1、項目背景

鋼鐵號稱(chēng)工業(yè)的糧食，是人類(lèi)使用最多的金屬材料，適合于大規模生產(chǎn)，是不可或缺的戰略性基礎工業(yè)品。我國鐵礦特點(diǎn)是貧礦多、富礦少，導致長(cháng)期依賴(lài)大量進(jìn)口礦石。我國鐵礦資源量雖位居世界第四，但品位低、利用率低。在貧鐵礦開(kāi)發(fā)上，以傳統的人工經(jīng)驗為主，自有資源產(chǎn)出量低。近十年間，我國鐵礦石進(jìn)口總量由7.4億噸增加到11.1億噸，對外依存度超過(guò)80%。近年來(lái)世界逆全球化趨勢加劇，迫切使我國鋼鐵產(chǎn)品需進(jìn)一步提高國際競爭力。因此，打破自產(chǎn)礦石桎梏，突破傳統選礦技術(shù)瓶頸，有效提升選礦加工提純能力已迫在眉睫，對于提高我國戰略性礦產(chǎn)資源的安全保障能力具有重要意義。建設智慧礦山是落實(shí)國家發(fā)展戰略的現實(shí)需要。習近平總書(shū)記指出，加快數字中國建設，就是要適應我國發(fā)展新的歷史方位，全面貫徹新發(fā)展理念，以信息化培育新動(dòng)能，用新動(dòng)能推動(dòng)新發(fā)展，以新發(fā)展創(chuàng )造新輝煌。多個(gè)國家級文件也闡述了礦產(chǎn)資源轉型的重要性?！度珖V產(chǎn)資源規劃》指出要大力推進(jìn)礦業(yè)領(lǐng)域科技創(chuàng )新，加快建設自動(dòng)化、信息化、數字化、智能化礦山?！吨袊圃?025》和《“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)指導意見(jiàn)》提出打造創(chuàng )新型智慧礦山，推動(dòng)傳統企業(yè)轉型升級，以推進(jìn)智能制造為主攻方向，帶領(lǐng)中國產(chǎn)業(yè)邁向全球價(jià)值鏈中高端。

鞍鋼集團礦業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鞍鋼礦業(yè)）是鞍鋼的主要礦石原料生產(chǎn)基地，是集勘探、采礦、選礦、民爆工程、礦山設備制造和資源綜合利用等為一體的特大型礦業(yè)集團。主要包括8座鐵礦山、8個(gè)選礦廠(chǎng)、1個(gè)燒結廠(chǎng)、2個(gè)球團廠(chǎng)、5座輔料礦山和1個(gè)設計研究院。面向新發(fā)展階段，聚焦“立足于世界格局、國家戰略，加快推動(dòng)礦產(chǎn)資源事業(yè)發(fā)展，建設世界領(lǐng)先資源開(kāi)發(fā)企業(yè)，發(fā)揮好央企‘穩定器’‘壓艙石’作用”的發(fā)展理念，加快智慧礦山建設。

中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所以數字化智能制造的管理、工藝、檢測、控制與集成為重點(diǎn)研究領(lǐng)域，在優(yōu)化與仿真方法、質(zhì)量在線(xiàn)檢測、制造執行系統技術(shù)、工業(yè)大數據分析技術(shù)、工業(yè)云服務(wù)技術(shù)等方面取得了豐碩成果，并通過(guò)行業(yè)應用取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。多年以來(lái)，研究所一直致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)研究與產(chǎn)品研發(fā)，打造了具有自主知識產(chǎn)權的“中科云翼”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。以服務(wù)層為核心構建分布式容器、數字工廠(chǎng)建模、模型/知識庫、微服務(wù)組件庫和AI大數據分析的基礎服務(wù)，實(shí)現數據的廣泛接入、集成和邊緣計算，形成面向不同場(chǎng)景的互聯(lián)制造應用，為企業(yè)提供公有云、私有云和混合云智造服務(wù)解決方案。相關(guān)成果先后獲得2020中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺優(yōu)秀推薦產(chǎn)品獎、2021遼寧省跨行業(yè)跨領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、2021自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)年會(huì )年度最具競爭力創(chuàng )新產(chǎn)品等獎項。研究所承擔中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò )計劃（STS）區域重點(diǎn)項目“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助推遼寧智慧礦山建設”重點(diǎn)任務(wù)，針對礦山企業(yè)存在的工業(yè)互聯(lián)、選礦過(guò)程優(yōu)化及采選協(xié)同管控等難題，突破基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的礦山生產(chǎn)智能管控關(guān)鍵技術(shù)，為形成“中科云翼”智慧礦山解決方案提供了核心技術(shù)支撐。

