江銅集團貴溪冶煉廠——融合互聯(lián) 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(shù)、高濃度二氧化硫轉(zhuǎn)化制酸技術(shù)、傾動爐、卡爾多爐雜銅冶煉技術(shù)和ISA（艾薩法）電解精煉技術(shù)的現(xiàn)代化煉銅工廠，年產(chǎn)陰極銅百萬噸以上，是中國最大的銅、硫化工、稀貴金屬產(chǎn)品生產(chǎn)基地，也是世界首個單廠陰極銅產(chǎn)量超百萬噸的煉銅工廠。職工人數(shù)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(jīng)過30余年的發(fā)展，貴冶多項技術(shù)經(jīng)濟指標位居世界前列，管理技術(shù)水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位。但我們也看到，在公司“鞏固冶煉”戰(zhàn)略要求下，貴冶基本不會進一步擴大產(chǎn)能，主體工藝技術(shù)也不大可能進行重大革新，進一步發(fā)展面臨著原材料、人力資源等生產(chǎn)成本的上升；資源環(huán)境承載能力接近上限，環(huán)境約束進一步增強；自主創(chuàng)新能力亟待提高等一系列問題。
貴冶未來的進一步發(fā)展需要深挖內(nèi)潛，在生產(chǎn)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(yōu)化和協(xié)同運作，最大限度的發(fā)揮工廠的潛力。以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為代表的新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)的融合創(chuàng)新發(fā)展，以及以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化為核心特征的智能工廠模式正在成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革的重要方向，是實現(xiàn)工廠轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效、綠色發(fā)展的重要途徑和支撐。基于上述背景，貴冶與用友網(wǎng)絡(luò)合作啟動“銅冶煉智能工廠”項目。
2. 項目簡介
在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的支撐下，在中國制造2025的政策指導(dǎo)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(jiān)控和異常智能預(yù)警及智能分析決策為重要手段；在“生產(chǎn)管理、質(zhì)檢管理、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備管理、能源管理、安環(huán)管理、輔助決策”七大業(yè)務(wù)領(lǐng)域，實現(xiàn)生產(chǎn)裝備自動化、公共服務(wù)平臺化、生產(chǎn)過程透明化、能源管理精細化、質(zhì)檢管理標準化、設(shè)備管理科學(xué)化、安全環(huán)保數(shù)據(jù)化、供應(yīng)管理高效化、輔助決策可視化等9大特征的智能工廠建設(shè)。通過感知、監(jiān)測、控制、整合、協(xié)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(xiàn)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，打造智能高效、節(jié)能環(huán)保，具有銅冶煉特色的智能工廠，實現(xiàn)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(chǎn)管理、供應(yīng)鏈管理、設(shè)備管理、能源管理、安環(huán)管理、輔助決策。
? 構(gòu)建智能工廠系統(tǒng)，打造集中集成一體化的信息系統(tǒng)平臺 ，消除信息孤島；
? 建設(shè)IT支撐平臺及配套設(shè)施，實現(xiàn)工廠網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，達到“數(shù)據(jù)不落地”傳輸，實現(xiàn)資源大共享；
? 充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵工序智能化、關(guān)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(chǎn)率。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
