智能化背景下選煤廠設計的思考

張時光

（江蘇國采工程咨詢有限公司 江蘇南京 210000）

因為原料煤的組成結構較為復雜，性質多變，在生產中容易形成較大工況變動，增加了全過程優化運行和生產工藝提升難度。但合理應用物聯網、云計算、大數據技術、人工智能以及虛擬制造等技術，融合各種新技術與新思想，聯系選煤工業發展特征，促進兩化融合，可以助力煤工業智能制造進一步發展。

1 智能化選煤廠目標和內涵

立足于選煤廠企業發展層面分析，合理創建智能選煤廠主要為了全面擴大企業經濟效益，并以現有生產狀況為基礎提升整體經濟效益。企業經濟效益為產品銷售額減去原料成本和加工成本。通過合理創建智能化選煤廠，可以針對材料消耗、生產銷售、設備、財務以及人力資源等實施精細化管理，全面優化煤炭分選精度，提高設備智能化運行水平，優化產品結構、生產工藝參數和煤炭分選質量。

因為煤礦產業智能化生產依然處于初期起步環節，相關技術、理念尚未發展成熟，有待提升。結合智能化選煤廠內涵，不同技術人員和研究學者擁有各自的觀點和看法。此次，在全面綜合相關專家研究成果，提出智能化選煤廠內涵，可以從下列幾種層面展現出來。第一是需要以現代化信息技術和人工智能技術作為基礎手段。第二是可以實現選煤全過程信息采集以及自動化控制目標，優化選煤工業，提升煤炭綜合質量。第三是能夠借助智能化控制手段，針對整個煤炭生產鏈實施準確分離，并利用智能管理手段實施精細化控制，通過先進的智能設備提高煤炭生產智能化水平和生產穩定性。

2 智能化選煤廠設計問題分析

智能化背景下，在選煤廠設計中主要存在下列問題。

第一是設計標準需要進一步修改和完善。當前，建設智能化選煤廠已經成為煤炭行業的共同發展共識，擁有強烈需求。但現有選煤廠建設標準以及建設規范已經無法滿足新時期智能化選煤廠設計需求，設計思維體系嚴重僵化，政府所頒發的設計標準和建設規范具有較強權威性，執行中不能違背，此種措施盡管可以提升選煤廠可靠性和穩定性，但卻會影響創新，導致思維固化。智能化選煤廠設計中缺少標準智能板塊，當前，智能化選煤廠尚未形成統一目標、范圍、建設進程和效果的標準和共識。為此，于智能化選煤廠初期設計階段，需要注重標準數據庫積累和整體規劃，從多種維度入手實施科學引領，共同創建全面共享、開放性的標準數據結構和全新生產體系。

第二是設計理念有待創新。在智能化選煤廠設計中，需要在理念創新基礎上實現進一步提升和改進，而目前國內在選煤工藝設計方面缺少創新項目，普遍是以成熟工藝為主，缺少有效改進。同時，企業的設備選型觀念呈現出一種被動性特征，主動創新精神不足，導致設備性能存在較大波動性。

第三是設計方法有待改進。當前，選煤廠設計主要是以二維設計為主，此種設計方法在實際應用經常會出現互相交叉問題，表達直觀性不足，在工藝布置中無法進行有效調整優化。盡管近幾年部分設計院開始實施三維設計探索，但依然停滯于三維翻模，尚未從根本層面解決具體問題。同時，選煤廠中的各種非標件設計也容易被忽略，設計中未能針對煤流運動過程實施動態模擬仿真，對于煤流的跌落速度、運動軌跡以及撞擊點掌握不準，導致產生明顯偏差。種種問題的存在需要進一步創新設計方法，優化設計質量。在設計工作中，通過多專業協同以及水流、煤流動態模擬仿真，可以促進系統設置全面優化，提升工程建設質量。工程建設開始前，可以針對信息數據實施動態管理和集成分析，全面優化選煤廠生產效率和設計水平，支持煤炭工程實現高質量建設發展。

3 智能化背景下選煤廠設計思考

3.1 虛擬化設計

初步確定選煤廠智能化內涵和發展目標后，可以開始搭建基礎框架，以工業大數據為基礎，合理創建智能化選煤廠，順利融合現代化信息技術、大數據挖掘等技術方法。搭建基礎平臺為選煤廠的智能化發展提供知識庫和數據庫等有效支持，并合理利用各種傳感器質量檢測裝置，針對設備實際運行中所形成的信息參數實施全面采集。除此之外，還需要對各種煤炭成品以及半成品信息實施合理采集，針對產品質量、設備運行狀態以及技術工藝創建有效的關聯關系，把不同數據信息按照不同類型存儲至相應的數據庫內，基礎平臺同樣涵蓋專家知識庫。而基礎平臺的建設難點主要以標準化數據采集為主。目前，選煤廠內控制系統和所用設備和管理系統主要是從不同廠家而來，不同設備所用數據格式也存在明顯差異，如何促進整個生產流程實現標準化發展、促進信息數據全面共享成為主要研究內容。