研究所與鞍鋼集團礦業(yè)有限公司簽訂戰略合作協(xié)議，開(kāi)展產(chǎn)研結合，推動(dòng)科技成果賦能。以“關(guān)寶山礦業(yè)有限公司智慧工廠(chǎng)建設項目”為試點(diǎn)，加快推動(dòng)智慧礦山整體建設。項目基于先進(jìn)的“端、邊、網(wǎng)、云”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構，采用云計算、大數據、人工智能、邊緣計算等技術(shù)與生產(chǎn)實(shí)際需求相結合，打通采礦、選礦業(yè)務(wù)全流程，實(shí)現礦山采選協(xié)同一體化管控，“礦石流、信息流、能量流”三流合一，打造信息全面采集、管控高度智能、生產(chǎn)安全高效、現場(chǎng)少人、無(wú)人的選礦“黑燈工廠(chǎng)”。

2、項目目標與原則

關(guān)寶山智慧工廠(chǎng)建設采用基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的端邊網(wǎng)云架構，將礦山大量基于傳統IT架構的信息系統作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的數據源，繼續發(fā)揮系統剩余價(jià)值，同時(shí)逐步推進(jìn)傳統信息化業(yè)務(wù)云化部署，實(shí)現礦山全流程的少人化、無(wú)人化智慧生產(chǎn)。結合關(guān)寶山礦山開(kāi)采環(huán)境復雜、生產(chǎn)流程不連續、安全管理壓力大、多元素資源共生等特點(diǎn)，在關(guān)寶山已有自動(dòng)化、信息化建設基礎上，結合“五品聯(lián)動(dòng)”礦冶系統工程理論思想，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能、邊緣計算、虛擬現實(shí)等前沿技術(shù)在礦山的應用，構建集全工藝流程控制、計劃指標精準預測、生產(chǎn)監控實(shí)時(shí)預警、工藝過(guò)程智能調優(yōu)、指標分析智能決策為一體的選礦智能工廠(chǎng)，促進(jìn)企業(yè)轉型升級、高質(zhì)量發(fā)展，提升綠色礦山和智慧礦山建設水平，實(shí)現提高生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟效益的目標。為建設少人化、無(wú)人化的“黑燈工廠(chǎng)”、拉動(dòng)企業(yè)管理模式變革提供不竭動(dòng)力。

3、項目實(shí)施與應用

3.1 總體思路

針對選礦工藝控制難、生產(chǎn)過(guò)程追蹤難、生產(chǎn)協(xié)同管理難等問(wèn)題，本項目開(kāi)展了貧鐵礦選礦全流程智能優(yōu)化控制與智慧決策技術(shù)研究及工業(yè)應用，基于貧鐵礦選礦過(guò)程中存在的共性問(wèn)題，提出了全流程智能選礦總體架構研究；采用數據驅動(dòng)與知識驅動(dòng)相融合的智能決策方法，創(chuàng )立了基于大數據+知識圖譜的選礦過(guò)程決策推理機制；通過(guò)融合專(zhuān)家知識經(jīng)驗和選礦工藝機理，建立了可視化礦石流跟蹤與智能配礦模型；基于智慧礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與云邊協(xié)同架構，開(kāi)發(fā)了邊云協(xié)同的選礦全流程智能管控系統。通過(guò)在關(guān)寶山選礦廠(chǎng)的破碎、磨礦、磁選、浮選、精尾等工序開(kāi)展協(xié)同管控應用與示范，創(chuàng )立了“礦石流跟蹤可視化-品位檢測在線(xiàn)化-過(guò)程決策智能化-生產(chǎn)指標預測化-選礦工廠(chǎng)數字化”的黑燈工廠(chǎng)智慧模式，建設了首個(gè)選礦行業(yè)的“黑燈工廠(chǎng)”?？傮w架構如圖1所示。