貴冶智能工廠基于用友精智工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺搭建，系統(tǒng)整體架構(gòu)如下：
圖1 貴冶智能工廠整體架構(gòu)
采集層：包括DCS/PLC/WMS，通過各種通訊手段接入各種控制系統(tǒng)、數(shù)字化產(chǎn)品和設(shè)備、物料等，采集海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)向平臺的匯集。
數(shù)據(jù)層：包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)保存在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，物聯(lián)數(shù)據(jù)保存在實時數(shù)據(jù)庫中。
技術(shù)平臺：是用最新一代的iUAP平臺，包括主數(shù)據(jù)、流程引擎、應(yīng)用服務(wù)器、開發(fā)框架（移動/前端/服務(wù)端）、消息服務(wù)、調(diào)度服務(wù)等。
應(yīng)用層：主要包括指標管理、生產(chǎn)計劃、調(diào)度協(xié)同、工藝巡檢、智能監(jiān)視、安環(huán)管理、能源管理、作業(yè)管理、金屬平衡、異常管理、質(zhì)檢管理、設(shè)備管理、物料管理、汽運管理、鐵運管理等。
2. 網(wǎng)絡(luò)部署方案
圖2貴冶應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)部署方案
3. 關(guān)鍵應(yīng)用
關(guān)鍵應(yīng)用一：智能物聯(lián)
智能物聯(lián)的范圍包括：控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、質(zhì)檢設(shè)備數(shù)據(jù)、電子秤計量數(shù)據(jù)、汽車GPS數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)、現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)、調(diào)度指令及作業(yè)指令數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等。
圖3 智能物聯(lián)
? 系統(tǒng)支持從PI實時數(shù)據(jù)庫獲取實時數(shù)據(jù)；
? 系統(tǒng)支持將視頻數(shù)據(jù)集成到系統(tǒng)中的多種顯示終端顯示；
? 進廠汽車發(fā)GPS定位設(shè)備，實現(xiàn)汽車行駛軌跡的實時監(jiān)視和預(yù)警；
? 原料和中間產(chǎn)品、產(chǎn)品通過電子秤（地磅或臺秤）計量，智能工廠系統(tǒng)從電子秤獲取數(shù)據(jù)；
? 不同質(zhì)檢設(shè)備，有不同的接口協(xié)議，支持這些不同協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；
? 專屬接口定制不同類型的。
關(guān)鍵應(yīng)用二：智慧監(jiān)視——實現(xiàn)全廠綜合調(diào)度指揮
通過綜合調(diào)度指揮平臺實現(xiàn)廠級的綜合調(diào)度指揮能力，實時多角度監(jiān)視全廠的生產(chǎn)、安環(huán)、能源、設(shè)備、供應(yīng)鏈和廠級重點經(jīng)濟指標運行狀況，尤其針對各種異常的監(jiān)視、分析與處置，發(fā)揮綜合調(diào)度的優(yōu)勢針對問題多部門現(xiàn)場聯(lián)動分析與處置。
圖4 智能監(jiān)視
關(guān)鍵應(yīng)用三：智慧調(diào)度——流程行業(yè)高效協(xié)同
基于熔煉裝備的自動化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，構(gòu)建智能化生產(chǎn)作業(yè)的熔煉系統(tǒng)。通過系統(tǒng)實時反饋作業(yè)狀態(tài)，實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)指令自動化，智能計算熔煉作業(yè)的物耗能耗，精準判斷熔煉作業(yè)終點，實現(xiàn)熔煉系統(tǒng)全程智能化控制。
圖5 智慧調(diào)度
