江銅集團貴溪冶煉廠——融合互聯 智慧冶煉
江銅集團貴溪冶煉廠(以下簡稱貴冶)是位于江西省鷹潭市, 是中國第一家采用世界先進閃速熔煉技術、高濃度二氧化硫轉化制酸技術、傾動爐、卡爾多爐雜銅冶煉技術和ISA（艾薩法）電解精煉技術的現代化煉銅工廠，年產陰極銅百萬噸以上，是中國最大的銅、硫化工、稀貴金屬產品生產基地，也是世界首個單廠陰極銅產量超百萬噸的煉銅工廠。職工人數3200人，占地面積3500畝。
一、 項目概況
1. 項目背景
貴溪冶煉廠是目前世界上最大的單體銅冶煉工廠，經過30余年的發展，貴冶多項技術經濟指標位居世界前列，管理技術水平處于行業領先地位。但我們也看到，在公司“鞏固冶煉”戰略要求下，貴冶基本不會進一步擴大產能，主體工藝技術也不大可能進行重大革新，進一步發展面臨著原材料、人力資源等生產成本的上升；資源環境承載能力接近上限，環境約束進一步增強；自主創新能力亟待提高等一系列問題。
貴冶未來的進一步發展需要深挖內潛，在生產管理的精益化、自動化、標準化上下功夫，站在全流程的角度進行更多工序的集成優化和協同運作，最大限度的發揮工廠的潛力。以物聯網、大數據、云計算為代表的新一代信息通信技術與工業的融合創新發展，以及以智能化、網絡化、自動化為核心特征的智能工廠模式正在成為產業發展和變革的重要方向，是實現工廠轉型升級、提質增效、綠色發展的重要途徑和支撐。基于上述背景，貴冶與用友網絡合作啟動“銅冶煉智能工廠”項目。
2. 項目簡介
在大數據、物聯網、云計算、移動互聯網、人工智能等新技術的支撐下，在中國制造2025的政策指導下，推進貴冶“兩化”深度融合。以智能裝備為前提、以智能熔煉為重點、以智能監控和異常智能預警及智能分析決策為重要手段；在“生產管理、質檢管理、供應鏈管理、設備管理、能源管理、安環管理、輔助決策”七大業務領域，實現生產裝備自動化、公共服務平臺化、生產過程透明化、能源管理精細化、質檢管理標準化、設備管理科學化、安全環保數據化、供應管理高效化、輔助決策可視化等9大特征的智能工廠建設。通過感知、監測、控制、整合、協同等方式，使各工序信息實體連接和融合的更緊密，進而實現轉型升級、提質增效，打造智能高效、節能環保，具有銅冶煉特色的智能工廠，實現全面的精細化、精準化、自動化的管理控制。
3. 項目目標
打造中國首家銅冶煉智能工廠，包括生產管理、供應鏈管理、設備管理、能源管理、安環管理、輔助決策。
? 構建智能工廠系統，打造集中集成一體化的信息系統平臺 ，消除信息孤島；
? 建設IT支撐平臺及配套設施，實現工廠網絡全覆蓋，達到“數據不落地”傳輸，實現資源大共享；
? 充分利用大數據、人工智能技術，實現關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代，完成自動化提升及智能裝備試點實施，提高勞動生產率。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
貴冶智能工廠基于用友精智工業互聯網平臺搭建，系統整體架構如下：
圖1 貴冶智能工廠整體架構
采集層：包括DCS/PLC/WMS，通過各種通訊手段接入各種控制系統、數字化產品和設備、物料等，采集海量數據，實現數據向平臺的匯集。
數據層：包括關系數據庫和實時數據庫，業務數據保存在關系數據庫中，物聯數據保存在實時數據庫中。
技術平臺：是用最新一代的iUAP平臺，包括主數據、流程引擎、應用服務器、開發框架（移動/前端/服務端）、消息服務、調度服務等。
應用層：主要包括指標管理、生產計劃、調度協同、工藝巡檢、智能監視、安環管理、能源管理、作業管理、金屬平衡、異常管理、質檢管理、設備管理、物料管理、汽運管理、鐵運管理等。
2. 網絡部署方案
圖2貴冶應用網絡部署方案
3. 關鍵應用
關鍵應用一：智能物聯
智能物聯的范圍包括：控制系統實時數據、質檢設備數據、電子秤計量數據、汽車GPS數據、巡檢數據、現場作業數據、調度指令及作業指令數據、視頻數據等。
圖3 智能物聯
? 系統支持從PI實時數據庫獲取實時數據；
? 系統支持將視頻數據集成到系統中的多種顯示終端顯示；
? 進廠汽車發GPS定位設備，實現汽車行駛軌跡的實時監視和預警；
? 原料和中間產品、產品通過電子秤（地磅或臺秤）計量，智能工廠系統從電子秤獲取數據；
? 不同質檢設備，有不同的接口協議，支持這些不同協議的數據轉換；