圖1 端邊云總體架構

端層：實(shí)現了通訊、網(wǎng)絡(luò )、視頻監控、門(mén)禁、對講和PLC集控等系統，并已建成覆蓋破碎、磨磁、浮選、精尾選礦工藝全流程的ROC智能調度中心，能夠實(shí)現遠程集中控制，局部環(huán)節實(shí)現無(wú)人化自動(dòng)化閉環(huán)控制?，F場(chǎng)視頻集中監控、通訊指揮統一調度，建設在線(xiàn)品位分析儀、非核源濃度計、礦漿粒度分析儀、浮選泡沫分析儀等儀器儀表，提升選礦生產(chǎn)過(guò)程指標的實(shí)時(shí)性，為智能優(yōu)化控制打下堅實(shí)基礎。

邊層：與端層互聯(lián)互通，前移人工智能技術(shù)，構建快速響應，離線(xiàn)響應的邊緣計算設備，實(shí)現可以快速擴展、快速部署、快速更新的自動(dòng)管控體系。同時(shí)，建設基于大數據分析、機器學(xué)習等先進(jìn)技術(shù)的邊緣優(yōu)化控制系統，實(shí)現磨磁、浮選等選礦核心工藝流程的智能優(yōu)化控制，穩定生產(chǎn)指標，提高生產(chǎn)效率。

云層：基于中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的“中科云翼”智慧協(xié)同管控云平臺，建設鞍鋼礦業(yè)私有云平臺。對接工業(yè)設備和設施；并基于國際主流PaaS平臺技術(shù)構建，把技術(shù)、知識、經(jīng)驗等資源固化為可移植、可復用的軟件和開(kāi)發(fā)工具，構建云端開(kāi)放共享開(kāi)發(fā)環(huán)境；應用層面向礦業(yè)生產(chǎn)全生命周期相關(guān)業(yè)務(wù)的場(chǎng)景需求，封裝成工業(yè)APP，建立選礦、安全、能源、設備、決策等維度一體化的礦業(yè)應用，通過(guò)統一平臺門(mén)戶(hù)、三維仿真、移動(dòng)應用等形式，實(shí)現統合化、精細化管理的新模式。

3.2 建設內容

3.2.1 智能在線(xiàn)檢測與工藝優(yōu)化控制

基于總體架構，分別對貧鐵礦選礦過(guò)程中關(guān)鍵指標在線(xiàn)檢測、生產(chǎn)過(guò)程智能控制展開(kāi)研究。以質(zhì)量在線(xiàn)檢測技術(shù)為支撐，通過(guò)大數據+知識圖譜的選礦過(guò)程決策推理機制。以全流程“數據流”為基礎，以選礦控制邏輯為主導，以云計算、大數據分析、邊緣計算為技術(shù)手段，建立選礦工藝全流程智能優(yōu)化控制模型，實(shí)現了破碎、磨礦、磁選、浮選、壓濾等各工序間閉環(huán)優(yōu)化控制。

（1）智能在線(xiàn)檢測儀表

礦漿濃度、品位、塊度、泡沫狀態(tài)等指標是選礦流程中重要的判斷依據和參考指標。采用核輻射濃度計需要放射源，放射源本身危害性極大，有著(zhù)非常嚴格的使用流程和制度，報批手續過(guò)程復雜。本項目采用非核源新型智能在線(xiàn)濃度檢測系統，測量精度高、安裝簡(jiǎn)單、免維護、無(wú)輻射，用于在線(xiàn)連續測量礦漿濃度。

