導 讀

本文為“2020年度中國智能制造應用領先暨最佳實踐獎”參評案例。

作者：素材由貴冶提供，e-works 整理

1

企業簡介

江銅貴溪冶煉廠（簡稱“貴冶”）是國家"六五"期間22個成套引進項目之一，始建于1979年，經過一期、二期、三期和新三十萬噸銅冶煉工程建設到2018年已形成了100萬噸以上的銅産能規模，成為全球單廠産能最大的銅冶煉廠。貴冶長期堅持低成本、優質量、高價值的精品方針，擁有陰極銅、硫化工、稀貴金屬三大系列十大産品。主産品有陰極銅、工業硫酸、金錠、銀錠和三氧化二砷。貴冶的産品質量均達到國際同類産品先進水平。“GUIYE”牌陰極銅是中國首家在LME（倫敦金屬交易所）注冊的産品，“JCC”牌金錠、“JCC”牌銀錠、“JCC”牌陰極銅先後在倫敦注冊成功，貴冶所有主牌号産品都為國際知名品牌，硫酸産品始終保持國家金獎品質。同時貴冶已發展成為全國最大的硫酸銅、铼、硒、碲、铋生産基地。

2016年江銅貴溪冶煉廠申報的“銅冶煉智能工廠試點示範”項目順利通過國家工信部審核，貴冶成為銅冶煉行業首家試點示範項目。目前貴冶正在大力推進“智能工廠”建設，打造銅冶煉行業“智慧冶煉”新樣闆。

圖1 江銅貴溪冶煉廠

2

企業智能制造現狀

貴冶是國内最早采用閃速煉銅技術的工廠，工廠擁有I、II兩套以閃速爐為核心的生産系統，生産工藝主要由熔煉系統、電解系統、制酸系統、稀貴金屬回收系統、選礦系統、動力系統和環保系統七大部分組成。生産各工序緊密關聯，是典型的流程制造企業，采用按庫存、批量、連續生産方式，品種固定、批量大，體現的是以配方為核心的生産模型，具有設備大型化、自動化程度高、生産周期長、過程連續或批處理等特征。

經過40餘年的發展，貴冶多項技術經濟指标位居世界前列，管理技術水平處于行業領先地位。但我們也看到，在信息化、自動化、智能化等方面，工廠存在着一系列的問題，這些問題已成為企業長足發展的嚴重制約。

信息化方面，貴冶經過十多年的信息化建設，存在滿足不同業務需求的應用系統，包括ERP、協同OA、全面預算、人力資源管理、生産管理、設備管理、物料管理、安環管理等，基本覆蓋了工廠主要的業務功能，但各應用系統不同時期建設，沒有總體規劃，缺少工廠層面的提煉，業務部門僅從自身業務考慮，缺少對上下遊業務的貫通，各應用系統代碼體系不統一，标準各異，對積累的數據缺乏整合分析手段，無法為管理層提供智能決策。

自動化方面，貴冶采用大中型DCS或PLC系統實現生産的監視與控制，安裝了帶現代化傳感器的3千餘台機電設備和近萬台儀表設備，自動化控制系統涉及國内外7個廠家10餘種型号40餘套控制系統，通過OPC接口軟件采集DCS/PLC/FCS控制系統的實時數據，将各種設備、儀器儀表等采集的實時數據存儲到工業大數據平台的PI實時數據庫，實現對生産過程的實時監控。盡管貴冶主工藝流程的自動化程度很高，但仍存在不少自動化程度低、人工作業勞動強度大、作業環境差的崗位，如過磅、碼垛、打磨、打包、極闆剝離清洗等工作仍為人工操作。同時存在部分機電或儀表設備已落後，故障後無備件可更換，及DCS/PLC/FCS系統各公司産品不能互換、不能互操作等問題。

智能化方面，工業機器人尚未在工廠普及應用，關鍵工序的智能化程度偏低，不能實現全工序流程的智能化控制。

在市場方面，銅價波動影響企業的經營與收益，工廠部分産品時有滞銷，同時客戶個性化需求增加、交貨期要求越來越短，低能耗高資源利用率等挑戰倒逼企業要轉型升級。

雲計算、物聯網、大數據、移動互聯等信息技術的出現，為制造業向新一代智能制造的轉型升級提供了技術支撐。智能制造是用智能的技術和制造的技術相融合，用智能的技術來解決制造的問題。新一代信息技術、人工智能等的迅猛發展及其在制造領域的融合不斷促使各先進制造國家積極探索智能制造的發展戰略，以實現全制造流程與全生命周期數據的互聯互通、業務的協同聯動及決策的動态優化，最終達到制造系統的智能化、協同化、透明化、綠色化。

