感知和運行歷史記錄等時空動態(tài)數(shù)據(jù)以及業(yè)務流程的虛擬仿真過程在數(shù)字虛擬空間的映射，它忠實地反映了礦山業(yè)務全生命周期發(fā)展過程?，F(xiàn)實選廠作為生產(chǎn)載體，經(jīng)歷了選廠業(yè)務全生命周期發(fā)展過程。虛擬選廠可為現(xiàn)實選廠提供依據(jù)和參照，提高生產(chǎn)效率。

(4)智能化：依靠生產(chǎn)設(shè)備自動化、動力設(shè)備智能化、過程儀表智能化等硬件智能，以及數(shù)字化設(shè)計工具等軟件智能，達到選礦裝備智能化；應用智能專家控制系統(tǒng)、先進算法、工藝模擬仿真，達到選礦工藝智能化；實現(xiàn)遠程遙控操作和智能化選礦生產(chǎn)。通過選廠大數(shù)據(jù)對資產(chǎn)運行狀況的跟蹤與評價，進行合理的維修與保養(yǎng)計劃，實現(xiàn)選廠運維智能化。依靠生產(chǎn)信息化技術(shù)，為選廠管理提供決策依據(jù)，提高決策水平和效率，實現(xiàn)管理決策智能化。

5 結(jié)語

智能選廠是為了提升產(chǎn)品競爭力與質(zhì)量，其建設(shè)不能一蹴而就，需要長期的努力與變革，其根本是運營模式的變化，而數(shù)字化是智能選廠的基礎(chǔ)與核心。

目前，智能化建設(shè)和全生命周期管理急需解決以下問題：

(1)意識問題，以追求經(jīng)濟效益為首，觀念不夠科學，過分注重眼前得失忽視長遠效益，使用的工藝和裝備不夠先進，消耗人力，維護工作量大，對環(huán)境也造成負擔。

(2)新建選廠項目啟動之初就不具備科學系統(tǒng)的規(guī)劃，未利用科學的理念、先進的技術(shù)實現(xiàn)資源的高效利用，最大程度減少對生態(tài)環(huán)境的影響。

(3)檢測控制技術(shù)是實現(xiàn)選廠智能化及全生命周期管理的基礎(chǔ)，如若基礎(chǔ)檢測控制達不到精度要求，后續(xù)技術(shù)及整體系統(tǒng)自然無法達到預期效果。目前我國高質(zhì)量工控軟件和儀器儀表主要依靠進口，因此，必須從國家層面重視工控軟件、先進測控儀器儀表的研發(fā)。

礦業(yè)發(fā)展的終極目標當是既能滿足人類對礦產(chǎn)資源的需求，也能適應生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的承載能力，不斷提升自動化、信息化、智能化水平，達到可持續(xù)發(fā)展的目標。在此過程中選廠智能化建設(shè)和全生命周期管理是發(fā)展的必然趨勢，不僅能夠為企業(yè)信息化建設(shè)和企業(yè)發(fā)展提供各種智能化的服務，也能使企業(yè)更加協(xié)調(diào)地發(fā)展。相信隨著政府、相關(guān)管理部門和礦山企業(yè)對智能化建設(shè)和全生命周期管理的重視程度不斷提升，一定能夠?qū)崿F(xiàn)選廠安全生產(chǎn)、提高選礦生產(chǎn)效率，促使智能選廠更快發(fā)展，從而進一步走向綠色和智能選廠。