在礦物選別生產(chǎn)中，浮選泡沫表面視覺(jué)特征如大小、流速、紋理等不僅可直接反映浮選生產(chǎn)過(guò)程工況，還可以作為生產(chǎn)工藝參數控制加藥設備。本項目運用泡沫分析儀，分析測量泡沫泡沫速度、顏色、穩定不同大小的泡沫所占百分比等指標。為浮選機錐閥、充氣量調整提供決策依據。

此外，礦漿的品位在線(xiàn)檢測一直是行業(yè)難題，傳統的人工取樣化驗費時(shí)、費力。結果嚴重滯后，對工藝的控制起不到及時(shí)的指導。本項目創(chuàng )新性的采用SIA-LIBSlurry礦漿品位在線(xiàn)分析儀，通過(guò)激光誘導擊穿光譜技術(shù)，檢測偏差值僅為1%，優(yōu)于行業(yè)內其他儀器精度（1-4%），達到國際領(lǐng)先水平。

（2）破碎智能優(yōu)化控制

破碎篩分流程為三段一閉路流程，破碎是大塊物料在機械力作用下粒度變小的過(guò)程，是高能耗的作業(yè)過(guò)程。系統根據各個(gè)設備的控制邏輯關(guān)系制定控制系統，輔助工人進(jìn)行自動(dòng)化調整設備運行參數。利用傳感器和數據采集設備監測破碎設備的工作狀態(tài)，通過(guò)算法和模型分析數據，自動(dòng)調整破碎工藝的參數，以實(shí)現最佳的破碎效果和處理效率。破碎系統主要是提高破碎機的通過(guò)能力，其主要取決于圓錐破碎機效率以及振動(dòng)篩篩分效率。圓錐破碎機的恒功率控制是解決問(wèn)題的關(guān)鍵，同等的條件下破碎機的能耗轉換效率高，還能實(shí)現擠滿(mǎn)式給料。這種給料方式在破碎機能力允許的情況下給料量是變頻式給入，根據功率調整給料量，保持料倉有一定的料位，使進(jìn)入料倉的物料有充足的時(shí)間進(jìn)行破碎。擠滿(mǎn)式給料會(huì )使物料之間具有擠壓力，實(shí)現物料間的互相破碎的作用，提高破碎機效率。

（3）磨磁智能優(yōu)化控制

對于一段磨礦分級和二段磨礦分級，建立了磨機負荷和磨機濃度機理模型、粒度和旋給濃度預測模型以及磨礦控制知識圖譜。智能控制臺時(shí)設定、沉砂補加水、旋給壓力、泵池補加水量、旋給泵頻，保證一段磨礦-200目粒度穩定合格，提升磨機效率，以及二段磨礦-325目粒度合格穩定、6臺立磨的粒度均衡。對于一段磁選和二段磁選，建立強磁分量知識圖譜，控制強磁機給礦閥、強磁前大井頻率、強磁機啟停狀態(tài)。保證強磁分量均勻、保證混磁精品位穩定合格、降低強磁尾0.2%。

本項目運用知識圖譜結合大數據預測技術(shù)，以一段磨礦知識圖譜控制模型以一次溢流粒度為知識主線(xiàn)，基于粒度的動(dòng)態(tài)變化情況，以及臺時(shí)、旋給壓力和磨機濃度數值區間，構建動(dòng)態(tài)可擴展的知識網(wǎng)絡(luò )。按可自學(xué)習步長(cháng)來(lái)優(yōu)化調控旋給壓力、沉砂水和臺時(shí)設定，實(shí)現一次溢流粒度穩定在58~62%，臺時(shí)、磨機效率最大化。實(shí)施后，一次溢流粒度合格率超過(guò)90%。