? 專屬接口定制不同類型的。
關鍵應用二：智慧監視——實現全廠綜合調度指揮
通過綜合調度指揮平臺實現廠級的綜合調度指揮能力，實時多角度監視全廠的生產、安環、能源、設備、供應鏈和廠級重點經濟指標運行狀況，尤其針對各種異常的監視、分析與處置，發揮綜合調度的優勢針對問題多部門現場聯動分析與處置。
圖4 智能監視
關鍵應用三：智慧調度——流程行業高效協同
基于熔煉裝備的自動化、數字化和網絡化，構建智能化生產作業的熔煉系統。通過系統實時反饋作業狀態，實現生產作業指令自動化，智能計算熔煉作業的物耗能耗，精準判斷熔煉作業終點，實現熔煉系統全程智能化控制。
圖5 智慧調度
系統的核心包括：1）熔煉節奏智能控制；2）行車智能調度；3）銅酸協同聯絡；4）閃速爐智能控制（數字控制、協同作業、智能調節）；5）轉爐智能吹煉（精準投料、終點預測、數字控制）；6）陽極爐智能精煉（終點預測、用能平衡、數字控制）。
關鍵應用四：智能物流
智能物流以貴溪冶煉廠這一生產主體為核心，以滿足生產及經營需要為前提，管理包括鐵路運輸、汽車運輸等物流業務各環節的管理應用。
圖6 智能物流
通過智能物流管理實現如下應用效果：
? 鐵運資源優化提升：實現鐵運全過程環節高效溝通與協同，縮短車輛駐廠時間，節約運力，加快物流周轉；
? 汽運過程智能管控：通過人機監控、業務閉環，及時發現并阻止汽車違規行駛、貨運作弊情況；
? 無人值守減員增效：軟硬件結合優化汽車衡計量工作，自動采集磅秤數據，提高計量時效與精度，減輕司磅工作；
? 過程物料規范管理：實現全廠中間物料轉運工作程序規范、作業高效、過程透明、數據精準，為生產上下游環節做好銜接服務；
? 材料備件供需統籌：實現全廠材料備件的供需平衡與統籌，減少呆滯與浪費；
? 購銷存運均衡閉環：通過系統應用與信息集成，實現全廠供應鏈物料采購入廠、銷售出廠、倉儲作業、運輸計量的完整閉環操作，數據共享，業務管控，過程透明，幫助企業均衡管理物資供應與生產需求，減少資金積壓。
關鍵應用五：智能配料
通過智能配料，對不同品質的銅精礦合理搭配使用，保障產出質量穩定。庫存質量發生重大變化時，主動提醒，實現配料業務主動安全。實現配料執行的對比分析，優化配料控制指標。
圖7 智能配料
智能配料系統記錄配料相關的各種約束（約束條件在使用過程中進行迭代優化），動態調用最新原料的存量和元素含量，由智能算法進行原料的投入配比規劃輸出。
關鍵應用六：能源優化調度
基于企業設備、工藝明確的運行策略，通過對生產運行情況持續跟蹤監視，輔助企業調度優化運行方案，幫助企業優化用能、回收利用、提高能效、節約成本等。包括：
? 總降壓主變運行臺數優化
? 總降壓主變運行負荷優化
? 透平發電機組低壓透平投運停運優化
圖8 能源平衡優化
能源管理系統是智能工廠重要組成部分，通過對能源計量信息匯總平衡及計劃預測數據的管理，實現企業能源運行狀況、指標執行等的監視，及時發現異常、處理異常，優化能源運行調度，滿足企業穩定生產提供能源保障及能源高效利用。同時，利用數據分析手段進行數據挖掘，追蹤能耗影響因素，為工藝改善提供數據支撐。
關鍵應用七：熔煉時序節奏管理
根據熔煉作業數據自動按熔爐組實時狀態形成節奏時序圖，提升整個熔煉系統調度指揮管理的智能化水平，以信息共享、過程可控、科學預判為重心，構建閃速爐、轉爐、陽極爐的生產管控的智能化支撐，共享三大爐完整的作業進度，及時、準確調整作業要求，實現作業預期判斷和產品質量最優控制。
圖9 熔煉時序
4. 安全及可靠性
用友iUAP企業互聯網開放平臺承載著企業關鍵業務的運行，其安全性是實現服務價值的基本保障。在企業環境中，安全體系建設應該全面考慮應用安全、基礎架構安全、業務安全、安全管理、安全合規等多個方面，其中應用安全是整個保障的核心。iUAP技術平臺中的安全組件及框架為應用安全架構提供了完整的解決方案，為整個安全體系建設提供必要的支撐。
4.1安全組件及框架
iUAP技術平臺安全組件主要包括幾個部分的內容：用戶認證鑒權組件、服務認證鑒權組件、安全日志組件、安全編碼框架、安全加解密框架。
在這些組件及框架的基礎上，應用開發可以快速實現包括身份鑒別、訪問控制、會話安全、數據安全、安全日志、安全審計、服務安全、編碼安全等應用所需的基礎安全能力。
圖 10 應用安全組件框架
4.2智能工廠應用軟件應用安全
應用系統的安全體現在：
? 用戶、權限控制
? 數據權限控制
