電解錳企業智能化改造的應用研究

蔣 健 藍麗紅 彭 博 呂 曠 韓要叢　黃超冠 馬英群 唐庚飛

電解錳企業智能化改造的應用研究

蔣 健1藍麗紅2彭 博2呂 曠3韓要叢2黃超冠3馬英群3唐庚飛4

（1.廣西大錳錳業集團有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西民族大學化學化工學院，廣西 南寧 530008；3.中國科技開發院廣西分院，廣西 南寧 530001；4.靖西市大西南錳業有限公司，廣西 靖西 533803）

隨著信息化時代的到來，眾多的制造行業通過步入智能化改造升級行列解決行業內出現的高物耗、高能耗、高污染的問題，朝著綠色可持續的方向發展。針對廣西特色資源錳加工行業的問題，靖西市大西南錳業有限公司開展電解錳智能化技術改造，率先實現了智能化生產，大幅度降低了人力、能耗等成本，明顯提升了企業的經濟效益，對電解錳行業智能化轉型升級具有重要的借鑒意義。

電解錳；智能化；制造行業；雙碳

引言

信息化的飛速發展，數字經濟成為經濟社會發展進步的大趨勢，圍繞數字化、智能化的發展改造成為制造企業面向“雙碳”戰略轉型升級的重要方向，是對接《中國制造2025》的重大舉措[1]。智能化技術的應用能夠解決過去人工操作出現的難題，不僅能夠提升生產運行效率，而且可以依賴智能化實現節約總體的生產投入成本；具體表現在推動制造企業在生產運行情況、設備故障檢修效率、工藝電氣化等方面的顯著提升，由此帶來經濟效益的提高[2]。

目前智能化已經應用在新材料研發、石油化工、機械設計制造、煤礦等眾多的制造行業中。針對新材料的研究計劃中，如材料基因組計劃等的實施過程中推動了人工智能在材料研究中的應用。計算機模擬計算可以建立起來材料結構與材料應用性能之間的構效關系，極大地推動了新材料研究過程中特定功能材料的定向研發。高通量計算平臺的建立提升了對材料多尺度的計算能力，開發機器學習，為當前全球范圍內出現的環境、能源前沿科學問題設計高性能新材料提供可靠的技術手段[3]。

錳是重要的戰略資源，可用于鋼鐵、能源、冶金等領域，這些領域占據著電解錳生產和消費市場的95%以上[4]。廣西具有豐富的錳資源，分布著眾多的錳資源加工企業。然而，當前電解錳行業的污染問題突出，《電解錳行業污染防治技術政策》《電解錳行業清潔生產評價指標體系》等一系列政策文件的出臺推動著電解錳行業綠色化、可持續的方向發展[5-6]。借鑒其他行業智能化技術改造，開展電解錳行業智能化技術改造具有重大的意義，本文以靖西市大西南錳業有限公司開展電解錳智能化技術改造為例，說明電解錳行業智能化工藝的開創性應用。

1 智慧電解錳工廠建設概述

工廠使用企業管理軟件金蝶EAS、交投智能管理系統和公司MES制造系統，構建了集現場管控、質檢、財務、數據、安保、供應為一體的智能化制造體系，如圖1所示。將磨料投料化合、壓濾、電解及后處理的錳產品加工全流程融入智能化系統，企業可以直接通過集控室，實時監測管理生產工序、收集生產和設備運行數據，并將其反饋至控制室，實現電解錳工廠全自動化生產，提升生產的效率和穩定性。

圖1 錳加工一體化智能工廠模塊結構圖

2 電解錳智能化建設

2.1 數字化設計建設

在企業資源數字化方面，用金蝶EAS系統開展人力資源、企業財務資源、生產制造資源數字建模，建立資源數字化體系。

石油化工行業是國民經濟中的重要能源行業，為日常生活生產提供基礎產品。隨著我國的石化規模不斷壯大，行業內污染嚴重、資源利用率低的問題日益突顯，如何處理這類問題已經迫在眉睫。借鑒石化行業解決存在著眾多的工序，如油氣開發環節便需要經過勘探、鉆井、建設、采集、輸送、凈化等諸多的流程和工序[1]，油氣煉化過程中精餾、分離等工藝過程的協同難度大的相關問題；而使用人工智能。已經有眾多石化行業公司研發了許多智能平臺或系統，如英國石油公司研發的Sandy和Compass平臺、斯倫貝謝公司開發的DELFI系統、殼牌研發Shell Geo-desicTM系統。

靖西市大西南錳業有限公司作為生產制造企業，同樣要使用人工智能技術。在生產工廠智能化設計方面，利用BIM技術對生產廠房、生產工藝流程、設備布置等進行數字化建模，輔助UG、CAD等軟件設計平面、三維圖，并將其融入金蝶EAS系統，數字化優化生產流程和工藝參數。在物流設施數字化方面，貨物存貯、分揀、轉運等模塊使用仿真技術數字化建模，建立運行合理、高效的物流。