二段磨礦知識圖譜控制模型以二次溢流粒度為知識主線(xiàn)，基于粒度的動(dòng)態(tài)變化情況，以及旋給壓力和磨機濃度數值區間，構建動(dòng)態(tài)可擴展的知識網(wǎng)絡(luò )。保證2個(gè)系列的3臺立磨機旋溢粒度達到合格范圍，并均衡3臺立磨機旋溢粒度相差5%以?xún)?。強磁知識圖譜控制模型保證各系列的強磁機尾礦閥開(kāi)度相差3%以?xún)?，保證分量均勻。

（4）浮選智能優(yōu)化控制

在浮選工藝優(yōu)化中，總體思維是在穩定粗選泵池液位和掃選泵池液位的前提下，保證浮精品位在合格范圍內，并盡可能降低尾礦。在浮選優(yōu)化控制過(guò)程中，時(shí)刻檢查浮選前大井、浮選機等設備是否正常運行。通過(guò)調節浮選前大井泵頻保持浮選前大井濃度和流量在正常生產(chǎn)范圍內，通過(guò)調節浮選機充氣量和錐閥保持浮選機電流正常。在保持泵池液位穩定的優(yōu)化控制中，以浮選機錐閥和充氣量、浮選前大井流速、泵池流速等為參數，使用大數據算法預測出泵池液位在當前狀態(tài)下一小段時(shí)間內的變化趨勢，保持泵池在小范圍內波動(dòng)。在保持浮精品位保持穩定模型中，以粗精選浮選機、一掃浮選機的錐閥和充氣量和藥劑流速為參數，通過(guò)大數據算法獲取一段時(shí)間內多個(gè)浮精品位預測值，保證浮精品位穩定?；诖?，構建出反浮選的知識圖譜模型。

基于混磁精品位、混磁尾品位、二次粒度等磨磁指標，以及浮選負荷、浮選選別效果等浮選工況，綜合進(jìn)行二段場(chǎng)強設定，保證磁選與浮選整體選別的指標穩定；進(jìn)一步，通過(guò)錐閥、充氣、泵頻、加藥的智能調控，實(shí)現浮選液位穩定、循環(huán)量穩定，保障選別整體穩定性，穩精降尾。實(shí)施后，液位穩定提升37%，浮精品位合格率提高2.2%，浮尾品位降低1%。

（5）壓濾機智能優(yōu)化控制

基于浮選精礦濃度，智能調控壓濾機攪拌桶給礦膠堵、壓濾機啟停狀態(tài)，提高壓濾效率、降低壓濾機電耗。進(jìn)一步，針對每臺壓濾機，智能調控注礦時(shí)間、隔膜時(shí)間和干燥時(shí)間，實(shí)現臺時(shí)最大化，提升壓濾機作業(yè)效率，節約生產(chǎn)成本。

在PLC實(shí)現的自動(dòng)控制閉環(huán)邏輯基礎上，基于知識圖譜，實(shí)現壓濾機智能啟?？刂?，對壓濾機單體設備智能運行進(jìn)行邏輯梳理。根據運行趨勢，利用大數據計算運行趨勢的一次函數，根據斜率尋找最佳注礦時(shí)間，標注出注礦壓力的上下限以保證壓濾機穩定運行。以上基礎工作完成后，進(jìn)行注礦時(shí)間調節，對調節后的臺時(shí)情況及歷史手動(dòng)調節情況進(jìn)行對比，通過(guò)大數據自主學(xué)習不斷優(yōu)化調整步頻與步幅，經(jīng)過(guò)多輪調試以后，形成一套大數據計算的函數算法。此算法制約包括濃度、流量、濾布循環(huán)數、注礦頻率上下限、注礦壓力、注礦時(shí)間等參數，在此基礎上，尋求最優(yōu)壓濾機單體智能運行方案。實(shí)施后，注礦時(shí)間大幅提高。

