熊 伟

(长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012)

选矿是我国的传统流程工业，是整个矿产品生产过程中最重要的环节。在我国矿产资源日益匮乏，入选矿石性质趋向贫细杂情况日益突出的现状下，选矿工艺流程也愈加复杂，流程长且使用药剂种类多、耗量大，选矿工作环境恶劣且劳动强度大，对人员经验、素质要求高。而国家对环境保护要求日益严格，三废排放标准提高，对选矿工艺生产提出了更高的要求。随着现代工业化、信息化的迅速发展，国家工业制造的发展不断升级，对智能化要求也随之提高，选厂智能化建设在不少的新建选厂中被提上日程，智能化技改需求也逐步增加。选矿厂生产管理模式也产生了巨大变化，对生产设备及生产智能化的要求越来越高，追求替代人工操作的设备或控制系统，对生产管理信息化的需求也越来越迫切。

随着新一代的信息技术“互联网+” 时代的来临，工业互联网、大数据、云计算的大潮已经来袭，世界各国跟随着新一代信息技术带动智慧选厂体系的不断发展，为矿企提供了崭新的可持续发展契机。

在国家“十三五”规划、“中国制造2025”的战略要求下，各个领域都在借助新一代信息技术寻求机遇，矿山应在这机遇中实现选矿智能化，达到稳定选矿生产、提高生产效率，降低消耗及生产成本、提高选矿生产指标的重要目标，在此基础上实现选矿自动化、信息化、智能化。

1 智能选厂

智能选厂的定义目前并无统一的解释，但其建设目标及出发点可归纳为以下几点：

(1)实现生产信息感知。对生产中的实时工艺、设备数据及运行状态信息进行采集。

(2)实现信息实时分析。对采集的数据和信息进行快速、精准的加工与处理。

(3)系统自主决策。系统根据分析结果和设定的规则目标自动做出判断和选择。

(4)精准执行。对工艺生产、设备状态、生产计划做出精准控制和快速调整，使生产稳定在设定值的一定范围内。

智能选厂建设依托工业化技术(高速无线网络、物联网)、信息化技术(大数据、云计算)，实现基础信息数字化、管理控制一体化、决策处理集成化，解决选矿生产过程中的资源、经济、安环问题，实现高效运营、智能管控、绿色生产。智能选厂典型架构见图1。

图1 智能选厂架构图

(1)通过精准数据采集、网络传输、整合分析、可视化展示、自动化操作和智能化服务，实现对选矿安全、生产、调度、监测监控、设备故障报警等的智能响应。

(2)向矿山各级人员提供全方位的基于智慧化的信息服务，并且在此基础上实现公司层管理与集团层管理、指导相互衔接。

(3)生产无人值守，提高生产及管理效率，使得经济效益最大化。

(4)实现选矿厂生产全生命周期的智能化服务，依据市场需求与产品价格智能排产。

2 选厂智能化建设

选厂智能化建设主要从以下几个层面和步骤进行：

(1)数据中心。智能化的基础是数据，从生产、基础自动化、巡检、试化验、能源、安环、销售等系统中采集、获取数据，统一存储于数据中心。

(2)智能操作。智能操作的核心是利用数据辅助生产，从而优化生产操作，稳定生产指标。针对选厂工艺流程特点，应用专家系统实现全流程智能控制，其设计关键在于如何实现整个工艺过程的智能控制与优化平衡。一般将整个系统分解为几个闭环子系统如：球磨分级闭环子系统，浮选闭环子系统。系统在实施控制时，保证每个子系统的正常运行，把好每个子系统工艺参数关(控制参数和指标参数)，整个大系统平衡就会在此基础上建立起来。此外，对生产设备进行预测性维护，保证生产稳定，杜绝非正常停机，对选厂生产进行远程运维，减少人工劳动强度，增加生产监控严密性，有利于及时解决发现的问题。

(3)智能生产。根据选厂原矿性质实现对选矿工艺流程、工艺指标、生产操作等流程及指标参数的智能设定，形成选矿生产智能大闭环，通过数据引导生产实现全流程工艺智能、指标最优。

(4)智慧经营。从选厂的智慧经营可上升至集团层面，实现集团内数据共享，实现移动操控、远程监控、远程诊断与服务、智能决策，增强一级调度和一级控制，延展集团对矿企的统一集中管理的广度和深度。①建立集团级的综合管理信息化系统，实现对各矿山采矿、选矿、安全、环保、设备维修等生产管理的信息化管理； ②建立集团级的智能化系统，对各矿山的数据进行大数据分析等，实现集团级的经营管理和决策分析。

3 选厂全生命周期管理

选厂全生命周期包括了从选厂从可行性研究、初步设计、设备选型、采购、安装、运营、维护到最后选厂服务年限终止的全过程。选厂的生命周期可以划分为5个阶段：可行性研究阶段；设计/选型阶段；建设实施阶段；运营/维护期；跟踪/评估期。全生命周期管理立足于这五个阶段进行系统管理，从而实现科学决策，防止资金浪费，及时纠正项目建设、运行中存在的问题，对促进选厂生产建设提高经济效益，总结建设经验都具有十分重要的意义。

3.1 管理体系

全生命周期管理主要分为三条主线，从选矿工艺、选矿厂设计、各配套系统设计、生产运维设计的设计服务；从自动化、优化控制、信息系统、智能运营到大数据分析的工程实施与生产运维；以及从采购、仓储到智慧营销的经营决策。管理体系见图2。