? 提供對在線用戶的監控，記錄用戶操作日志，可追溯、分析、查詢、統計。
? 服務器性能監控及預警
4.3移動應用安全機制
考慮到移動應用需要在貴冶廠外使用，為應對移動化面臨的安全風險，建議采用用友移動應用平臺提供覆蓋端到端的安全機制，具體如下：
? 通過兩道防火墻，將企業的內部網絡隔離為內網區、擺渡區，擺渡區中設置反向代理服務器；
? 外網移動用戶無法直接訪問部署內網區的移動應用服務器，需要通過部署在擺渡區的反向代理服務器，再經過內網防火墻過濾，方能訪問移動應用服務器；
4.4實時數據采集安全機制
實時數據采集有數據采集專網，數據采集專網采集數據到實時數據庫。智能工廠軟件從實時數據庫讀取數據，不主動寫數據到實時數據庫。只允許智能工廠應用服務器訪問實時數據庫，不允許其他服務器訪問。
4.5數據應用安全機制
在數據應用時要考慮數據應用的安全，數據應用安全體現在：
? 數據權限控制，不同的崗位的人員可以查看不同的數據
? 監視畫面或大屏幕展示上的數據需要在組態時考慮數據安全性，保密數據或敏感數據要繪制在專用畫面上，與普通畫面分隔開，再控制畫面的權限，避免不同非授權人員看到敏感數據。
? 環保數據，安環數據，需要在后期配置數據時有安環部把關控制
? 質檢數據展示時需要有質量計量部把關控制
? 金屬平衡等方面的數據需要有計劃部把關控制
4.6網絡安全
安全域：采用物理墻實現各功能區的安全隔離，保障各功能區的安全性（生產數據庫區、生產應用區和開發測試區）。
網絡安全防護：采用虛擬防火墻技術增強功能區內部即云內應用間的隔離和訪問控制。
網絡安全監控：通過部署IPS等監控設備，提升對威脅的感知能力。
應用安全漏洞防護：通過WEB防火墻及入侵防御系統實現應用系統的WEB防護及入侵檢測與防御。通過應用安全檢測，發現應用安全開發或者部署漏洞。
系統前端的網絡可靠性靠網絡冗余來防止網絡中斷系統異常。
4.7主機安全
系統后臺服務器，遠程在線熱備方式防止主機停機給系統應用帶來影響。
同時，系統基于內部專屬云部署，硬盤，內存等硬件資源靠專屬云保障系統的穩定可靠性。
三、下一步實施計劃
完善一期：用好系統、維護好裝備，堅持先固化再優化的原則，把一期建設的效果充分發揮出來。
規劃二期：大數據的深化應用、打造1-2個具有行業代表性的數字化車間、自動化裝備的推廣應用。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
將GIS技術與汽車行駛軌跡，能源管網管理相融合，數字化可視化管理實物位置，危險發生時可以實時定位。
以工業APP的方式將配料相關的各種約束，動態調用最新原料的存量和元素含量，最優計算等固化在程序中，實現了工業知識的程序化沉淀。
基于神經網絡優化算法，預測轉爐吹煉終點，精準指導排渣、排銅等運輸工具的安排。
采用云原生架構（微服務、容器云、DevOps、敏捷研發團隊）保障項目技術領先性。
%1. 實施效果
通過本項目實施，實現如下成果：
? 大數據應用
? ~10萬點/秒實時數據集
? >多種類型的物聯
? DCS/PLC/能源SCADA
? 電子秤/天車
? 質檢設備
? GIS數據
? PDA/電子看板
? 倉庫條碼/……
? 生產效率、管控能力、分析判斷水平大幅提高。
（1）實時時序預測監控，提高生產率，降低能耗，提供產品合格率
根據熔煉作業數據自動按熔爐組實時狀態形成節奏時序圖，提升整個熔煉系統調度指揮管理的智能化水平，以信息共享、過程可控、科學預判為重心，構建閃速爐、轉爐、陽極爐的生產管控的智能化支撐，共享三大爐完整的作業進度，及時、準確調整作業要求，實現作業預期判斷和產品質量最優控制。
（2）選礦緩冷場綜合管理，提高效率減少故障
選礦車間緩冷場模塊實現渣包緩冷作業管理無紙化，信息共享化，作業可視化。現在緩冷場數據統計分析方便快捷，有效降低現場人員統計時間1小時，降低統計錯誤率100%；緩冷作業提醒與熔煉車間協同更便捷，實現熔煉車間對出爐的爐渣進行線上全過程監控，提高爐渣利用率。
（3）生產管理無紙化數字化，實時掌控現場
現場實際應用逐步實現無紙化，其中選礦車間 、硫酸車間、傾動爐車間現場已完全實現無紙化辦公。交接班記錄電子化后使管理者實時快捷掌握了解現場情況，輔助管理者做出正確擇決。
聲明
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