礦山企業基于一張圖模式引發經營管控能力躍升的創新實踐

首鋼集團有限公司礦業公司

首鋼集團有限公司礦業公司（以下簡稱“首鋼礦業公司”）位于河北省遷安市、遷西縣境內，是首鋼重要的原料基地。自1959年建礦以來，經過幾十年的生產建設，已發展成為以采礦、選礦為主業，兼營資源綜合利用產業、綠色物流運輸產業、礦山裝備制造、礦山技術服務等相關產業，集生產、科研、開發為一體的特大型現代化礦山企業。公司擁有大石河鐵礦、水廠鐵礦、杏山鐵礦、唐首馬鐵礦、馬城鐵礦五個鐵礦生產基地。首鋼礦業公司秉承“首鋼為首”的創新基因，致力于數字礦山向智能礦山轉型，以“現場無人化、操控集約化、管理智慧化”為目標，以一張圖理念為主線，推進“智能采礦、智能選礦、智能運輸、智慧管理”四大平臺建設，推進企業高質量發展。首鋼礦業公司現有在崗職工近8000人，年礦石生產能力4000萬噸以上，年產精礦粉500萬噸，全年銷售收入138億元，上繳利稅總額10億元。

一、研究背景

（一）建設智能礦山是行業變革發展的必然選擇

2016年《全國礦產資源規劃（2016-2020年）》明確提出加快建設數字化、智能化、信息化、自動化礦山。2017年《安全生產“十三五”規劃》要求礦山領域實施“機械化換人，自動化減人”。2018年出臺智慧礦山信息系統技術規范，規定智慧礦山信息系統通用技術要求。隨著國家政策的導向，科學技術的不斷進步，建設智能礦山，推進企業高質量、高效益、安全、綠色發展已經成為行業的共識，是礦山行業搶占發展制高點的必然趨勢。

（二）礦業公司第三次大發展提供了機遇

隨著馬城、馬礦、水廠等多個地采礦山的建設及綜合利用產業的發展，礦業公司面臨著第三次大發展的戰略機遇，同時，新產業、新產線的投入面臨著2000多人的人員缺口。通過一張圖理念的創建，整合原有不同時期建設的獨立的自動化系統，提升產線智能化水平，推進操控集約化，為管理人員搭建現場化、一體化、可視化的管理平臺，釋放現有產線的人力資源；管控新建產線的工藝、設備配置，將現有成熟技術移植到新建產線，最大限度減少新產線的人員配置，是解決人力資源缺口的急迫需求。

（三）智能礦山建設的深入奠定了基礎

2019年，首鋼礦業公司打破專業之間、專業與廠礦之間的界限，在公司范圍內成立智能采礦、智能選礦、智能運輸三個智能礦山課題研究小組，系統的研究智能礦山標志標準、實現途徑，梳理現狀，2020年智能礦山建設寫入公司職代會，全面啟動智能礦山建設。經過兩年來的探索與實踐，智能礦山建設頂層設計及管理體系不斷完善。兩年來，實施項目近百項，不斷完善現場硬件設施，推進現場無人化，以裴莊資源綜合利用產線為試點，以一張圖理念為指引，實施了工控一張圖操控系統和管理一張圖實時監控分析系統，取得了較好的經濟和管理效果，為一張圖理念的推廣應用奠定了基礎。

（四）數字化專業管理提出了需求

傳統的管理模式基于匯報和檢查，基層各級管理人員將生產、設備、能源、質量、成本等報表通過電子、紙質、信息系統等方式上報給上級專業，時間周期一般為日、周或月，上級專業對報表進行分析，做出指導意見反饋廠礦，日常對廠礦進行檢查。這種管理模式流程長，人工錄入數據造成工作量大，可能出現數據錯誤等各種問題，管理人員不能及時掌握產線運營情況，無法做到及時管控。自動采集生產中的各類數據，集成專業管理平臺信息，搭建面向產線的現場化、一體化、可視化的管理環境，運用數字化手段實時掌控產線生產運營分析情況，智能預警、輔助分析，是提高產線生產效率、提高產線經濟運行水平的有效手段和需求。