图2 全生命周期管理体系图

目前选厂全生命周期管理暂未形成成熟体系且缺乏完整应用，存在着诸多问题，主要体现在以下方面：

(1)工程管理脱节。前三个阶段的选厂工程项目一般采用统一领导、分级管理的形式，此管理形式缺乏纵向信息沟通，建设好的选厂由于各种原因不适用于生产实际，或不能按预期投产或生产运营效率低下，导致资金严重浪费。

(2)设备管理体系不完善。设备全生命周期管理作为选厂的核心运营管理，决定了设备的可用性、安全性、生产力和性能。设备资产考核和属性管理的缺失，影响资源优化配置、设备使用效果，降低生产效率。

(3)数据信息不齐备。没有从源头设计，很多原始数据丢失，交接过程中数据腐蚀；服务脱节，各阶段的服务提供不到位。选厂管理不够规范，人工录入内容相对较多，工作量大，及时性不够，精确度难以保证。

3.2 管理架构

选厂全生命周期管理分为五个层级：技术平台、生产过程控制平台、生产监控、生产执行、经营管理，各自包含内容如下图所示。通过完善建设各平台、监控和执行系统可促使选厂全生命周期管理更加健全、高效、智能。

图3 全生命周期管理架构图

3.3 管理要素

资源、经济、安环是选厂全生命周期管理的三大要素。资源是选厂生产之本，原矿的矿石性质直接影响生产流程和最终产品指标，而精矿产品的品位和回收率决定了产品销售价格，尾矿的品位、含水率、产量等则影响堆存方式，如何最大限度合理回收资源中的有价元素，提高资源综合利用率是需要重点关注的问题。经济管理主要从市场价格、生产成本、生产运维、备品备件出发，以市场为导向预测产品价格，实行智能排产，提升设备运转率、生产智能化程度，降低生产能耗材耗，提升产品指标，精简组织及人员，实行高效运维。安全环保对选厂生产意义非凡，选矿生产必须在安全、环保的前提下进行，选用安全、环保系数高的工艺流程、生产设备、选矿药剂，制定严格的安全环保制度规范，确保生产持续稳定。

4 发展方向

智能选厂的终极目标是为了实现资源生产真正安全、高效、经济、环保开发利用。选厂智能化及全生命周期管理发展大致分为以下几个阶段，各阶段相辅相成、形成功能完备的统一整体。

(1)数字化，将各设备、检测仪器仪表、系统的运行状态及检测数据信息进行自动采集，主要是实现信息采集、存储自动化，逐步形成选矿大数据并作为智能选厂的数据基础，持续挖掘数据价值。

(2)一体化，从选厂设计到实施、生产、运营整体过程伊始就应用一体化管理。首先，应用一体化设计使用工程设计系统和自控系统，使两者可以进行数据交换，保持设计数据的一致；其次，进行一体化工程建设，确保实施过程中同一数据模型在选厂全生命周期内的一致性，建设数字化工厂；最后，实行一体化运维，实现基于选厂生产、工艺及业务数据的大数据分析的预测性运营维护。

(3)虚拟化，虚拟仿真技术应用于选厂是实体矿山通过三维建模、各层级传感器动态感知和运行历史记录等时空动态数据以及业务流程的虚拟仿真过程在数字虚拟空间的映射，它忠实地反映了矿山业务全生命周期发展过程。现实选厂作为生产载体，经历了选厂业务全生命周期发展过程。虚拟选厂可为现实选厂提供依据和参照，提高生产效率。

(4)智能化：依靠生产设备自动化、动力设备智能化、过程仪表智能化等硬件智能，以及数字化设计工具等软件智能，达到选矿装备智能化；应用智能专家控制系统、先进算法、工艺模拟仿真，达到选矿工艺智能化；实现远程遥控操作和智能化选矿生产。通过选厂大数据对资产运行状况的跟踪与评价，进行合理的维修与保养计划，实现选厂运维智能化。依靠生产信息化技术，为选厂管理提供决策依据，提高决策水平和效率，实现管理决策智能化。

5 结语

智能选厂是为了提升产品竞争力与质量，其建设不能一蹴而就，需要长期的努力与变革，其根本是运营模式的变化，而数字化是智能选厂的基础与核心。

目前，智能化建设和全生命周期管理急需解决以下问题：

(1)意识问题，以追求经济效益为首，观念不够科学，过分注重眼前得失忽视长远效益，使用的工艺和装备不够先进，消耗人力，维护工作量大，对环境也造成负担。

(2)新建选厂项目启动之初就不具备科学系统的规划，未利用科学的理念、先进的技术实现资源的高效利用，最大程度减少对生态环境的影响。

(3)检测控制技术是实现选厂智能化及全生命周期管理的基础，如若基础检测控制达不到精度要求，后续技术及整体系统自然无法达到预期效果。目前我国高质量工控软件和仪器仪表主要依靠进口，因此，必须从国家层面重视工控软件、先进测控仪器仪表的研发。

矿业发展的终极目标当是既能满足人类对矿产资源的需求，也能适应生态环境系统的承载能力，不断提升自动化、信息化、智能化水平，达到可持续发展的目标。在此过程中选厂智能化建设和全生命周期管理是发展的必然趋势，不仅能够为企业信息化建设和企业发展提供各种智能化的服务，也能使企业更加协调地发展。相信随着政府、相关管理部门和矿山企业对智能化建设和全生命周期管理的重视程度不断提升，一定能够实现选厂安全生产、提高选矿生产效率，促使智能选厂更快发展，从而进一步走向绿色和智能选厂。