3.2.2 可視化礦石流跟蹤與智能配礦

以原礦入選礦石性質(zhì)為依據，結合破碎工藝流程中圓筒倉、U型倉（或粉礦倉）料位情況，以不同礦種（品位、碳酸鐵、亞鐵等）進(jìn)行區分實(shí)時(shí)跟蹤，并按照不同顏色進(jìn)行可視化展示。同時(shí)，系統可根據磨磁、浮選生產(chǎn)指標情況或人工生產(chǎn)指令，形成優(yōu)化配礦策略，聯(lián)動(dòng)智能布料小車(chē)和給料器，實(shí)現給料器自動(dòng)切換，礦倉斷料、堵料、異常預警，根據優(yōu)先、禁用、礦石性質(zhì)等多種規則優(yōu)化配礦。系統自動(dòng)尋優(yōu)，找到最佳礦倉放料，避免切換給料器臺時(shí)損失，解放崗位雙手。提升磨機處理量，提高營(yíng)業(yè)收入。通過(guò)該系統的實(shí)施，關(guān)寶山礦業(yè)可增加年處理量約5.8萬(wàn)噸/年，增加精礦產(chǎn)量1.7萬(wàn)噸/年，預計可實(shí)現增收1000萬(wàn)元/年。

3.2.3 選礦全流程智能協(xié)同管控系統

基于總體框架，以業(yè)務(wù)管理為基礎，以生產(chǎn)過(guò)程管控為核心，以生產(chǎn)工藝為主線(xiàn)，利用業(yè)務(wù)流程內含的信息流整合生產(chǎn)過(guò)程中物流、工藝流所涉及的人、機、物、法、環(huán)等諸多生產(chǎn)要素。采用業(yè)務(wù)驅動(dòng)和數字驅動(dòng)相結合的管理理念，圍繞設備、能耗、化驗、計量、物流等選廠(chǎng)核心業(yè)務(wù)主線(xiàn)，建設集成、智能、協(xié)同的選礦生產(chǎn)過(guò)程管控應用。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，建設智能協(xié)同管控系統，實(shí)現統一平臺下的數據互聯(lián)互通，全流程生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同聯(lián)動(dòng)。并且，通過(guò)現場(chǎng)閥門(mén)和PLC升級改造，實(shí)現ROC遠程集中控制所有設備機臺。實(shí)現現場(chǎng)無(wú)人值守，提升過(guò)程控制的及時(shí)性，提升生產(chǎn)管理效率。

（1）數字工廠(chǎng)建模

通過(guò)工廠(chǎng)模型的方式構建“人機料法環(huán)測”的全面物理資產(chǎn)的數字映射，為各項管理功能的運行提供基礎調用對象，為生產(chǎn)管控系統與外部系統間的集成提供統一的標識方法，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提供的工廠(chǎng)建模服務(wù)進(jìn)行構建。

以選礦工藝為主線(xiàn)，圍繞“破碎篩分—磨磁—浮選—壓濾精尾”流程，包含作業(yè)區、設備、人員的生產(chǎn)資源的組織結構模型，以及包含工藝路線(xiàn)、標準及參數的生產(chǎn)工藝模型。實(shí)現了“生產(chǎn)什么、有什么生產(chǎn)資源、如何生產(chǎn)”的核心生產(chǎn)要素的數字化描述，進(jìn)而為生產(chǎn)計劃組織、過(guò)程監控跟蹤、質(zhì)量檢測控制以及設備運行維護等業(yè)務(wù)功能奠定了基礎。

（2）生產(chǎn)計劃與調度

根據制定的年度、季度生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計劃，分解制定月度生產(chǎn)計劃，確定月度鐵精礦產(chǎn)量，在原料供應、能源供應、設備能力、質(zhì)量要求、人員組織等限定條件下，通過(guò)產(chǎn)能效率平衡等相關(guān)計算，制定產(chǎn)量、物料消耗、能源消耗、設備運行、產(chǎn)品質(zhì)量計劃，以及主要技術(shù)經(jīng)濟指標計劃，并對計劃執行結果進(jìn)行統計。在計劃排產(chǎn)的基礎上，將選礦生產(chǎn)計劃目標轉化為選礦生產(chǎn)工藝要求，并將實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)分解到各個(gè)生產(chǎn)作業(yè)區。根據瓶頸工序產(chǎn)能負荷和其他工序的產(chǎn)能配置情況、設備維修維護及能源消耗情況，綜合優(yōu)化作業(yè)調度，實(shí)現產(chǎn)能、質(zhì)量與消耗平衡。

