現代智能選礦廠設計與思考

李 紅

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

選礦生產是典型的傳統流程工業，隨著礦產資源日益匱乏，入選礦石性質貧細雜日益突出，依靠簡單的自動化控制已然不能從根本上解決生產與管理上的問題。加之全球激烈的商業競爭，流程工業企業在產品的質量、成本、交貨期等方面提出更高的要求，礦山企業在發展中不斷尋求轉型升級，智能化建設是當下一個很好的手段，為礦山企業可持續發展提供了良好契機。

近年來，智能化礦山建設伴隨著互聯網、大數據、人工智能技術孕育而生，并得到了快速的發展。但由于至今尚無一種完備的體系標準，各礦山企業智能化建設參差不齊，存在著“起點高，務實低”的共性。因此，如何合理利用現有智能化技術標準化、實用化，穩定提高生產管理水平，有效控制投資回報，進而提升企業效益，已經成為礦山智能化建設亟需考慮的問題。

1 智能選廠新體系架構

現有智能選廠體系架構大部分都是基于國際通用IT五層技術結構，如圖1所示，由設備層、控制層、生產執行層、經營管理層、決策層組成，顯然生產過程控制和管理明顯區分，忽視了選礦生產過程中的物流、成本、產品質量及設備的在線控制與管理，不便形成平臺技術，難于擴展及維護，也難以適用于扁平化管理模式［1］。

圖1 IT五層技術結構

選礦過程控制系統是智能選廠建設的基礎，目前大部分是采用DCS或PLC系統進行構建，基本以設備自動化控制為主，無法準確地對工藝指標進行控制。

選礦生產執行系統以優化管理、優化運行為核心，著眼于整個生產過程管理，考慮生產過程的整體平衡，注重生產過程的運行管理，MES系統是生產過程控制與管理、信息集成的重要橋梁和紐帶。

經營計劃系統以財物分析、決策為核心，隨著企業信息化的發展逐漸建設了諸如ERP、OA等系統。

三層體系結構如圖2所示。

圖2 三層體系結構

2 智能選廠設計新思路

智能選廠的建設應立足企業自身的資源條件、裝備水平、技術水平、產品競爭能力等多方位權衡，制定科學可行的規劃，探索工程一體化設計新思路，為選廠智能化建設提供有利條件。工程一體化設計遵從選廠規劃、設計、建設、生產、運營整個過程一體化數據模型管理［2］，數據模型的一致性是一體化設計的主要特點。

2.1 規劃階段

規劃是基礎，智能礦山建設應根據礦山企業的實際需求由體系入手進行中長期規劃，礦山全生命周期內目標清晰明確，在整體大框架下抓局部、抓重點，規劃出科學的管理路線和技術路線，避免建設過程中技術偏離大、工程管理脫節、生產運維過程中管理效率偏低等問題。

2.2 設計階段

設計是重點，以規劃的管理路線和技術路線為藍圖，以優化生產組織結構、提升管理水平、協同各專業接口、保持數據模型一致性為抓手，嚴格把控管理和技術兩個層次的各個細節。智能化技術應從工藝裝備、電氣自動化設備、層級架構、數字化技術、各專業接口全面考慮，做到各專業無縫鏈接，基礎數字化滿足智能化的要求，確保系統高效、可靠、實用、易擴展、易調整。

2.3 建設階段

建設是關鍵，由不同單位主體、不同技術層級聯合建設，工程建設管理部、監理單位及設計單位共同控制各技術細節，組織好各專業技術交底，確保工程進度、質量、功能滿足智能選廠設計要求，建設過程中對一些偏離的細節及時糾正和調整。

2.4 生產階段

生產是檢驗，在既定的工藝流程中檢驗各項技術指標，對不滿足要求的技術指標，系統能夠快速便捷地進行調整，以滿足生產需要。選礦生產是在全生命周期內不斷進行工藝升級、指標優化調整的過程，智能化系統在不增加生產成本的前提下應高效地適應工藝的變化和調整。

2.5 運維階段

運維是保障，流程工藝的智能化系統，需要一支專業技術人員隊伍來進行維護。相比傳統的自動化系統，智能化系統的維護是一項綜合性技能，礦山企業應重視這方面人才的培養，方能為企業生產長期保駕護航，才能保障系統的高利用率，持續為企業生產管理帶來效益。

3 智能選廠建設難點

目前智能選廠建設尚未有成熟的體系來支撐，應用參差不齊，建設中存在很多難點，其中以生產技術的多變性、生產執行的有效性尤為突出。

3.1 生產技術的多變性

選礦生產是一個大概率生產，中間很多控制過程是模糊的，對經驗的依賴性較強，難以形成量化的指標。雖然近年來選礦生產過程自動化控制引入了新的控制技術和控制算法，運用軟測量技術、質量指標預設定模型、智能建模和模型修正技術、魯棒約束多變量預測控制技術等，并在此基礎上形成以產品質量和工藝指標、直接實時反饋的先進控制技術［3］。但是生產的多變性給智能化系統自適應調節能力帶來很大的挑戰，短期內缺乏基礎數據的支撐，仍需依靠有經驗的工程師進行參數及時修正及調整，充分發揮智能化系統的作用。

3.2 生產執行的有效性

目前選礦生產執行系統（MES）基本僅實現將生產過程數據傳送到管理部門進行顯示和監控的管理信息系統（MIS）功能，而缺乏中間層對上層管理和下層過程控制聯結應用的功能。而市場中推出的MES系統卻并非為企業量身定做，往往達不到真正意義的MES系統。

4 發展思考

智能選廠是為了實現選廠資源全生命周期內生產真正安全、高效、經濟、智能開發利用。在建設、生產、管理過程中，把握好“一個中心，兩個體系”，即一個數據中心，技術與管理兩個體系，不斷完善基礎信息數字化、生產監控集成化、生產管理扁平化、決策分析智能化，如圖3所示。

圖3 現代智能選廠發展模式

數據中心將各選礦設備、檢測儀器儀表、系統的運行狀態及檢測數據信息進行自動采集，實現生產信息采集與存儲自動化，逐步形成選廠大數據，以此作為智能化控制的數據基礎，持續挖掘數據價值。技術體系側重于運用數據進行生產工藝全流程過程控制［4］，包括設備自動化、檢測自動化、工藝自動化，實現途徑為自動化控制系統、關鍵作業或工段優化控制、智能化專家系統等。管理體系核心則為通過對數據的統計與分析，實現上層管理和下層過程控制聯結應用，進而全面把控選礦生產運營過程。

5 結 語

1.選礦作為傳統的流程工業，采用三層架構和工程一體化設計不僅能實現全流程綜合自動化，同時促使企業管理從以職能為中心向以過程為中心轉變，實現扁平化的管理模式，提高系統的柔性，適應多變的市場，滿足敏捷制造和一體化過程控制的要求，即對原材料、生產工藝全過程進行監控，全面了解和掌握產品的生產情況，確保產品質量。

2.選礦生產執行系統（MES）不僅能處理生產過程中難以處理的具有生產與管理雙重性質的信息，而且能起到將生產過程產生的信息和經營管理的信息進行轉換、加工和傳遞的作用，是面向過程的生產活動與經營活動的橋梁和紐帶，是實現結構流程工業智能化的關鍵。