3

項目詳細情況

1.項目背景

依據工信部實施指南、考核指标及能力成熟度等級标準，結合工廠實際，我們拟定了貴冶智能工廠建設的總體目标：通過信息技術、工業技術和管理技術的“三元”融合，實現工廠全要素的數字化感知、網絡化傳輸、大數據處理和智能化應用，構築起“現場識别自動化、信息處理即時化、問題研判協同化、管理決策智能化”的智慧冶煉新模式，實現具有貴冶特色的技術模式和管控模式的高度集成及全面優化升級，提升工廠數字化、精準化、高效化和現代化生産水平。

圖2 貴冶車間現場

主線流程工藝實現智能化控制：備料、熔煉、硫酸、電解、一車間、新材料、選礦等主要生産車間關鍵裝備數字化率、生産數據自動采集率達到90%以上，操作指令參數由系統完成，基本無人工幹預，全面實現集中管理、遠程控制。

生産過程實現高度自動化：物料流轉和檢驗自動化，原輔料、中間品、産品等全面消滅重複性、高強度、惡劣環境下的人工作業，研發一批具有行業特點的自動化智能裝備。

管理決策實現數字化和網絡化：構建一體化應用系統平台，集成工控DCS、視頻監控、SCADA、MES、PLM、ERP等系統，構建起銅冶煉大數據平台。

通過智能工廠一期、二期持續建設，打造集中集成一體化的信息系統平台，消除信息孤島；建設IT支撐平台及配套設施，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，提高勞動生産率，節能降耗、綠色發展，最終達到工信部試點示範項目要求：實現運營成本降低20%、産品研制周期縮短20%、生産效率提高20%、産品不良率降低10%、能源利用率提高10%。

2.項目實施與應用情況

信息技術、智能技術、工藝技術與傳統制造技術的融合，催生出了一系列的先進制造技術，使得原材料轉化為産品的過程效率更高、成本更低，推動了制造業生産方式和發展模式的深刻變革。

經過二年多的建設，貴冶生産運營管理的數字化、自動化、可視化水平大幅提升，促進轉型升級、提質增效作用顯著，取得了一系列成果，為銅行業的智能工廠建設提供了良好的借鑒和示範作用。

1）基礎設施成果

（1）構建了國家B級标準機房，采用雲化技術，建成高性能、智能、節能的貴冶私有雲數據中心。新建了布局合理、溫控/安全/消防/監控設施齊全、功能完備、設施先進、運行穩定、綠色環保的現代化機房，保障服務器、通信設備運行可靠安全。機房由28個标準機櫃組成一個冷通道，能效指标（PUE）達到1.3，遠低于基準值2；50台PC服務器采用青雲雲平台技術組建私有雲數據中心，整合計算、網絡、存儲、虛拟化和雲操作系統、運維安全等軟硬件平台，實現虛拟數據中心、桌面雲、關鍵業務、大數據、高性能計算、雲災備、雲安全、雲運維等，提高計算資源利用率。私有雲已有680台服務器，其中500台為雲桌面終端，剩餘180台為智能工廠正式環境、測試環境應用服務器；Oracle數據庫一體機90TB容量存放智能工廠應用數據。

（2）通過視頻網絡擴充、升級改造監控設備及指揮中心的建設，實現智能安防“一張網”。保留、調整、新增1000餘個監控點位，遵從網格化管理，對監控點合理布局，依據責任區域、區域面積、區域結構、監控密度和單位分布等要素，按照“圈、塊、格、點”的基本框架，以廠區圍牆外圈形成相對閉合的圈，圈内按各單位區域劃分形成相對獨立的塊，塊内依據目标功能分成網格，格内布點，構建智能監控多重防線，實現實時監控、超限報警。搭建了環保、消防、交通、安防、管理、指揮六大智能應用平台，構成集存儲、應用、管理和相關業務流程為一體的智能視頻監控體系。

（3）通過管理網、控制網、視頻網、無線網四網合一，實現工廠網絡全覆蓋。在現有有線網絡的基礎上，根據智能工廠網絡支撐平台需求，使用4台萬兆核心交換機、10台網絡安全設備組建成智能工廠骨幹網絡，為智能工廠提供穩定的高帶寬數據傳輸通道，形成骨幹網萬兆、彙聚千兆、桌面百兆，自下而上，星型分布，全面覆蓋工廠的有線網絡系統。在無線網絡建設方面，增加了3個基站（二期将建設5G專網），提高無線信号強度，實現條碼、射頻識别、傳感器、手持PDA、點巡檢儀等物聯網設備的應用。在窄帶物聯網（NB-IoT）方面，利用其覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點，新增了53台NB-IoT類設備，用于廢水、廢氣、固廢等安環監測及用于水、電等能源管理，實現了現場數據的采集、上傳及使用。

