文/胡子豪 王萬軍 徐 勇 申 遠(yuǎn)(.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司金冠銅業(yè)分公司；2.合肥金星機(jī)電科技發(fā)展有限公司；3.安徽省工業(yè)燃燒監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室）

一、國(guó)內(nèi)外有色行業(yè)智能化信息系統(tǒng)研究概況

隨著工業(yè)4.0 和《中國(guó)制造2025》計(jì)劃的實(shí)施，國(guó)內(nèi)外有色行業(yè)不斷加大智能車間、智能工廠的建設(shè)，著力在企業(yè)信息化智能化方面進(jìn)行研究。國(guó)外許多電氣自動(dòng)化控制公司開發(fā)了過程智能和過程優(yōu)化軟件包，如SIEMENS和ABB公司都集成了相應(yīng)的優(yōu)化控制軟件；國(guó)外一些科研機(jī)構(gòu)也紛紛研發(fā)針對(duì)現(xiàn)代工業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，比較成熟的產(chǎn)品有IBM公司的Maximo、COPICS系統(tǒng)，瑞典的以C/S結(jié)構(gòu)為主的IFS 系統(tǒng)，美國(guó)的以B/S 結(jié)構(gòu)為主的INFOREAM系統(tǒng)和法國(guó)的COSWINEAM系統(tǒng)等。以上這些研究和產(chǎn)品有些適用于部分流程工業(yè)，對(duì)于有色行業(yè)適用度不高，有些是模塊化的產(chǎn)品，不利于企業(yè)的集成和管理，對(duì)國(guó)內(nèi)的有色行業(yè)存在“水土不服”的情況，對(duì)全生產(chǎn)過程的智能化綜合管理也沒有進(jìn)行很好的融合與集成。

工信部發(fā)布《有色金屬工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》后，大量有色行業(yè)智能化項(xiàng)目啟動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外新一輪的工藝、設(shè)備及管理項(xiàng)目的重心集中于新技術(shù)、新管理方法、高效率和低成本的應(yīng)用。如上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，通過人工智能方法，對(duì)現(xiàn)有人工生產(chǎn)裝備進(jìn)行智能化改造，從根本上解決炭素與焦化生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制、污染問題及智能化產(chǎn)業(yè)升級(jí)；長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司為有色行業(yè)的智能制造發(fā)展提供了大量的技術(shù)參考；美國(guó)的辛辛那提大學(xué)機(jī)械工程系團(tuán)隊(duì)對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行了調(diào)研和總結(jié)。但這些與真正的有色行業(yè)信息化與智能化方面還有一定的差距，在信息化方面，存在數(shù)據(jù)滯后、時(shí)效性差、數(shù)據(jù)來源單一等問題，不能為企業(yè)管理與調(diào)度人員及時(shí)、準(zhǔn)確地提供生產(chǎn)決策依據(jù)；在智能化方面，大多仍采用“半自動(dòng)化”操作模式，很難實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的優(yōu)化操作運(yùn)行和精細(xì)化管理，必然帶來生產(chǎn)運(yùn)行不穩(wěn)定、能耗高、熱效率低、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量波動(dòng)大等諸多問題。本文針對(duì)銅冶煉企業(yè)電解車間智能化建設(shè)展開全方位的研究探索工作，重點(diǎn)從智能綜合信息化管理平臺(tái)入手，結(jié)合無線工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、3D數(shù)字化車間、大數(shù)據(jù)管理駕駛艙，全面推進(jìn)智能電解車間的建設(shè)工作。

二、平臺(tái)構(gòu)建形式及總體模塊設(shè)計(jì)

電解車間智能信息化管理平臺(tái)以生產(chǎn)過程智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警、信息化智能管理為核心與載體，深度融合生產(chǎn)管理信息與生產(chǎn)實(shí)時(shí)過程信息，通過生產(chǎn)過程的可視化管理與生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、挖掘與分析，有效提升生產(chǎn)運(yùn)行水平和決策水平。同時(shí)通過建立體系化的運(yùn)營(yíng)策略，提高生產(chǎn)可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，建立高效可靠的智能制造模式，平臺(tái)的構(gòu)建形式如圖1 所示。

圖1 電解車間智能信息化管理平臺(tái)構(gòu)建形式

為全面提高車間信息化管理水平和管理效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程、質(zhì)量、成本、能效、環(huán)保、績(jī)效等的監(jiān)測(cè)、分析和可視化管理，設(shè)計(jì)如圖2 所示的電解車間智能化綜合管理平臺(tái)。在整合電解車間原有的DCS控制系統(tǒng)、PI 數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)剝片等系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成已研發(fā)的短路檢測(cè)、自動(dòng)灑水等系統(tǒng)，融合能耗管理數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、績(jī)效數(shù)據(jù)，構(gòu)建包含車間全景3D 數(shù)字可視化、生產(chǎn)管理駕駛艙、全車間智能檢測(cè)及巡檢、設(shè)備管理、工藝過程可視化監(jiān)測(cè)、績(jī)效管理、成本質(zhì)量管理、安全環(huán)保管理的綜合智能化管理平臺(tái)。

