典型有色金屬冶煉企業智能建設近況與標準化工作對策

林若虛｜文

目前我國有色金屬冶煉行業智能建設的推進步伐較為緩慢，為了有效指導有色金屬冶煉行業智能建設，急需出臺相關建設標準作為指導。在標準的編制過程中需切實以目前國內冶煉企業的智能化進程為依據，發揮典型企業的引領作用，并正確引導企業充分認識標準化工作在智能化建設和智能化建設標準編寫過程中的重要性。

隨著目前全球科技的高度發展和進步，新一輪的科技革命和產業變革正在加緊孕育興起，而受全球經濟一體化的影響，我國制造業也面臨這種變革的劇烈沖擊，亟須尋求產業的轉型和升級以適應這種快速發展所帶來的影響。智能化已成為制造業向高速、高效運行發展的重要趨勢。發達國家如德國，便于2011年提出了“工業4.0”戰略，其核心目的是提高德國工業的競爭力，在新一輪的工業革命中占據先機，而這一概念的三大主題便是“智能工廠”“智能生產”和“智能物流”。為了實施制造強國戰略，我國也于2015年提出《中國制造2025》（國發[2015]28 號），旨在利用強有力的統籌規劃和前瞻部署，力爭通過三個十年的努力，把我國建設成為引領世界制造業發展的制造強國，其中提及的五大工程中即包括智能制造工程和高端裝備創新工程等方面。2016年，工業和信息化部、財政部聯合制定了《智能制造發展規劃（2016 ～2020年）》，以配合《中國制造2025》的貫徹落實，將發展智能制造作為長期堅持的戰略任務。因此，推動我國制造業的智能化建設進程，不僅能夠有效縮短產品周期，提高生產效率和降低運營成本，同時也有助于提高制造業供給結構的靈活性，加速產業的整體升級，極大地提高我國企業在全球的競爭力，具有非常重要的戰略意義。

國內典型冶煉企業智能建設近況

有色金屬冶煉行業同樣隸屬于制造業范疇。冶煉行業的智能制造建設對企業轉型升級、提高核心競爭力的意義重大。但當前，我國在有色金屬行業智能冶煉建設方面的進度較為緩慢。而針對有色金屬智能冶煉建設，企業具有各自不同的思路，與此同時，建設的內容與途徑也各不相同。雖然近年來在冶煉數字化和自動化普及程度上取得了一定的進展，但仍缺乏科學、統一的建設規劃。

以江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠為例，它是國家“六五”期間22 個成套引進項目之一，閃速爐作業率、銅冶煉綜合回收率均達到世界第一，噸銅綜合能耗位列世界第二。目前，陰極銅的產能達到102 萬噸/年，且環保排放指標遠優于國家標準。貴溪冶煉廠目前的智能化建設架構分為五個層級，從底層至頂層（L1 ～L5）依次為數據采集與網絡、控制系統、應用系統、經營管理系統及智能決策。其中，L1 至L3 層級的數字化程度較高，即數據收集與監控系統可基本達到控制的自動化。目前已實施的項目分為信息化、網絡化、在線檢測及裝備自動化的智能升級改造三個部分。其中，在極板智能轉運及質檢、電解智能化始極片剝片、硫酸銅自動包裝和存儲及尾礦無人行車改造等工序中，已基本實現無人值守的高度自動化操作，可大幅降低人力成本，切實提高生產效率。

但目前，總結實際經驗，在智能建設方面仍然存在以下較為明顯的問題：

缺乏整體建設框架的搭建。目前企業仍以分塊建設的模式，根據實際需求的優先級進行分系統的數字化及自動化推進，暫無全局性的統籌規劃。

冶煉工序的自動化普及率相對較低。同時，從安全生產的角度出發，數字化控制的實施較為困難，支撐冶煉工藝的智能裝備及檢測設備也并不成熟；目前主要仍以現有設備的自動化改造為主，而無法直接采用新型的智能冶煉設備；車間級的數字化實施過程仍然存在瓶頸。