二、大型礦山企業基于一張圖模式引發經營管控能力躍升創新實踐的內涵和主要做法

在礦業公司智能礦山建設過程中，以“無人工廠”為目標、以裴莊建材產線為試點，探索智能產線建設。實踐中逐步形成、創建了一張圖管控理念。

一張圖管控理念的內涵：搭建工控一張圖操控系統和管理一張圖監控分析系統。工控一張圖是現場操控系統，目的是將產線所有設備集中到一張圖上，實現一個產線一個指揮中心集中控制，引領推進現場硬件升級改造，監控人工調控頻次，總結操控點、操控規則、形成控制模型，推進各產線“現場無人操作、一鍵經濟啟停、流程自主調控”，提升產線智能化運行水平；管理一張圖是網絡版監控分析系統，目的是深度融合產線現場數據及專業管理平臺信息，搭建網絡版可視化、現場化監控平臺，實時掌控各產線運行狀態，自動分析產量、設備、質量、能源、銷售、成本等情況，推進到工序流程的全要素動態精益管控，提升產線經濟運營水平。主要做法包括：

（一）強化頂層設計，規范一張圖建設

2022年，礦業公司在裴莊產線兩個一張圖建設取得較好效果的基礎上，為規范其它產線兩個一張圖推廣應用，制定了《首鋼礦業公司“一張圖”建設規范》，明確了建設理念、建設目標、頁面布局、數據采集的原則和展示模式、運營分析各模塊設置目的及規范。建設規范的發布為推動礦業公司以“兩個一張圖”為載體進行智能礦山建設奠定了基礎。

圖1 “一張圖”建設規范

（二）搭建工控一張圖操控系統，推進無人產線

1.管控新建產線設施配置，實現集中操控

新建產線，在系統建設時，對照智能礦山建設標準，確定“現場無人操作、一鍵經濟啟停、流程自主調控”的目標，按此原則開展自動化系統設計，實現產線所有流程設備具備自動化控制接口，每臺套設備均可實現遠程集中控制，通過配置設備自保護、聯鎖啟停、運行參數自動采集、自動運行等功能，生產過程中無需人工現場操作。裴莊產線建設過程中，打破傳統逆料流啟車，順料流停車的模式，以5個“緩沖倉”為控制分界點，將整個產線劃分為6段獨立工序控制單元，并進一步將6段獨立的單元控制程序進行集成統一，即能實現獨立單元單獨控制，又能實現整個產線一鍵經濟啟停，同時將破碎、除塵、制砂樓、裝車站等多套單體設備進行了集成控制，實現了整條產線的一鍵控制。

2.整合原有分散系統，推進操控集約化

按照“大流程”“大工序”理念，將相關、相近的上下道工序流程進行整合，最大限度精干組織機構、壓縮管理層級，重塑生產組織模式。搭建大石河水源、水廠選礦、大石河選礦、杏山鐵礦5套工控一張圖操控系統，實現各產線所有設備在一張圖上集中操控，整合組織機構和集控人員，向科學的組織模式要效率，向現場精細化管控要效率，促使全域生產效率提升。杏山鐵礦一張圖操控系統，整合主井、副井、破碎、通風、排水、電機車運輸、地面干選、建材產線、人員定位等子系統，可在一個界面上實時監控整個杏山鐵礦的生產情況，并預留單體設備接口，具備運行狀態、位置等信息后陸續接入到系統中，并可對各子系統進行控制，極大地方便了生產指揮（見圖2）。

圖2 杏山工控一張圖操控系統

3.實施一鍵啟停，促進經濟運行

系統整合后，打破原來車間、子系統中間的壁壘，從大工序的角度出發，研究各子系統間的控制邏輯，實施整個流程的一鍵經濟啟停，改變傳統的順物料停車、逆物流啟車的控制模式，充分利用中間倉、液位池等，實現全流程一鍵經濟啟停。裴莊產線建設時，充分利用中間倉料位，設置四個控制點。自動控制倉上、倉下設備的啟停，開機時判斷中間倉倉位，達到設定值時下道工序自動開機，避免設備空轉，停機時，相關設備物料出空后自動停機，從而實現了流程的經濟運行。

