有色金属冶炼的智能工厂建设

有色金属冶炼的智能工厂建设

路彤

内蒙古包钢钢联股份有限公司工程服务公司内蒙古包头市014010

摘要：在智能工厂“巩固冶炼”战略要求下，进一步发展面临着资源短缺、人力成本上升、环境约束进一步增强、自主创新能力亟待提高等一系列问题，低能耗高资源利用率等挑战倒逼企业要转型升级。在未来的进步发展，不仅需要深挖内潜，在生产管理的精益化、自动化、标准化上下功夫，站在全流程的角度进行更多工序的集成优化和协同运作，更需要以智能化、网络化、自动化为核心特征的智能工厂建设和改造，实现工厂转型升级、提质增效、绿色发展。运用智能制造技术实现有色金属冶炼工厂的智能化，提高生产效率和生产质量，降低生产成本，节约生产能耗。

关键词：智能；工厂；建设  

我国有色金属冶炼多元素资源共生、原料品质波动大、冶炼工艺复杂等特点，在企业已有自动化、信息化建设基础上，推进互联网、大数据、人工智能、5G、边缘计算、虚拟现实等前沿技术在有色冶炼工厂的应用，实现设备、物料、能源等制造资源要素的数字化汇聚、网络化共享和平台化协同，具备在工厂层面全要素数据可视化在线监控、实时自主联动平衡和优化的能力，建成集全流程自动化产线、综合集成信息管控平台、实时协同优化的智能生产体系、精细化能效管控于一体的清洁环保、安全高效的有色金属智能冶炼工厂，促进企业转型升级、高质量发展，提升企业的综合竞争力和可持续发展能力。

一、智能工厂建设原则

 1、坚持企业主体，战略主导。确立企业智能工厂建设的主体责任，根据企业战略，结合企业区域特征、产品定位、工艺装备、管理模式、两化融合基础，明确企业智能制造建设重点。 坚持整体规划，分步实施。把握智能制造发展方向和重点，从全局、整体层面进行顶层设计，围绕有色金属智能冶炼工厂建设主要环节和重点领域，结合企业自身能力和业务需求，分步实施，有序推进智能冶炼工厂建设。

 2、坚持问题导向，因企制宜。以解决企业生产管理和经营管理的实际问题为出发点，实现关键冶炼设备和控制技术的升级、突破；充分考虑企业智能制造建设基础，结合企业对智能制造发展的需求，因企制宜地进行智能工厂建设，有针对性地完善重点领域的智能化建设。 坚持创新引领，数据驱动。积极探索 5G 等新型基础设施在企业生产中的应用，推动新技术与有色冶炼的融合创新；基于数据和机理融合驱动的理念，应用大数据、人工智能、边缘计算等技术提升信息系统学习与认知能力，3 利用 AR/VR（增强现实/虚拟现实）等技术形成人机协同混合增强智能，充分发挥工艺技术人员的智慧与机器智能的各自优势，推动工艺与管理知识的沉淀与复用，支撑企业持续进行技术创新。

二、有色金属冶炼的智能工厂建设

1、有色金属冶炼智能工厂建设的基础条件。智能工厂是在数字化工厂的基础之上，运用物联网、工业互联网、大数据分析等新兴技术实现工厂管理的智能化，而数字化工厂又是建立在数字化车间的基础之上的。根据数字化车间建设的国家标准，数字化车间建设必须符合一定的条件，如数字化设备应用的占比达到70%，生产过程的数据采集达到90%，生产资源实现信息识别能力，生产过程实现可视化，生产工艺设计采用数字化设计方法。离散型智能工厂可根据生产规模、生产成本和工艺特点决定是否建设数字化车间，流程型智能工厂必须建设关键工序的数字化车间。有色金属冶炼属于流程型制造行业，因此有色金属冶炼智能工厂必须建设配料、熔炼、电解、熔铸和供电等关键工序的数字化车间。同时实现各系统的集成与各车间之间的网络连接或建有全厂网络与数据中心。

2、有色金属冶炼智能工厂建设的设计规划。智能工厂建设不管是新建工厂还是旧厂改造，都是一项复杂而又漫长的工程，尤其是旧厂改造，难度远大于新建工厂，因此智能工厂建设必须有专业详细的设计规划作为指导。设计规划自上而下，从前往后，以生产工艺为主线，以生产需求为导向，从生产过程的难点、堵点入手。做到顶层设计，设定智能工厂建设的预期目标与效果。智能工厂设计规划包含智能工厂整体架构、系统平台建设、生产执行管理、计量管理、能源管理、设备管理、安全环保管理、仓储管理、物流管理和质量管理等。有色金属冶炼智能工厂规划加入行业特色相关内容，如炉料、炉渣、烟气成分在线检测，冶金炉终点判断，炉温在线检测等冶金工艺的智能化技术及智能装备的应用。