關于選煤廠的智能化設計問題，應該從以下幾項內容入手進行重點思考，分別是一體化應用、自動化生產，以及怎樣實現科學靈活調度、精細化管理。聯系當前技術水平實際發展狀況，進行合理設計研究，促進設計過程實現虛擬化發展，促進相關工藝布置實現模型化設計，全面動態仿真，打造數字化選煤廠。數字化模型構建主要是選煤廠從初期設計、建造生產到最終運維的全過程周期動態信息和靜態信息的數字化、集成化以及結構化的統一表達。以數字化模型為基礎，智能化選煤廠系統架構，將可視化三維平臺當成統一人機交互界面，能夠針對安全生產、機械設備以及整個生產活動等基礎業務實施可視化控制與管理，提升系統綜合伸縮性能，保障系統未來擴容空間，有助于后期智能化運維過程全面深化應用。無論是某些新建選煤廠實施數字化設計，或現有選煤廠實施逆向建模信息整合，都屬于有效的一體化處理方案，能夠幫助用戶順利采集全生命周期運行信息，維持系統延伸性。

3.2 全流程信息采集

選煤廠中的各種生產設備和生產工藝需要實施全過程監控設計，合理構建實時預測系統、智能感知系統，使系統能夠對生產條件變化進行實時感知，深入開展大數據挖掘，實施動態預測和響應；使整體生產工藝信息采集率超出90%，促進煤炭采集質量、綜合產量以及能耗等信息和選煤廠各個環節生產工序實施全面關聯，建立密切聯系，提升生產設備整體技術含量。為此，可以把傳感器設置在各種大型生產設備、機電設備以及傳送泵等設備當中，進一步提高不同生產設備的遠程維護和設備自主診斷功能。并對設備運行狀態信息進行實時采集，為后續生產方案設計提供有效數據支持，按照所采集的設備運行信息，合理構建設備故障的預測模型，做好預測維護工作，從最大程度上控制設備停機問題［1］。

3.3 智能化生產

為進一步提高生產工作智能化水平，需要促進浮選、跳汰、重介的分選工藝實現智能化控制，設計智能化控制系統，對于選煤廠中的核心生產環節，可以借助系統模型實施全面在線優化和智能化控制。智能化選煤廠針對洗選工藝環節，合理創建知識模型和數據模型，深入研發智能選煤控制軟件，全面實施智能控制，優化選煤廠生產設備和工藝技術的智能水平，驅動決策優化，實現預期生產目標，發揮出人機協同功能，提升績效管理實力，輔助選煤廠實現高效、綠色、安全、節能生產目標，優化生產過程控制力度，合理創建無人化選煤廠，或減少人員參與數量。

選煤廠進行智能化建設的核心工作包括智能設計、智能裝備和智能管理等。其中，智能控制是針對選煤廠日常生產中所涉及的各種設備裝置以及工藝技術等實施智能控制。智能管理則是針對各種設備故障、營銷計劃、生產調度、設備維護運行等方面實施有效的智能化管理。智能化生產設備通常需要注重選煤廠中所用檢測儀器、基礎設施和生產設備等開展智能化建設工作。智能設計則是針對選煤廠中各種新型產品和生產工藝實施開發設計。比如，重介分選過程的智能化控制方法，重介分選設備對應控制系統實際運行中，通過合理設計智能控制系統，可以提升整體應用效果，如借助智能控制系統可以提升操作靈活性，在原材料性質以及洗煤工藝等因素影響下，會使重介質綜合質量受到一定影響，為此，對控制系統提出全新控制要求，質量波動同樣會對系統運行質量產生一定影響。智能控制系統可以在工藝參數變化以及原材料屬性基礎上，針對重介分選實施生產過程智能化控制，優化整體分選效果。借助智能控制系統，能夠從某種程度上縮減設備操作人數，減少人工成本支出［2］。

3.4 健全生產信息系統

在選煤廠的智能化建設中，需要合理創建科學、完善的選煤廠信息系統，設計環節需要針對選煤廠合理創建網絡通信架構，促進選煤廠不同生產環節和資源計劃、生產執行系統、監控系統以及信息采集之間實現信息全面互通，借助MES 以及ERP 的集成應用，在生產車間管理環節合理滲透物聯網技術，提升選煤廠整體生產過程的智能化水平，合理構建知識、信息管理系統模塊和知識庫，研發儀表盤部件，輔助科學決策。全面采集、統計分析選煤廠各項生產數據，并對各種信息實施數據信息挖掘、聯機處理和綜合統計分析，提升決策管理整體智能化水平。合理創建分析和決策支持系統，系統主要包括3種內容構成：第一是生產工藝質量和效果分析；第二是煤炭產品經濟效益；第三是設備以及運維狀況。經過系統分析，可以第一時間發現選煤廠中各種設備故障以及質量問題，采取有效措施實施全面改進優化，提升整體生產效益，優化產品質量，維持設備穩定生產。