4.應用數學模型，推進自主調控

自主調控能力是產線智能化水平高低的體現。生產中，隨著各種條件的變化，需要進行調節來穩定生產，如人工進行干預、調節，一是造成人工工作量大，二是生產不穩定。通過摸索控制點、總結控制規則，應用數學模型，實現自動調整，是提高產線穩定生產、提升生產效率、降低人工工作量的必然選擇。大石河水源系統由張官營、西里鋪兩個加壓泵站和42口深井組成，改造前由兩個加壓泵站的集控崗位進行遠程控制深井泵、加壓泵的啟停、倒泵等操作。對系統進行整合后，取消人為操作，實現了水源系統全自主經濟運行。深井控制以蓄水池水位為控制目標，自動計算各個水泵供水能力，自動輪換深井泵，實現用電峰期低水位運行、用電谷期高水位運行。加壓泵控制以管網末端壓力為控制目標，自動調整供水壓力，輪換加壓泵，徹底改變人工操控模式，釋放人力資源，提高了供水系統的及時性、經濟性、可靠性。

裴莊產線投入運行之初，雖實現了一鍵經濟啟停，但生產情況變化大，過程中人為調控較多，集控人員工作強度大。針對這一問題，瞄準人工調控內容，開發了人工調控統計報表，通過報表分析，按照重點突破的原則，一個模型一個模型的開發、測試，到目前為止，兩條建材產線已有21個調控模型取得成功應用。統計裴莊產線不同階段人工調控次數，即可明顯反應控制模型的顯著效果。2021年2月22日12-16時4個小時內，人工調控次數為160次；而2022年2月23日20點至24日16點，人工調控次數僅為2次。同時，開發過程中還改變了以往只從單點考慮的控制模式，綜合考慮工序間的邏輯關系，多個復雜的控制模型應用，均取得了較好的控制效果，促進生產穩定運行。

5.持續優化完善，提升輔助工序智能化水平

主體設備及主工序實現一張圖集中操控、自主調控的預期目標后，即將目標轉向輔助工序。對各產線人工作業環節按照工序、流程、崗位、作業頻次、作業時間等內容進行梳理，研究自動化、信息化可替代措施，并提出解決方案，并逐步推進落實，取得較好效果，有效釋放現場人員，提升智能化水平。水廠破碎站自動監翻，通過RFID車號識別、AI大塊識別、控制模型的應用，實現破碎站翻卸指揮的自動控制，取代人工指揮，同時采集車輛數據用于生產分析；針對日常人工巡檢內容，通過加裝溫度、壓力、液位檢測方式，變定期檢測為實時監測，由人工匯報變為自動預警，大石河、水廠破碎、球磨系統的智能監控項目均取得較好效果，減少崗位工作量；照明實現遠程控制，既取消了現場人工操作，也起到了節能降耗的作用。

6.強化系統智能聯控，提升風險防控

智能礦山建設帶來的不僅僅是技術上的提升，更是管理理念的變化。隨著各個系統的建設，改變傳統的各專業各管一攤的觀念，加強專業協同，通過系統聯控，用技術手段有效實現管理目標。汽運裝車以往一直由人工現場進行裝車、監管、存在一定的廉政風險，不好管控。大石河磁滑輪甩尾放礦與智能計量系統聯控，實現過皮后發送信號給工控系統，未過空車不能放礦、放礦時間不能超過規定時間、裝車完成后發送信號給計量系統，超過規定時間不過重自動報警等功能；其他自助裝車實現了客戶車輛自動識別、定量自助裝車，規避非客戶裝車、錯裝品種等風險；汽車自助裝車取消了人工現場操作，同時與門衛管控系統進行了聯控，對超時未裝車、未過重、重車出廠等高風險情況進行預警，有效提高了風險防控能力。

（三）搭建管理一張圖監控分析系統，推進智慧管理

集成現場數據及專業管理平臺信息，搭建了管理一張圖監控分析系統，實現動態掌控各產線生產、設備、質量、消耗、銷售、成本、人員等情況，營造現場化、可視化管理環境，初步形成面向產線的運營分析能力，輔助生產決策，提升產線經濟運營管控水平，推進管理智慧化。