信息化系統建設涉及范圍較寬，系統龐雜，在各系統之間、在上下游組織之間并沒有形成一個高效的數據交互模式，信息的采集與傳輸不暢。

冶煉行業信息化、自動化、智能化相關人才欠缺；建設過程中的需求較多且較難統一布局；方案的可行性論證周期較長，實施存在一定的滯后性。

以上便是江銅集團貴溪冶煉廠在冶煉智能建設過程中所遇到的阻力及所處的困境，而對于世界錫生產企業中產業鏈最長、最完整的企業云南錫業集團（控股）有限責任公司而言，同樣存在類似的問題。以錫冶煉系統為例，目前云錫集團采用的富氧熔煉技術已基本實現了對入爐配料、爐體溫度、蒸汽壓力等各過程參數的實時監控、數據采集和自動調節與控制；在電熱連續結晶、真空爐的焊錫真空蒸餾脫鉛、煙化爐處理爐渣及低錫物料技術、余熱發電及制酸工藝流程中也實現了生產的自動化，在業內處于領先地位。但在老舊工廠的智能化建設規劃方面，仍然缺乏頂層設計，這也導致了一些自動化、智能化工藝及設備無法實施和運行。與此同時，冶煉工藝的特殊性導致信息孤島、自動化孤島及信息系統與自動化系統之間的孤島效應明顯，這也直接導致了企業兩化融合進度緩慢，嚴重影響智能化建設的推進速度。由此可見，對于冶煉行業而言，智能化升級的成本非常高，而這里值得關注的是目前國內急缺智能化設備及相關配套工藝的優質品牌，受制于國外供應商，十分不利于整體冶煉行業的產業升級。

智能極板轉運系統

典型冶煉企業智能化特征分析

根據智能化程度的分類依據，有色金屬冶煉行業智能化建設同樣可分為三個層級，即數字化、網絡化（信息化）和智能化。基于我國典型有色金屬冶煉企業智能建設的總體情況進行分析，從數字化這一層級出發，相關企業從物料運輸、原料配比、工藝管控、數據收集等底層工序流程，到頂層的實時監控與反饋等均已基本實現數字化發展，如江銅集團的無人化陽極銅板輸運系統及硫酸銅自動包裝系統、云錫集團錫冶煉煙氣回收和處理的自動集散控制系統等。這也是實現企業智能化建設的前提和基礎，與此同時，相對于后兩個層級，這也是國內冶煉行業相對容易實現的一個層級。

從網絡化（信息化）這一層級出發，目前，部分企業具備從數據采集，到數據傳輸、數據分析和數據應用的較為完整的信息分析和傳輸系統，如江銅建有國家B 級標準的數據中心，能夠為工廠提供高帶寬的數據傳輸通道；云錫集團的檢驗數據平臺也可通過不同工作站間數據的匯總對物料狀態進行實時分析并給出快速、準確的分析。目前的難點在于，在網絡化推進的過程中，仍然存在頂層組織管理信息化數據與底層生產工藝信息化數據之間的交互和銜接不暢等問題，具體表現為現場采集的信息數據整體利用率較低，缺乏足夠的數據積累，導致無法建立完備的數據庫系統；頂層管理系統在進行數據分析和發出決策后，底層控制系統無法作出有效反饋并對決策進行執行操作。以上問題進一步阻礙了企業網絡化建設的進程，因此全面普及生產系統和管理系統的網絡化，促進數字化與網絡化的融合發展，是實現智能化的重要過渡階段。

在最高層級，國內冶煉企業目前仍然無法有效和全面地推進各子系統的智能化改造和建設，也就是說，目前國內冶煉行業的智能化整體水平較低，這與冶煉行業本身的行業特性息息相關。冶煉工藝本身存在數據波動較大、難以建立和簡單套用數據和經驗模型、工況環境惡劣、設備穩定性要求甚高、數據采集難度較大等不確定因素與難點。這些缺陷也通過不斷放大逐漸引申至數據分析與控制層面，如熔煉爐爐膛內部燃燒與熱力學模型無法通過計算與預測給出相對較為匹配的數據結果；撈渣機械臂長期處于高溫環境下運行穩定性受到影響，仍需進行人工除渣工序；重要工序仍需通過人工干預和操作進行，而受制于安全等因素無法進行實時遠程操控等。因此，在人員介入較多的情況下，數據的人工采集與自動采集、人工上傳與自動上傳、人工甄別與自動甄別、人工決策與自動決策之間均存在數據對接過程中的誤解和偏差。

智能化具有較為明顯的四個特征點，即自感知、自決策、自控制和自學習，這四個特征點是逐級遞進的。目前，自感知可通過先進的儀表監控系統和高效的數據網絡實現，而典型企業也均可通過實時監控系統實現對各原料車間、生產車間、運輸系統、廠區全景等的自動監控，但由自感知向自決策發展的過程則存在較大的困難和較多的問題。智能化的重要表現即系統可通過大數據分析，對一些常規和突發事件進行判斷和決策，隨后可通過智能化過程自動對其進行反饋操作，通過糾錯使系統維持正常的運行模式，如電解槽短路識別系統便可利用熱成像技術對發生故障的極板進行自動鑒別和定位。而目前，冶煉企業盡管對數據分析模塊做得較為完善，但決策仍主要靠人工，所以整體而言，在智能化這一層級，國內冶煉行業的智能化推進程度不容樂觀，智能化的普及率仍然較低。