（4）通過物聯網技術建立數據自動和智能采集系統，夯實工業互聯基礎。一期建設充分利用物聯網技術，通過配置射頻識别、二維碼、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等智能傳感器裝置實時采集物體的聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各類信息，通過有線網、無線網的接入，将物體的信息實時、準确地傳送，解決以往數據自動采集能力不強，手工數據較多，數據不準确、不及時等問題，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識别和管理。一期共配置手持PDA 188台、工業平闆140台、條碼打印機77台、條碼槍20個、RFID卡4225個、RFID讀寫器25個、自助打印終端機5台、串口服務器41個、紅外線熱成像儀10台、手持點檢儀58台，測溫測振測速傳感器217個，新增、替換電能計量裝置400餘套，極大提高了數據在線采集能力。

2）信息管理成果

（1）通過頂層設計，形成了智能工廠1.0整體解決方案并初步構建起智能工廠主體框架。對工廠業務進行詳細調研、全盤梳理，找出關鍵管控點，優化業務流程，提煉功能需求，以總攬全局的站位，從上至下設計出“智能工廠”的全貌，包括總體架構、技術架構、數據架構、安全架構、集成架構及功能架構的方案設計，初步形成整體解決方案，并按照統籌規劃、分步實施的原則，逐步開展各個子項目的建設，具有銅冶煉特色的智能工廠框架日漸清晰、明了。

（2）通過統一的信息系統集中集成平台，實現系統對接、平台級聯，打破信息孤島、拔掉數據煙囪，貫通數據共享開放的“主動脈”。項目建設前，貴冶存在大大小小17個信息系統，不同時期建設，各自為政、條塊分割，管理過程、管理系統規範、數據代碼标準不一緻，造成部門間的信息共享障礙，且開發語言、編程技術、運行平台也不統一，各系統的兼容性、集成性和擴展性較差，無法快速響應業務需求的變更及技術的叠代，猶如一個個分散、獨立的“信息煙囪”，已然成為工廠信息化發展的瓶頸，成為工廠智能化推進的一大阻礙。本期信息系統建設重點在此方面下功夫，采用以虛拟化、并行計算、分布式存儲和自動化為中心特征的雲計算和互聯網架構，建立标準、統一、數出一源的集中集成信息平台，通過統一的IT技術體系（雲架構）、統一的開發運維平台（iuap平台）、統一的代碼體系（主數據标準），建立以标準化、企業數據倉庫和企業服務總線為核心的服務體系，支撐智能工廠研發及運營（DevOps）一體化，具有良好的擴展性，并大幅降低IT部門的運維成本。通過整合碎片化應用，實現工廠層面的數據共享,拔掉“信息煙囪”，構建統一高效、互聯互通、安全可靠的數據資源體系，推動信息跨部門跨層級共享共用。

（3）通過數據自動和智能采集系統，打通數據通道，實現數據歸集、融合，奠定了大數據分析和決策的支持基礎。一期建設充分利用物聯網技術采集和傳遞數據流，打通了工廠内部、軟件之間、硬件之間以及軟硬件之間的數據通道，實現從工廠實時數據到企業經營層面數據的整合與貫通；通過數據庫集成、點對點集成、數據總線的集成、面向服務的集成等多種模式，将各類異構業務系統縱向、橫向有效集成，達到信息流、數據流無縫傳遞，實現了信息資源的歸集及人機智能交互；利用大數據、雲計算等技術，整合企業生産、物流、設備、能源、産品、經營以及企業内外部價值鍊上各類數據，服務于大數據建模及智能決策分析。

（4）通過統一生産管理業務操作平台，彙聚、融合生産實時數據、生産作業數據、生産管理數據等各類信息，為生産管理人員提供方便、高效的業務功能處理工具，逐步實現一體化協同生産管控的建設目标。智能工廠一期建設前，貴冶沒有一個統一的生産管理業務操作平台，生産控制上采用大中型DCS或PLC系統實現生産的監視與控制，數據傳入實時數據庫；生産作業大多為手工填寫、人工交接，數據多為紙質單據或電子文檔，指令流轉多采用傳統的電話溝通等線下傳遞模式，未實現痕迹化的線上閉環管理。生産管理的數據不能及時反饋到工廠管理層，工段、車間、工廠層面數據不一緻，車間、調度、計劃統計報表數據不一緻，涉及到物料和水電汽的分攤不規範，人為反平衡處理，不利于反映生産實際情況，難以推進精細化生産管理。一期建設實施後，通過統一的生産業務管理操作平台，将業務崗位中手工作業電子化，多方數據彙聚融合，實現整個工廠過程的可視化管理，通過跟蹤數據流，發現問題、解決問題，提升企業生産的精細化管理水平。