3、有色金属冶炼智能工厂基本要素

（1）生产计划。根据年度生产目标或市场环境预期制定年度生产计划，然后对年度计划进行分解，形成季度、月度和日生产计划。同时按照工艺，对生产流程进行分解，将年度、季度、月度和日生产计划分发至各工序。建设计划编制、审批、变更、发布、分解和跟踪的多功能管理系统。实现计划的记录、预警和预测。

（2）生产执行。生产执行可理解为有色金属冶炼过程包括配料、熔炼、电解、硫酸等关键生产过程。配料是有色金属冶炼行业的最基本工序，是衔接原料和产品生产过程的重要环节。有色金属矿种比较多，成分复杂不稳定，质量参差不齐，配料比例难以精准控制，配料计划的管理是配料的前提工作，合理的配料计划能够保持炉况的稳定和产品质量合格。借助人工智能技术完成配料过程计算，自动生成配料单，应用无人行车、智能电子秤、原料成分在线检测等装备完成配料执行过程，实现配料的自动化、智能化。熔炼作为火法冶炼的核心工序，对整个有色金属生产线起着至关重要的作用，因此对熔炼过程的管控可有效提高生产效率，保障产品质量。运用APC技术、机理模型、数字孪生等技术实现冶金炉窑的智能控制，实现熔炼工艺控制的智能化。电解工序在有色金属冶炼过程中是必不可少的环节，电解过程能否稳定高效运行直接决定了产品的品质，因此电解工序的管理可采用数模系统和红外热成像等技术，通过在线控制系统控制新液供给量、酸液比、槽温和电流强度等过程参数，最终使电解槽产出的产品品位和产量比趋向目标值。铸锭工序可应用视觉+AI机器学习方式进行产品质量判定，通过自动化系统串联浇筑、码垛、打包、称重和贴标等功能实现产品计量打包全流程的无人化作业。

（3）计量管理。检测计量、化验分析是企业检测原料产品质量和贸易结算的重要手段。有色金属冶炼企业计量与化验产生大量的数据，如何及时、准确、无误地采集、传输、处理、应用这些海量数据变得越来越重要。减少人为干预，提高衡器作业效率，实现无人化、智能化计量，是现代企业计量发展的趋势。应用工业互联网技术与智能计量、检测装备，建设智能计量及化验管理系统，实现对工厂进出物料计量、检验和结算的统筹管理。规范企业检斤计量、化验过程，提高计量与检测工作效率和可靠性，达到严密监控各类物料的质与量的情况并有效指导企业生产运行的目的。

4、系统集成与优化。有色金属冶炼智能工厂系统集成可采用基于工业互联网平台的云、边、端架构，实现各系统、各区域和各层级的信息传输与集成。建立生产管控与业务经营两个层面的管理系统，实现采购、生产、销售和决策于一体的管控平台。建设系统对接的网络、车间联通的网络和全厂互联的网络，实现网络互联、信息互通。根据工厂大小以及信息安全要求，考虑网络安全建设，可对网络进行物理隔离或防火墙隔离，将办公网与工控网、生产网进行隔离。智能工厂运行过程中产生大量的数据，系统集成不仅需要软件系统、网络建设，还需服务器、存储器等硬件设施的建设，因此智能工厂必须建有数据中心对数据进行汇总、存储和监视。通过硬件设施部署、网络建设、系统集成实现全厂甚至整个企业的集成管控。

总之，有色金属冶炼工厂设备繁杂，工艺复杂，车间布局分散，管理集成度低。通过建设集全流程自动化生产线、综合集成信息管控平台、实时协同优化的智能生产体系和精细化能效管控于一体的环保低耗、安全高效的有色金属冶炼智能工厂，实现生产数据数字化、生产管理协同化和生产集成规范化。

参考文献：

［1］张然克.有色金属冶炼的智能工厂建设规划[M]. 北京 ：机械工业出版社 ,2019.

［2］金 碚. 有色金属冶炼的智能工厂建设[M]. 北京 : 中信出版集团 ,2018.

［3］向信厅.智能制造综合标准化与新模式应用项目管理工作[J].工业出版社，2019.