標準化工作對策

目前，有色金屬冶煉行業整體智能建設的推進步伐較為緩慢，為了有效指導有色金屬冶煉行業智能建設，急需出臺相關的建設標準來指導冶煉企業進行智能化建設。工業和信息化部、國家標準化管理委員會在2015年共同組織制定了《國家智能制造標準體系建設指南(2015年版)》并建立了動態更新機制。去年，兩部委又共同組織制定了《國家智能制造標準體系建設指南(2018年版)》，這也說明，標準化工作是實現智能制造的重要技術基礎，有助于明確智能制造的定義和建設規范框架，加強頂層設計，推動有色金屬冶煉行業的大轉型、技術大提高，促進有色金屬冶煉企業健康、科學、可持續發展。

從標準化工作的角度出發，亟須制定有色金屬冶煉行業智能建設規劃體系及與其配套的技術規范和評價系統。它可以看作是一系列較為全面的標準的轉化，由標準支撐，但卻又不是簡單的不同標準的堆砌，其主要目的是在未來幾年對國內冶煉企業的智能化建設起指導和規范化的作用。因此，如果刻板地將評價內容標準化指標定得過高，則會嚴重阻礙一些中小企業和新興企業的規劃和建設，不利于國內整體冶煉行業的協調發展；而如果將評價標準降低，則體系本身會失去對絕大多數企業的指導意義。為了切實通過標準體系建立智能冶煉行業的評價依據，落實工信部所要求的評價分級制，需對標準及標準化體系的具體內容進行精準拿捏。

根據有色金屬標準化技術委員會以往的工作經驗看來，國內有色金屬冶煉企業都具有編寫或參與編寫有色金屬領域相關標準的經歷，但目前仍主要集中在產品與檢測方法標準，而基本沒有編寫智能化建設總體或子項目標準的經驗。與此同時，根據相關企業的反饋信息，目前冶煉企業在標準化工作及標準體系方面也存在以下幾點主要問題：

組織管理系統與生產工藝系統標準化適配性較差，系統對接存在不一致性；

計量系統未進行標準化管理，核算方式存在差異，報表數據無法進行標準化對接；

仿真模型無法進行標準化應用；

尚未有大量具體的實用性標準與智能化建設體系相配套等。

因此，在智能化建設初期，冶煉企業可能首先會將重點集中在如何分步分階段地實現單一設備或系統的自動化，缺少對標準化運行和系統管理的需求，而冶煉行業的特殊性也導致部分工序較難真正實現標準化控制。隨著智能化建設的逐步推進，系統的集成度將逐漸加強，此時各系統之間協調運行的關鍵便是較高的系統集成標準化程度，而由于缺乏初始的頂層設計，往往會導致各系統的兼容性出現問題，無法形成完整體系。

由于智能建設和智能化標準的制定，最終都需要在有色金屬行業的企業中落地和實施。因此，一方面，需要基于行業的特點、特性和特征，發揮現有基礎共性標準和關鍵技術標準的指導作用；另一方面，在新標準的編制過程中，需切實以目前國內冶煉企業的智能化進程為依據，以政策為導向，發揮典型企業的引領作用。從有色標委會開展工作的角度出發，需通過實地調研、情報分析與形勢評估等方式，預測有色冶煉行業未來發展及智能化建設的預期方向，并正確引導企業充分認識到標準化工作在智能化建設和智能化建設標準編寫過程中的重要性。在新的、亟待使用的標準與標準體系的撰寫過程中，以實際工作經驗指導企業進行前期調研、數據收集、歸納和總結等工作，而企業本身在標準制定的過程中可根據實際需求，通過技術的改造和升級，深入挖掘數據，積累智能化建設經驗，逐步實現數字化向智能化的跨越。與此同時，處于領先地位的種種技術都可成為相應的裝備、產品、網絡、智能工廠、數據和服務性標準，而這些標準又可進一步指導冶煉行業的智能化建設，使國內冶煉行業逐步在相關領域真正獲得自主知識產權，最終使產品走向國際市場，切實提高我國冶煉行業的整體發展水平。