1.實時掌控產線運行狀況

大石河選礦、大石河水源、水廠選礦、杏山鐵礦、二馬產線、裴莊產線均搭建了網頁版實時監控系統，通過礦業內網實時掌控產線全流程運行情況。實時顯示產線設備運行狀態、主要運行參數（電流、頻率、流程量等），為生產、設備、安全等專業及領導人員提供可視化的管理環境，實時掌控生產情況（見圖3）。

圖3 裴莊網頁版實時監控系統

2.色標引領現場硬件改造

整合各分散控制系統，形成一張圖操控系統，實現所有設備在一張圖上的狀態監測。不同顏色表示設備的不同狀態，如綠色表示運行、紅色表示停止、半黃色標色可監控狀態但不能控制、黃色表示既不能監控狀態也不能控制。使各級管理人員對設備現狀一目了然，進而通過必要性、技術、經濟可行性分析，確定是否進行改造升級。如水廠老廠實時監控分析系統中，紅色框部分的磁選機及分級機，半黃色表示可采集運行、電流等信號，但不可遠程控制，為現場手動控制；藍色框部分的精選機，既不可控制也不未采集運行數據。

3.趨勢分析提升生產管控

實時畫面顯示的是當前狀態，而通過一段時間的曲線變化及趨勢能更好的看出設備或生產的情況，也更有利于設備管理。各個產線的實時監控分析系統的界面上，可以點擊某一重要設備或數據，則會彈出二級畫面，展示的一段時間內的設備運行、電流趨勢等。

4.一張圖調度引領智能運輸

2020年，運輸部遷安地區運輸總量突破5000萬噸，相比“十三五”初的2500萬噸/年，增幅達100%，面對高運量、快節奏的生產形勢，生產組織各環節的不適應性日益突出，運輸體系面臨四個不夠用的問題：一是人不夠用，二是車不夠用，三是線路不夠用，四是調度崗位腦子不夠用。

為解決上述問題，全面解放思想，打破固有的國鐵勞動作業方式束縛，對標一流企業，完成運輸一張圖調度系統建設，一期項目2021年8月份完成，實現了四大目標：

一是在冶金企業率先實現“單乘制”。通過一系列創新舉措，司乘人員由3人減至2人，再減至1人，實現了鐵路運輸由行業傳統的“三乘制”向“聯乘制”再向“單乘制”的突破性變革，累計釋放人力116人（見圖4）。

圖4 “百里礦區”運輸一張圖調度平臺

二是調度指令直達機車。系統內下達調度指令后，可直接在機車界面直觀顯示，為一級調度創造了條件。

三是搭建可視化、一體化、實時化運營管控平臺。在一張圖內，實時掌控所有機車的位置、運行狀態、任務、所掛車輛、物料以及站場、道岔、信號、道口等信息。

四是實現運行能力智慧分析。可實時掌控分析鐵路運輸系統進出車輛、在礦車輛、運量、運行里程、設備狀況、能源消耗、成本等情況。

5.運營分析推進智慧管理

結合各產線實際情況，運營分析包括生產、設備、質量、能耗、銷售、成本等模塊。通過日、月、年的數據分析，掌握產線生產、設備、能耗等變化情況，及時作出決策

（1）流程量分析。流程量模塊自動采集實時輸入量、輸出量，以及各產品的當班、當日產量及產率信息，對比當日的計劃產量、產率情況，統計當日、當月、本年的產量及產率數據信息。二級頁面提供對應產品產量明細記錄及曲線圖，可以按照時間段查詢所選產品的產量明細。流程量分析實現對產線輸入、產品輸出的實時監控，通過設置產品產率指標，根據不同產品的價值，有針對性的組織生產，提高高價值產品產率，降低低價值產品產率，進而提高產線的經濟運行水平。

（2）小時管控。實時顯示裴莊產線小時管控數據及日志，數據全部為自動采集數據，數據來源于現場工控系統數據庫。小時管控分析替代現有的人工表格統計工作，減輕基層崗位工作量，能夠實時監控產線各工序小時作業時間、工序量等指標，為實時管控各產線生產是否均衡穩定提供數據支撐。