系統(tǒng)的核心包括：1）熔煉節(jié)奏智能控制；2）行車智能調(diào)度；3）銅酸協(xié)同聯(lián)絡(luò)；4）閃速爐智能控制（數(shù)字控制、協(xié)同作業(yè)、智能調(diào)節(jié)）；5）轉(zhuǎn)爐智能吹煉（精準投料、終點預(yù)測、數(shù)字控制）；6）陽極爐智能精煉（終點預(yù)測、用能平衡、數(shù)字控制）。
關(guān)鍵應(yīng)用四：智能物流
智能物流以貴溪冶煉廠這一生產(chǎn)主體為核心，以滿足生產(chǎn)及經(jīng)營需要為前提，管理包括鐵路運輸、汽車運輸?shù)任锪鳂I(yè)務(wù)各環(huán)節(jié)的管理應(yīng)用。
圖6 智能物流
通過智能物流管理實現(xiàn)如下應(yīng)用效果：
? 鐵運資源優(yōu)化提升：實現(xiàn)鐵運全過程環(huán)節(jié)高效溝通與協(xié)同，縮短車輛駐廠時間，節(jié)約運力，加快物流周轉(zhuǎn)；
? 汽運過程智能管控：通過人機監(jiān)控、業(yè)務(wù)閉環(huán)，及時發(fā)現(xiàn)并阻止汽車違規(guī)行駛、貨運作弊情況；
? 無人值守減員增效：軟硬件結(jié)合優(yōu)化汽車衡計量工作，自動采集磅秤數(shù)據(jù)，提高計量時效與精度，減輕司磅工作；
? 過程物料規(guī)范管理：實現(xiàn)全廠中間物料轉(zhuǎn)運工作程序規(guī)范、作業(yè)高效、過程透明、數(shù)據(jù)精準，為生產(chǎn)上下游環(huán)節(jié)做好銜接服務(wù)；
? 材料備件供需統(tǒng)籌：實現(xiàn)全廠材料備件的供需平衡與統(tǒng)籌，減少呆滯與浪費；
? 購銷存運均衡閉環(huán)：通過系統(tǒng)應(yīng)用與信息集成，實現(xiàn)全廠供應(yīng)鏈物料采購入廠、銷售出廠、倉儲作業(yè)、運輸計量的完整閉環(huán)操作，數(shù)據(jù)共享，業(yè)務(wù)管控，過程透明，幫助企業(yè)均衡管理物資供應(yīng)與生產(chǎn)需求，減少資金積壓。
關(guān)鍵應(yīng)用五：智能配料
通過智能配料，對不同品質(zhì)的銅精礦合理搭配使用，保障產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定。庫存質(zhì)量發(fā)生重大變化時，主動提醒，實現(xiàn)配料業(yè)務(wù)主動安全。實現(xiàn)配料執(zhí)行的對比分析，優(yōu)化配料控制指標。
圖7 智能配料
智能配料系統(tǒng)記錄配料相關(guān)的各種約束（約束條件在使用過程中進行迭代優(yōu)化），動態(tài)調(diào)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(guī)劃輸出。
關(guān)鍵應(yīng)用六：能源優(yōu)化調(diào)度
基于企業(yè)設(shè)備、工藝明確的運行策略，通過對生產(chǎn)運行情況持續(xù)跟蹤監(jiān)視，輔助企業(yè)調(diào)度優(yōu)化運行方案，幫助企業(yè)優(yōu)化用能、回收利用、提高能效、節(jié)約成本等。包括：
? 總降壓主變運行臺數(shù)優(yōu)化
? 總降壓主變運行負荷優(yōu)化
? 透平發(fā)電機組低壓透平投運停運優(yōu)化
圖8 能源平衡優(yōu)化
能源管理系統(tǒng)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(yù)測數(shù)據(jù)的管理，實現(xiàn)企業(yè)能源運行狀況、指標執(zhí)行等的監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)異常、處理異常，優(yōu)化能源運行調(diào)度，滿足企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)提供能源保障及能源高效利用。同時，利用數(shù)據(jù)分析手段進行數(shù)據(jù)挖掘，追蹤能耗影響因素，為工藝改善提供數(shù)據(jù)支撐。
關(guān)鍵應(yīng)用七：熔煉時序節(jié)奏管理
根據(jù)熔煉作業(yè)數(shù)據(jù)自動按熔爐組實時狀態(tài)形成節(jié)奏時序圖，提升整個熔煉系統(tǒng)調(diào)度指揮管理的智能化水平，以信息共享、過程可控、科學(xué)預(yù)判為重心，構(gòu)建閃速爐、轉(zhuǎn)爐、陽極爐的生產(chǎn)管控的智能化支撐，共享三大爐完整的作業(yè)進度，及時、準確調(diào)整作業(yè)要求，實現(xiàn)作業(yè)預(yù)期判斷和產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)控制。
圖9 熔煉時序
4. 安全及可靠性