（5）初步形成包括架構、應用、數據、技術、管理規範、信息安全、信息服務等銅冶煉智能工廠1.0标準體系，入選《有色金屬行業智能冶煉建設指南》編制單位，樹立标杆，實現應用牽引。貴冶在銅冶煉智能工廠建設上屬先行者，通過實踐摸索，初步形成智能工廠1.0标準模闆，包括總體架構、關鍵要素、建設路徑、應用規範、業務流程、組織規劃、基礎設施、信息資源、信息安全、集成服務、評價指标等，建立了數據編碼及指标的标準化體系，參與了《有色金屬行業智能冶煉建設指南》調研及編制工作，對于指導有色金屬行業智能冶煉系統設計建設、改造提升，具有行業示範意義。

4

取得收益

生産效率和管控能力有效提升。工廠建立了數據中心、生産指揮中心、視頻監控中心、計量控制中心四大彙聚中心，實時彙集傳遞生産、安全、環保、工藝、質量等信息，實現工廠的扁平化管理，将以往分散在不同工序、不同職能部門和業務單位的生産操作、能源調度、檢修管理進行綜合的管理與控制，形成一個柔性的智能生産網絡，每個服務來自不同的系統，生産計劃服務來自ERP、生産作業指令服務來自生産管控中心、能源調度指令服務來自能源管控中心，設備維修計劃服務來自檢修管控中心，計劃執行與反饋服務通過DCS/PLC控制系統完成，生産制造服務由設備完成。

而未來建立突破工序界限、能源介質界限、業務單位界限，形成以功能進行區分的管理控制中心是企業智能控制、智能管理、智能經營的有效方式。通過在貴冶建設核心管控中心，能夠利用江銅集團在行業中的領先地位，起到行業示範的效果。通過管控中心的領先建設和探索，再造經營管理流程，定義行業領先的智能工廠經營管理模式标準和規範，引領國内外有色行業智能工廠建設話語權。

物質流、信息流、資金流有機統一，滿足了各級工序處置的需求。各環節緊密銜接和協同配合，通過規範化通訊接口實現數據交互，達到“數據不落地”的傳輸，實現資源大共享，實現了管理網、控制網、視頻網、無線網四網合一，變“信息孤島”為“信息通衢”。工廠廣泛使用了條碼、射頻識别、傳感器等先進設備技術，并借助物聯網、移動通訊等技術，實現物物互聯，滿足工藝裝置數據連續性精準傳輸的需求。

提升了經濟效益、降低了生産成本,節能降耗、綠色生産。智能工廠項目實施後，最大限度地幫助企業更好地對生産過程進行監控并調整，通過對過程變量實現在線采集後,建立其高精度工藝模型，利用先進控制優化算法對生産過程進行優化控制，使系統運行更加合理，最終達到提高産品質量和生産效率、降低成本、提高運行安全性、減少環境污染和資源消耗的目的。同時規範企業的生産、經營管理，提高企業的綜合管理水平，對推動銅冶煉企業控制水平整體上升、帶動相關産業的發展有重大意義，将中國有色冶煉企業的冶煉水平提高到一個新的台階，并可大大降低冶煉企業的能源消耗，降低事故發生率，減少環境污染。

1）經濟效益分析

智能工廠一期建設實施後，極大提升了企業智能制造水平。通過集中集成的應用系統平台建設，縮短原輔料及産品的運輸、計量、出入庫等時間消耗，提升數據流轉效率，解決原有作業模式下管理方式粗放、檢驗方式落後、環保效果不佳、數據統計不及時等問題，有利于實現數據的規範化、标準化、電子化和集成化，提高産品質量和生産效率，降低延時、檢修等費用支出；通過裝備的自動化智能化升級改造，大大改善生産操作人員的工作環境，消除粉塵、噪音、危廢等對操作人員的身體危害，大幅提高勞動生産率，降低人工及運營成本，具有可觀的經濟效益。

2）社會效益體現

貴冶智能工廠建設涉及大量的關鍵技術，包括自動控制技術、數據傳輸技術、數據存儲技術、工藝模型算法、模型優化技術、多元環境感知技術等，通過關鍵技術的推廣和綜合應用平台的構建，為工廠培養了一批從事智能工廠設計、管控、運維、服務的高素質技術隊伍，可以為銅冶煉行業提供切實有效的智能制造解決方案及人才資源。同時作為銅行業領軍企業，貴冶智能工廠建設一定程序上推動了國内工業軟件産業快速發展，同時還有利于推動江西乃至全國工業軟件的自主研發和産業化。

項目的成功研發及實施将在産業升級中助力“中國制造”和“工業強省”發展，保障我國智能工廠關鍵技術的自主安全可控，促進制造業進一步降本、提質、增效，對銅冶煉行業形成輻射和示範作用，進而推動整個産業鍊的智能制造進程。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!