（3）銷售數據分析。實時顯示裴莊產線各產品當日過磅量、本月累計過磅量、本月累計生產量、庫存變化情況，數據來源于智能計量系統，實現各產品產銷存數據的精準分析。

（4）質量數據分析。質量報表含質量完成、質檢數據、篩網跟蹤、工序管控四個子模塊。實現各產品質量數據的統計、查詢功能，包括各產線不同產品的質量檢驗項目、產品合格率等數據，具備智能預警功能，對于未達標的檢驗項目能夠預警提醒。

（5）能耗數據分析。能耗數據模塊下設三個子菜單：能源消耗、電量消耗、柴油消耗，為能耗精準管控提供依據。

能源消耗頁面按照電耗、油耗進行分類統計，每個分類均細分了用量、單耗、單價、費用及成本，統計了當日、當月及上月、本年數據信息，為能耗精準管控提供依據。

電量消耗下設4個功能頁面，可以查詢用電主報表、用電日報表、用電班報表、用電小時報表；

柴油消耗下設4個功能頁面，可以查詢柴油消耗主報表、裝載機柴油小時消耗、礦車柴油小時消耗、推雜機柴油小時消耗。

（6）設備數據分析。設備數據分析模塊包含設備數據分析和備件跟蹤兩個子模塊。

設備數據分析能夠實時監控各類重點設備的運轉時間、臺效、作業率、負荷率等指標的當日數據、當月數據、上月數據、本年數據等；自動提取設備健康系統數據，直觀展示設備的健康狀態，把設備健康狀態分為4類健康、亞健康、隱患、嚴重隱患，系統能夠自動感知設備運行狀態，如果發現設備出現隱患，系統自動向相關崗位的手機端推送消息，實現智能預警。

設備關鍵備件壽命跟蹤查詢功能，實現對關鍵備件的壽命進行跟蹤，如皮帶壽命、破碎機襯板壽命跟蹤。

（7）成本數據分析。成本數據模塊分為按工序分析、按要素分析2個模塊。按工序分析展示原料環節、加工環節、銷售環節等不同工序的成本計劃、日成本、月累成本、上月成本、年累成本及對比計劃完成情況。按要素分析展示分專業的成本情況及對比計劃完成情況。通過成本分析可實時掌控各產線當日成本、月累成本、上月成本、本年成本等數據；按成本的構成要素對成本進行劃分，包括電費、柴油費、備件費、材料費、人工費及其他費用等，實現成本的按要素分析。為進一步支撐成本管控及要素打開分析，成本報表增加了穿透查詢功能。

（8）生產報表。生產報表板塊分為裴莊生產日報、裴莊生產銷售日動態、產線班組對標三個子模塊。

裴莊生產日報：反映產線一天的生產情況，在裴莊產線生產過程中發揮重要作用，不僅為崗位提供生產指標的反饋，更能為管理層精準決策支持提供依據。

生產銷售日動態：顯示生產計劃、完成、銷售計劃、銷售完成、后期日均銷售計劃、自用及外排、累計盈虧、庫存等數據，為生產經營銷售發貨提供參考。

產線班組對標：裴莊產線班組掛鉤指標過去一直靠車間職能手工統計，工作量大、效率低、易出錯，并且時效性差，不能夠實時顯示各班組指標完成情況從而形成良性競爭機制。產線班組對標功能上線后，工效掛鉤日常使用的處理量、能源消耗、質量指標等指標均可實現實時查詢及匯總統計分析，實現橫向四班對標，縱向區域崗位對標，真正實現多勞多得的經營理念。