用友iUAP企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開放平臺承載著企業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的運行，其安全性是實現(xiàn)服務(wù)價值的基本保障。在企業(yè)環(huán)境中，安全體系建設(shè)應(yīng)該全面考慮應(yīng)用安全、基礎(chǔ)架構(gòu)安全、業(yè)務(wù)安全、安全管理、安全合規(guī)等多個方面，其中應(yīng)用安全是整個保障的核心。iUAP技術(shù)平臺中的安全組件及框架為應(yīng)用安全架構(gòu)提供了完整的解決方案，為整個安全體系建設(shè)提供必要的支撐。
4.1安全組件及框架
iUAP技術(shù)平臺安全組件主要包括幾個部分的內(nèi)容：用戶認證鑒權(quán)組件、服務(wù)認證鑒權(quán)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(chǔ)上，應(yīng)用開發(fā)可以快速實現(xiàn)包括身份鑒別、訪問控制、會話安全、數(shù)據(jù)安全、安全日志、安全審計、服務(wù)安全、編碼安全等應(yīng)用所需的基礎(chǔ)安全能力。
圖 10 應(yīng)用安全組件框架
4.2智能工廠應(yīng)用軟件應(yīng)用安全
應(yīng)用系統(tǒng)的安全體現(xiàn)在：
? 用戶、權(quán)限控制
? 數(shù)據(jù)權(quán)限控制
? 提供對在線用戶的監(jiān)控，記錄用戶操作日志，可追溯、分析、查詢、統(tǒng)計。
? 服務(wù)器性能監(jiān)控及預(yù)警
4.3移動應(yīng)用安全機制
考慮到移動應(yīng)用需要在貴冶廠外使用，為應(yīng)對移動化面臨的安全風(fēng)險，建議采用用友移動應(yīng)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(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)隔離為內(nèi)網(wǎng)區(qū)、擺渡區(qū)，擺渡區(qū)中設(shè)置反向代理服務(wù)器；
? 外網(wǎng)移動用戶無法直接訪問部署內(nèi)網(wǎng)區(qū)的移動應(yīng)用服務(wù)器，需要通過部署在擺渡區(qū)的反向代理服務(wù)器，再經(jīng)過內(nèi)網(wǎng)防火墻過濾，方能訪問移動應(yīng)用服務(wù)器；
4.4實時數(shù)據(jù)采集安全機制
實時數(shù)據(jù)采集有數(shù)據(jù)采集專網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集專網(wǎng)采集數(shù)據(jù)到實時數(shù)據(jù)庫。智能工廠軟件從實時數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)，不主動寫數(shù)據(jù)到實時數(shù)據(jù)庫。只允許智能工廠應(yīng)用服務(wù)器訪問實時數(shù)據(jù)庫，不允許其他服務(wù)器訪問。
4.5數(shù)據(jù)應(yīng)用安全機制
在數(shù)據(jù)應(yīng)用時要考慮數(shù)據(jù)應(yīng)用的安全，數(shù)據(jù)應(yīng)用安全體現(xiàn)在：
? 數(shù)據(jù)權(quán)限控制，不同的崗位的人員可以查看不同的數(shù)據(jù)
? 監(jiān)視畫面或大屏幕展示上的數(shù)據(jù)需要在組態(tài)時考慮數(shù)據(jù)安全性，保密數(shù)據(jù)或敏感數(shù)據(jù)要繪制在專用畫面上，與普通畫面分隔開，再控制畫面的權(quán)限，避免不同非授權(quán)人員看到敏感數(shù)據(jù)。
? 環(huán)保數(shù)據(jù)，安環(huán)數(shù)據(jù)，需要在后期配置數(shù)據(jù)時有安環(huán)部把關(guān)控制
? 質(zhì)檢數(shù)據(jù)展示時需要有質(zhì)量計量部把關(guān)控制
? 金屬平衡等方面的數(shù)據(jù)需要有計劃部把關(guān)控制
4.6網(wǎng)絡(luò)安全
安全域：采用物理墻實現(xiàn)各功能區(qū)的安全隔離，保障各功能區(qū)的安全性（生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫區(qū)、生產(chǎn)應(yīng)用區(qū)和開發(fā)測試區(qū)）。
網(wǎng)絡(luò)安全防護：采用虛擬防火墻技術(shù)增強功能區(qū)內(nèi)部即云內(nèi)應(yīng)用間的隔離和訪問控制。