2.2 智能化管理體系建設

公司ERP內控系統可根據集團公司的戰略和經營任務進行商業和戰略分析，制定生產經營計劃、預算、固定資產投資、科技研發投入以及公司其他日常管理，并進行全面的成本管理與控制，通過將采購—生產制造—銷售的過程集成于平臺，進行采購、銷售、庫存、生產和經營及管理成本的全面規劃，最大程度地實現了對財務、銷售、供應鏈、物料需求計劃、資金和成本的管理。ERP內控系統與基礎自動化系統銜接，集中各個環節實現企業生產中各工序集中控制與統一調配，優化了流程，實現產品生產、企業管理、流程控制一體化，提高管理效能。

2.3 錳產品智能生產建設

機械設計制造過程具有工作效率低、依賴工人加工技術帶來的精度差等問題。引入智能化技術能夠大幅度提升工作效率，解決機械設計制造過程的存在的眾多問題，同時使機械制造設計系統模式更加完善、大幅度減少人員成本、優化設計過程，進而實現綠色生產、保障產品性能穩定以及提高加工技能[7]。

仿照機械設計過程智能化設計開展了錳產品智能化精準生產。公司生產工藝流程采用PLC控制器，配備DCS系統實現對生產的自動控制。在線監測生產工藝的全過程以及生產設備的運行狀態，依托控制系統的反饋機制，發現問題并對工藝智能化進行優化調整。生產制造的智能化包含采集數據、決策分析、生產管理，融入企業內控系統ERP，實現全方位高效率的生產監管，過程如圖2所示。

錳產品MES系統涵蓋投料磨料、化合、壓濾、電解及后處理等關鍵工序。整理分析原生產工藝中各個工序穩定生產需要控制的參數及參數調控的范圍。在系統中針對具體的生產工序，設定好工藝流程各種控制參數，形成標準化統一流程，便捷監控系統判斷并及時反饋到對應的操作工序，構建可視化、流程化的生產工藝。

圖2 制造執行系統模塊結構

2.4 生產過程智能化建設

煤炭行業在我國能源結構中處于最大比重。然而煤炭行業是重污染行業，煤礦開采、煤炭洗選等環節都可以通過智能化技術破解行業頑疾。2020年2月，國家發展改革委、國家能源局、應急管理部等八部委聯合印發了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，煤炭開發進入智能化發展階段。公司學習上灣煤礦通過生產模塊智能化的方式，建立了基礎網絡、采煤工作面、掘進工作面、主運輸、供電系統、智能輔助駕駛等智能化模塊，推動煤炭行業開采智能轉型[8]。針對選煤的技術，可以從分離除雜物、重介質分離、浮選技術、干法選煤和煤泥水處理等方面開展智能化應用[9]。

針對電解錳加工過程的幾個重要工序，同樣采用模塊智能化建立生產流程的智能化。主要通過以下方面進行建設。

（1）磨料投料智能化。建立了礦粉自動投料系統，磨粉投料工序配置有原料緩沖倉、磨機、除塵設備、粉料倉、電視接收器、遠程報警器、自動稱重設備、計算機主機、電子顯示屏、礦量監控系統、設備監控系統等軟硬件。采用PLC控制軟件工藝流程進行控制，采用基于KRM2.0主機操作系統的優穩DCS系統，實現磨料—投料—稱重流程的自動銜接，借助MCGS組態軟件，進行磨粉和投料工序的數據采集與監測。生產車間配備高清監控設備連接監控系統，可進行車間生產管理遠程控制。

（2）化合工序智能化。建立了化合桶、減速機、酸霧除塵系統、廢氣凈化系統及化合生產控制系統。化合生產工藝涉及的數據由監控設備和監測系統實時收集，并及時反饋給工程管理人員。

（3）壓濾工序智能化。建立了配備自動隔膜壓濾機及壓濾機配套的控制系統、電子顯示屏、監控設備、監控系統等軟硬件的壓濾車間操作室。控制系統通過電子顯示屏顯示壓濾給料壓力、壓緊壓力、預壓余力、小車電機電流、洗滌計數、循環信息等全流程運行狀態，并及時將相關的信息反饋到決策系統。根據監控數據對壓濾工況進行監控，及時智能化處理生產中的問題，保障壓濾工序高效穩定的運行狀態。

（4）電解及后處理智能化。建立了電解配電操作室，配備電解后處理成套設備和電解整流控制系統，包括電解槽、排板機、脫硫機、烘干機、剝離機和洗板機等硬件設備。通過智能PLC控制系統對各設備及工藝進行控制，通過全自動剝離系統實現剝離控制和遠程控制的結合。對電解過程中的氨氮、錳含量、金屬含量等的檢測設置有氨氮在線監測儀、DK-606、整流器電子顯示屏，實現碳硫、氨氮、總錳的在線監測，實時對監測數據進行收集和分析。集散控制和PLC數控控制技術實現電解過程的有效運行及控制，及時診斷電解流程中的運行狀態，確保電解及后處理工藝流程的有效運行，提高電解流程生產效率。