（3）質(zhì)量管理

質(zhì)檢化驗和在線(xiàn)質(zhì)量檢測數據是評估選廠(chǎng)生產(chǎn)情況、指導選廠(chǎng)生產(chǎn)的重要依據，質(zhì)量管理模塊能夠實(shí)現質(zhì)檢化驗數據的在線(xiàn)采集、存儲和共享，實(shí)現選廠(chǎng)質(zhì)量數據不落地，為上層業(yè)務(wù)系統提供可靠的數據源。

（4）能源管理

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺以及大量分布式能源采集裝置構建能源監測平臺，并通過(guò)大規模深度學(xué)習網(wǎng)絡(luò )構建能源互聯(lián)模型，將電力、熱力、天然氣等能源節點(diǎn)互聯(lián)起來(lái)，形成能源綜合監測系統?；跉v史能源監測數據構建能源分析模型，覆蓋行業(yè)級、企業(yè)級、工序級、用能設備級，包含能源流向、平衡分析、用能異常分析等功能。形成集團化能源統一管控，提高企業(yè)精細化、透明化、即時(shí)化能源管理能力，為企業(yè)提供高效的能源規劃決策支持。

（5）安全管理

依托智能攝像頭和安全生產(chǎn)管理系統，基于智能傳感、機器視覺(jué)、行為特征分析等技術(shù)，通過(guò)AI視頻分析對生產(chǎn)作業(yè)區建立電子圍欄，并對現場(chǎng)施工人員的不安全行為（如：未佩戴安全帽）進(jìn)行識別、分析與報警，實(shí)現安全事件快速響應和智能處置，解決作業(yè)區現場(chǎng)人員操作施工不安全行為感知難、無(wú)法及時(shí)提醒和快速處置的難題。

（6）生產(chǎn)綜合分析

面向選礦廠(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的各個(gè)管理維度，建立涵蓋生產(chǎn)效率、質(zhì)量、消耗成本、人員績(jì)效的統一綜合指標體系，按照運營(yíng)管理層、生產(chǎn)管控層和過(guò)程監控層等不同管理需求，形成綜合指標的逐層分解。在指標體系建立的基礎上，實(shí)現各級指標的計算、匯聚與統計，輸出各類(lèi)個(gè)性化統計報表與分析結果，形成生產(chǎn)駕駛艙，通過(guò)主題訂閱的方式主動(dòng)、及時(shí)推送給不同的分析管理人員。利用大數據分析技術(shù)，實(shí)現指標關(guān)聯(lián)分析與數據挖掘。

（7）三維仿真選廠(chǎng)

基于實(shí)體礦廠(chǎng)的選礦設備、工廠(chǎng)基礎設施生產(chǎn)運行數據與三維仿真系統相結合，呈現三維虛擬選礦工廠(chǎng)。對實(shí)體選礦廠(chǎng)實(shí)時(shí)監控，以枚舉的方式還原現場(chǎng)設備運行狀態(tài)/動(dòng)作，可以更直觀(guān)地掌握生產(chǎn)/設備等現場(chǎng)的綜合運作情況。并通過(guò)不同視角方向以設定的路線(xiàn)虛擬仿真巡邏選礦廠(chǎng)，把所有建筑、廠(chǎng)區內場(chǎng)景一一還原。設備建模范圍和接入數據內容。

3.2.4 設備預知性維修

以數字孿生預知維修系統為支撐，變預防維修為預知維修，達到設備遠程預知診斷與產(chǎn)線(xiàn)運行穩定可控，最終實(shí)現設備預知維修，解決選礦設備長(cháng)期被動(dòng)維修的模式。對設備的溫度、振動(dòng)等進(jìn)行監測分析，診斷設備缺陷，合理提出設備預知維修計劃（單體設備、單區域、全產(chǎn)線(xiàn)）。降低設備故障率，實(shí)現設備長(cháng)周期穩定運行。