網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控：通過部署IPS等監(jiān)控設(shè)備，提升對威脅的感知能力。
應(yīng)用安全漏洞防護：通過WEB防火墻及入侵防御系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的WEB防護及入侵檢測與防御。通過應(yīng)用安全檢測，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用安全開發(fā)或者部署漏洞。
系統(tǒng)前端的網(wǎng)絡(luò)可靠性靠網(wǎng)絡(luò)冗余來防止網(wǎng)絡(luò)中斷系統(tǒng)異常。
4.7主機安全
系統(tǒng)后臺服務(wù)器，遠程在線熱備方式防止主機停機給系統(tǒng)應(yīng)用帶來影響。
同時，系統(tǒng)基于內(nèi)部專屬云部署，硬盤，內(nèi)存等硬件資源靠專屬云保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。
三、下一步實施計劃
完善一期：用好系統(tǒng)、維護好裝備，堅持先固化再優(yōu)化的原則，把一期建設(shè)的效果充分發(fā)揮出來。
規(guī)劃二期：大數(shù)據(jù)的深化應(yīng)用、打造1-2個具有行業(yè)代表性的數(shù)字化車間、自動化裝備的推廣應(yīng)用。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
將GIS技術(shù)與汽車行駛軌跡，能源管網(wǎng)管理相融合，數(shù)字化可視化管理實物位置，危險發(fā)生時可以實時定位。
以工業(yè)APP的方式將配料相關(guān)的各種約束，動態(tài)調(diào)用最新原料的存量和元素含量，最優(yōu)計算等固化在程序中，實現(xiàn)了工業(yè)知識的程序化沉淀。
基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，預(yù)測轉(zhuǎn)爐吹煉終點，精準指導(dǎo)排渣、排銅等運輸工具的安排。
采用云原生架構(gòu)（微服務(wù)、容器云、DevOps、敏捷研發(fā)團隊）保障項目技術(shù)領(lǐng)先性。
%1. 實施效果
通過本項目實施，實現(xiàn)如下成果：
? 大數(shù)據(jù)應(yīng)用
? ~10萬點/秒實時數(shù)據(jù)集
? >多種類型的物聯(lián)
? DCS/PLC/能源SCADA
? 電子秤/天車
? 質(zhì)檢設(shè)備
? GIS數(shù)據(jù)
? PDA/電子看板
? 倉庫條碼/……
? 生產(chǎn)效率、管控能力、分析判斷水平大幅提高。
（1）實時時序預(yù)測監(jiān)控，提高生產(chǎn)率，降低能耗，提供產(chǎn)品合格率
根據(jù)熔煉作業(yè)數(shù)據(jù)自動按熔爐組實時狀態(tài)形成節(jié)奏時序圖，提升整個熔煉系統(tǒng)調(diào)度指揮管理的智能化水平，以信息共享、過程可控、科學(xué)預(yù)判為重心，構(gòu)建閃速爐、轉(zhuǎn)爐、陽極爐的生產(chǎn)管控的智能化支撐，共享三大爐完整的作業(yè)進度，及時、準確調(diào)整作業(yè)要求，實現(xiàn)作業(yè)預(yù)期判斷和產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)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(xiàn)渣包緩冷作業(yè)管理無紙化，信息共享化，作業(yè)可視化。現(xiàn)在緩冷場數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方便快捷，有效降低現(xiàn)場人員統(tǒng)計時間1小時，降低統(tǒng)計錯誤率100%；緩冷作業(yè)提醒與熔煉車間協(xié)同更便捷，實現(xiàn)熔煉車間對出爐的爐渣進行線上全過程監(jiān)控，提高爐渣利用率。
（3）生產(chǎn)管理無紙化數(shù)字化，實時掌控現(xiàn)場
現(xiàn)場實際應(yīng)用逐步實現(xiàn)無紙化，其中選礦車間 、硫酸車間、傾動爐車間現(xiàn)場已完全實現(xiàn)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(xiàn)場情況，輔助管理者做出正確擇決。
聲明
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