圖2 電解車間智能信息化管理平臺(tái)總體模塊設(shè)計(jì)

三、平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

電解車間智能信息化綜合管理平臺(tái)總體設(shè)計(jì)為智能感知層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和智能應(yīng)用層三層構(gòu)架，如圖3 所示。智能感知層負(fù)責(zé)為平臺(tái)獲取基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)服務(wù)層負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸集、融合和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以及用戶管理數(shù)據(jù)，為上層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和通信接口；智能應(yīng)用層可以廣泛拓展功能模塊，設(shè)計(jì)包括車間智能信息化綜合管理系統(tǒng)、車間管理駕駛艙、3D 虛擬仿真系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用。

圖3 電解車間智能信息化綜合管理平臺(tái)技術(shù)構(gòu)架

1.智能感知層

智能感知層能夠接入電解槽短路檢測(cè)系統(tǒng)的視頻、檢測(cè)、巡檢記錄等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與車間極板短路檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)無縫對(duì)接，支持接入能耗傳感數(shù)據(jù)或能管系統(tǒng)數(shù)據(jù)。支持接入車間的生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)，包括機(jī)組和桁車數(shù)據(jù)、電解車間DCS（集散控制系統(tǒng)）數(shù)據(jù)和凈液系統(tǒng)數(shù)據(jù)。逐步實(shí)現(xiàn)車間無紙化辦公，支持人工錄入、批量導(dǎo)入外部數(shù)據(jù)，對(duì)接車間現(xiàn)有的ERP 系統(tǒng)。同時(shí)提供其他信息化系統(tǒng)接入的標(biāo)準(zhǔn)化接口，實(shí)現(xiàn)車間數(shù)據(jù)全貫通。

2.數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層獲取數(shù)據(jù)源層的全部數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)歸集、融合和存儲(chǔ)，主要分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)共同作為前端網(wǎng)站的數(shù)據(jù)后臺(tái)，由搭建的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存與備份，并在內(nèi)存中實(shí)時(shí)保存最新上傳數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)還要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，為應(yīng)用層的展示以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.智能應(yīng)用層

智能應(yīng)用層主要是Web 端軟件和移動(dòng)應(yīng)用軟件（APP），同時(shí)配備一個(gè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析引擎進(jìn)行報(bào)表生成、數(shù)據(jù)分析等工作。通過數(shù)據(jù)的匯總、統(tǒng)計(jì)，形成有效的展示和管理平臺(tái)，最終為車間管理者進(jìn)行決策指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)車間智能化管理。智能應(yīng)用層中的統(tǒng)計(jì)功能強(qiáng)大，支持多維度方式統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)表格可穿透，有利于數(shù)據(jù)溯源，可作為車間信息化管理的強(qiáng)力數(shù)據(jù)抓手。

四、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1.多源異構(gòu)數(shù)據(jù)中心

面向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決不同數(shù)據(jù)源的互聯(lián)互通問題，實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)化智慧運(yùn)營(yíng)，如圖4 所示。

圖4 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)中心

2.全車間3D 數(shù)字可視化模塊

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間全景3D 數(shù)字可視化，同時(shí)關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)，對(duì)主要設(shè)備和工藝段實(shí)現(xiàn)精細(xì)化3D實(shí)時(shí)狀態(tài)展示和智能監(jiān)測(cè)。

3.分級(jí)多角色綜合展示及智能信息化管理系統(tǒng)

開發(fā)具有較強(qiáng)柔性化的綜合展示及交互系統(tǒng)，面向不同的應(yīng)用角色提供最佳的人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)全局和分模塊業(yè)務(wù)分析及交互，主要包括車間生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、成本管理、能源管理、質(zhì)量管理、安全管理、環(huán)保5S、績(jī)效管理、組織管理和資產(chǎn)管理等模塊；同時(shí)包含三維車間和管理駕駛艙。

4.組態(tài)化生產(chǎn)管理駕駛艙系統(tǒng)

開發(fā)具有組態(tài)化的生產(chǎn)管理駕駛艙（大屏系統(tǒng)），滿足單屏或多屏拼接式超高分辨率的數(shù)據(jù)展示，幫助企業(yè)構(gòu)建全局的數(shù)據(jù)可視化大屏，如圖5 所示。

圖5 電解車間管理駕駛艙

五、結(jié)語

本文研究的銅冶煉行業(yè)電解車間智能信息化綜合管理平臺(tái)，是基于先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)架理念設(shè)計(jì)的符合當(dāng)前銅冶煉行業(yè)電解車間需求的綜合管理平臺(tái)。其在充分研究車間生產(chǎn)管理的流程和機(jī)制的基礎(chǔ)上，面向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)平臺(tái)，解決不同數(shù)據(jù)源的互聯(lián)互通問題；基于VR 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車間全景3D 數(shù)字可視化及虛擬仿真；設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)柔性化的綜合展示及交互系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間各業(yè)務(wù)模塊；研究具有組態(tài)化的生產(chǎn)管理駕駛艙，構(gòu)建全局的數(shù)據(jù)可視化大屏；該平臺(tái)在智能電解車間的建設(shè)中進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了較好的實(shí)用效果。