6.數據分析推進提質提效

（1）東排即時啟停，顛覆傳統模式。水廠鐵礦皮帶運輸系統原來采用傳統的逆物流啟車模式，通過實時監控系統的數據分析，發現東西排系統設備作業率差別較大，無效轉車時間長問題。針對這一問題，水廠鐵礦深入剖析原因，認識到除三段控制可能導致人為聯系不緊密外，傳統的逆物流啟動模式，也是造成無效轉車時間長的重要原因：東西排啟動時先啟動排巖機、再逆物流啟動各條皮帶、最后啟動破碎機，破碎機作業時，排巖機已至少空轉215秒；因為流程長，破碎機受料1560秒后，物流才可達到排巖機，此間排巖機又至少空轉了1560秒。為解決此問題，大膽提出改變傳統啟車方式，確定試驗開發“即時啟動”程序，方案改變了破碎站、皮帶系統、排巖機三個點位、三段控制的模式，實現從破碎機到排巖機的一體化控制、一鍵啟停。即物流到達某設備前、該設備即時啟車，進而減少各設備的空轉時間。經評估，該方案實施后，一是可實現在指揮中心一鍵啟停整個東排系統，取消分散控制室，為減員增效創造條件。二是采用“即時啟動”方式替代逆物流啟車方式，減少設備空轉，按初步方案保守測算，每次啟動可節電約686KWh，年可節電約686*每天2次*330天=41萬KWh。三是取消破碎機、皮帶系統、排巖機啟停期間的崗位聯系，消除聯系環節空轉時間。此外，還將為后期排巖機取消現場操作、改為指揮中心集中操作奠定基礎。即時啟停已經在東排成功應用，實現各設備在物料到達前1分鐘完成啟動，顛覆了逆物流啟動的傳統模式；同時實現在指揮中心一鍵啟停，為取消分散控制室、崗位合并創造了條件。

（2）專業管理應用數據解決問題能力不斷增強。技術專業圍繞穩定裴莊干砂質量，針對石粉含量合格率低的突出問題，研究工藝控制規則，年初提出制砂系統恒料量控制模型：依據質量結果設置19、20#皮帶給料量，自主調控皮帶給料速度，穩定給料量在設定值。經系統開發及參數摸索，裴莊干砂質量合格率有了質的提升。生產專業運用一張圖系統中翻卸車明細數據，查找生產組織潛力，提高翻卸效率，進而促進產線高效運行，裴莊等產線小時翻卸車數穩定提升。

四、取得的成效

（一）經濟效益明顯

一是減少人員配置，降低運營成本。一張圖操控系統的搭建，實現了現場無人化，取消了現場操作崗位配置，減少了巡檢工作量及點檢人員，也提高本質安全水平；實現了操控集約化，一個集控中心集中操控，進一步壓減集控人員；推進流程自主調控，不斷減少集控人員工作量。實施水廠鐵礦無人選廠、破碎站自動監翻、破碎智能監測、大石河水源自主經濟運行、杏山主副井合并等項目，合并主控室，實現大區域集成控制的模式，推進現場無人化和操控集約化，累計釋放現場人員230人，減員效益為3852.5萬元。

二是提升效率，降低消耗。隨著流程自主調控、智能聯控的不斷推進，產線智能化水平提升，人工判斷、干預減少，產線運行效率、穩定性、經濟性持續提升。實施裴莊、二馬智能化提升、水廠無人選廠等項目，提高生產效率，降低材料、能源等消耗，實現經濟效益512.6萬元。

（二）管理效果顯著

一是提升產線經濟運行管控能力。一張圖監控分析系統的建設，實現了專業管理平臺在產線的集成，搭建了一體化、可視化、現場化管控平臺，實時掌控產線生產、設備、質量、能耗、成本等情況，提高了產線經濟運行的管控能力。

二是提升專業管理人員數字化思維能力。管控平臺的搭建，改變傳統匯報、報表等專業管理方式，更加客觀、真實地展現生產情況，促使專業管理人員通過數據去分析、判斷，并作出決策，提升了專業管理人員的數字化思維能力，有助于管理人員打破傳統思維、提升創新能力。

三是兩個一張圖的建設助推精益管理。兩個一張圖建設，提升了礦業公司智能礦山建設水平，促進了管理能力的提升。助力裴莊建材產線榮獲北京市建筑砂石綠色基地稱號，助力礦業公司評為全國國有重點200家標桿企業之一。

（三）為行業智能化建設提供借鑒

兩個一張圖是推進智能礦山建設的重要手段，可以有效推進現場無人化、操控集約化、管理智慧化，已在首鋼股份公司、唐首馬礦進行了推廣應用，在礦山行業推廣的具有較大的推廣價值，對其他流程產線也具有較高的借鑒價值。