2.5 信息化網絡建設

雙網冗余（電信網絡＋移動網絡）網絡，建立了覆蓋辦公區域、生產區域、物流倉儲區域等全廠區域的獨立網絡。網絡硬件使用華為核心交換機、華為數字監控系統、新華三H3C交換機、聯想服務器、TPILK、海康威視監控系統（交換機、安防監控系統、存儲服務器、硬盤錄像機）、輔助通信設備、網絡防火墻。

建立靜態、動態的信息安全管理體系。制定《保密管理控制程序》，制度上管理企業人員遵守安全保密規則，提高企業關鍵技術信息的保護力度。企業各辦公區域采用靜態路由和固定的IP地址段進行管控，各個終端計算機專人專用，通過深信服網絡行為管理系統，對所有計算機按照不同的工作需求制定相應的策略，設置不同的網絡和計算機桌面管理權限。

在外網防火墻后部署上網行為管理系統，啟用用戶認證機制及上網準入機制，并對不同用戶啟用訪問規則，用來規范員工的上網行為。

3 智能工廠改造成效

（1）提高了生產率。在智能化工廠改造后，一萬噸的錳生產線配備人員從150人降至120人，創造相同工業產值的效率提升20%；設備的運轉、維護能力得到提升，縮短了生產周期。在電解后處理自動化設備上線后，生產時間由原來的12小時縮短到8小時，效率提升了33.3%。

（2）降低了生產成本，提高能源利用效率。智能化工廠建設后，公司維修費噸耗從100元降低至80元，同一生產線產能由原來的6 000噸/年提升至6 500噸/年，生產過程中所需人數從15人降至5人，降低67%的人工成本。整體成本降低20%以上，實現了大幅度的節能降耗增產提效。

（3）縮短了研發周期。通過供應鏈的協同，加快了研發所需物料的供應，EAS及智能辦公系統的應用有效的提高了研發效率，工藝研制效率提升了15%。

（4）提高了產品質量。智能化工廠建設后，采用自動采集與檢測，數據及分析結果的準確性得到了保障，采用自動化生產線配合機械定量摻配，極大地提升了生產的精準性。電解錳含硫量由原來的0.05%降低到0.025%，硫含量降低了50%。

（5）降低勞動強度，提高生產的安全性。生產線勞動崗從30%降低至12%。通過智能終端的使用，采用監控系統實時監控危險源、污染源的工況狀態，遠程操作危險源的閉合動作，使員工遠離危險。

4 結束語

隨著我國“雙碳”戰略的實施，推動制造行業的產業升級，智能化為制造業升級提供新引擎。而其中智能化的生產設備、自動化控制系統等關鍵核心技術的國產化是智能工廠建設的核心。因而，大力發展具有自主可控的智能化設備及全工藝流程具有廣闊的市場前景。

實現錳冶煉生產流程智能化、低碳綠色環保，實現清潔生產，同時實施對含錳固廢的無害化處理及綜合利用、降低固廢物治理成本，以經濟效益為杠桿，智能化消除人為誤差，實現精細化管理，將固體廢物對環境的二次污染治理問題為企業被動治理變為主動減排，確保錳加工行業的可持續發展，為建設依托企業與環境為友好型企業打下基礎。依托企業作為專業的錳產品加工及綜合利用企業，深入貫徹落實全區工業高質量發展大會精神以及《廣西冶金產業二次創業實施方案（2017—2025年）》總體發展思路，不但對依托企業的發展具有重要的意義，同時，對推動我區錳加工產業可持續發展，促進錳加工產業固廢資源的有效利用，智能化電解錳工藝應用能夠助力廣西壯族自治區錳加工產業轉型升級，其示范作用將極大地推動錳深加工行業綠色安全生產，筑牢廣西錳產品行業獨有的優勢地位，提高錳產業整體競爭力，具有重要的意義。

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Application Research on Intelligent Transformation of Electrolytic Manganese Enterprises

With the advent of the information age, many manufacturing industries have entered the ranks of intelligent transformation and upgrading to solve the problems of high material consumption, high energy consumption, and high pollution that occur in the industry, and are developing towards a green and sustainable direction. In response to the problem of Guangxi's characteristic resource manganese processing industry, Jingxi Daxinan Manganese Industry Co., Ltd. has carried out intelligent technological transformation of electrolytic manganese, taking the lead in achieving intelligent production, significantly reducing costs such as manpower and energy consumption, and significantly improving the economic benefits of the enterprise. This has important reference significance for the intelligent transformation and upgrading of the electrolytic manganese industry.

electrolytic manganese; intelligence; manufacturing industry; carbon peaking and carbon neutrality goals

X78

A

1008-1151(2023)07-0026-04

2023-03-16

蔣健（1972－），男，廣西大錳錳業集團有限公司助理經濟師，從事海外礦山管理、生產技術等工作。

唐庚飛（1980－）男，靖西市大西南錳業有限公司高級工程師，從事錳冶煉、錳渣處理及智能化改造技術等工作。