最后，需要注意，在選煤廠智能化建設環節存在基礎條件不足的情況下，改造升級成為其中的唯一選項，無論是對原有信息系統實施全面補充和完善，或是彌補數字化技術短板，都需要立足于智能化發展視角，形成戰略高度，實施科學決策。

4 智能化背景下選煤廠未來設計展望

4.1 標準化全面推廣

數字化管理、模塊化建設、智能化運維以及標準化設計是選煤廠未來實施全生命周期管理的重要模式。標準化設計為主導的四化全生命過程價值模式，進一步迎合選煤廠提出的智能化生產要求。標準化設計同時也是開展智能化運維、數字化管理以及模塊化構建的基礎條件，其主要根據復制、組裝和預制的方式，合理設計一組具有較強通用性、相對穩定且滿足選煤廠發展特征的工藝技術模塊和非標件，具有較長應用壽命，可以進行靈活、快速和高效調整，有效控制投資成本，優化整體建設效率。標準化設計同時也是設計理念全面創新，屬于綜合管理、建設生產和技術工藝集成創新［3］。

4.2 全系統裝配式鋼結構

選煤廠在未來智能化設計和建設中，需要更加注重理性化思考，注重未來長遠發展趨勢，從全生命周期對工業產品價值進行合理權衡，提升設計工作前瞻性，項目前期可以從多維度、多層面和全方位角度進行合理評價。無論是從提升建設速度或是節約人力成本，還是從資源回收利用以及數字化設計層面分析，全系統的裝配式鋼結構成為未來選煤廠智能化設計的主要選擇和發展潮流，該種發展形勢同樣也對選煤廠專業設計人員提出更高發展要求。為此，需要聯系時代發展特征，不斷創新設計理念，對于部分地區不適合應用鋼結構條件下，可以選擇鋼筋混凝土裝配式的建設方法，構建選煤廠［4］。

4.3 智能化過程

在我國迎來新一輪的智能化發展熱潮后，使我國能源產業開始朝著潔凈化水平發展，進一步加快了智能化、多元化、清潔、高效化能源轉型進程，煤炭產業也從最開始的數量規模型朝著質量效益型方向發展。煤炭設計企業也無法置身事外，基于時代發展要求下，煤炭產業遇到前所未有的挑戰。煤炭設計行業發展中，假如設計人員只能做設計，最終只能被時代所淘汰，為此，煤炭設計朝著全過程施工咨詢產業轉型，跨界融合逐漸成為新時期發展的主流趨勢。但其中需要注意，處于產業鏈全面貫通中，施工逆襲和設計相比更易實現。為此，針對選煤廠實施設計建設中，需要設計人員在跨界和融入上下游中，應該抓住主動權，合理接受智能制造所形成的思維碰撞，并維持設計的核心主導地位。選煤廠智能化設計中，除了簡單利用三維設計實施碰撞檢測之外，還需要所有設計人員處于同一大平臺中開展協同作業，并順利實現三維設計和數字化發展。最終，設計成果可以有效指導后期運行和順利施工，對于延長產品應用周期具有重要意義。BIM 技術對應三維仿真功能全面滲透到選煤廠的智能化設計中，可以針對項目工程實施有效的事前模擬，包括供風、加藥、介質、煤泥水等，并進行全面優化和動態調整，積極迎合實際生產要求［5］。

4.4 設備制造領域轉型

選煤廠的智能化發展無法脫離各種洗選加工設備。結合具體調查研究結果分析，某個選煤廠中的勞動定員人數是120人，內部機修人員數量超出30人，對比全國范圍內其他選煤廠中的維修人員，整體比例較高。由此可以看出，煤炭洗選加工裝置領域逐漸迎來了質量促進生存的發展時代，那些存在質量缺陷的設備生產廠商最終前進道路只會不斷縮窄。為此，需要積極創新傳統觀念，抓住發展機遇，對應制造生產商需要迎合時代發展要求，順勢而為［6］。

5 結語

綜上所述，智能化選煤廠是煤炭產業實現長期穩定發展的重要支柱，具有綠色化和高效化等發展特征，為產業發展提供了有效的動力支持。目前，智能化選煤廠在設計方面依然存在某些缺陷和不足，從而影響智能化選煤廠設計發展。為此，需要采取有效措施，促進智能化選煤廠不斷創新設計，實現數字化模型設計和全過程智能分析，打造先進的智能生產系統。