采集現有破碎機、球磨機、壓濾機等主體設備的電流、電壓、溫度、振動(dòng)等運行和狀態(tài)參數，實(shí)現在線(xiàn)監測。通過(guò)球磨機襯板傳感器提前預判磨損到限的準確時(shí)間。采用油脂在線(xiàn)分析和應力波分析等技術(shù)，提前發(fā)現潛在隱患，實(shí)現預知預判。

根據預知維修計劃執行結果，自動(dòng)找出與核心設備壽命不匹配的設備壽命數據，分析偏離的具體原因。根據分析出的原因提出改進(jìn)策略，通過(guò)實(shí)施優(yōu)質(zhì)采購、完善維修方案，同步優(yōu)化備件壽命、維修質(zhì)量等，確保產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現長(cháng)周期穩定高效運行。例如，球磨機為選礦產(chǎn)線(xiàn)核心設備，通過(guò)制造工藝提升，筒體襯板壽命從之前1700小時(shí)、3000小時(shí)逐步優(yōu)化并穩定至4300小時(shí)（半年），作為基準定修周期，并擴展上下游設備壽命實(shí)現同步或成倍數關(guān)系。

3.2.5 智能機器人

（1）氧化鈣智能加藥機器人

長(cháng)期以來(lái)，浮選傳統人工配藥方式具有臟、累、差的特性，尤其是氧化鈣藥劑在配制過(guò)程中粉塵大容易被人體吸入、人工搬運體力消耗大、接觸皮膚產(chǎn)生灼燒感，給職工工作帶來(lái)諸多挑戰。同時(shí)，人工配制藥劑無(wú)法保證及時(shí)精確，藥劑濃度波動(dòng)較大，影響浮選生產(chǎn)指標。

解決這一系列難題，在本項目中建設了一套智能加藥機器人系統，系統主要由一臺6軸機械手、一輛AGV搬運車(chē)、2臺螺旋輸送機和1個(gè)廢料箱等設備組成。軟件系統與關(guān)寶山邊緣優(yōu)化控制系統緊密集成，操作工只需要在ROC集控室的電腦上遠程一鍵啟動(dòng)，機器人即可高效、精準地完成投料配藥的全流程工作。這一突破性進(jìn)展徹底解決了配藥前依賴(lài)人工投料流程，極大地解放了配藥職工的雙手，同時(shí)系統能夠自動(dòng)監測配藥桶液位，自動(dòng)投藥、加水，穩定桶內藥劑濃度，使工作效率和生產(chǎn)指標均得到顯著(zhù)提升。

（2）成品庫自動(dòng)裝車(chē)機器人

成品庫區作為生產(chǎn)流程中物流銜接和生產(chǎn)節奏控制的重要樞紐，是工廠(chǎng)無(wú)人化和智能化建設的基礎，而桁車(chē)則是庫區最重要的執行單元。無(wú)人桁車(chē)、自動(dòng)裝車(chē)，將從根本上改變成品庫區的作業(yè)模式，能夠降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量。

使用激光雷達結合三維重建算法建立成品庫模型，對礦堆、火車(chē)廠(chǎng)區環(huán)境等進(jìn)行三維掃描與重建。同時(shí)基于實(shí)時(shí)環(huán)境感知與傳感技術(shù)對現場(chǎng)全環(huán)境進(jìn)行虛擬現實(shí)仿真，實(shí)現遠端監控的可視化和臨場(chǎng)感。并對抓斗的運行情況和受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。

抓斗控制方式改造為既可現場(chǎng)手動(dòng)操控也可遠端控制方式。通過(guò)多傳感環(huán)境感知系統時(shí)獲取現場(chǎng)礦堆和設備數據，并通過(guò)非線(xiàn)性PID控制算法、MPC模型預測算法實(shí)現協(xié)調抓斗作業(yè)流程。運用自主移料與裝車(chē)控制算法實(shí)現精準的自動(dòng)抓取裝車(chē)作業(yè)。安裝車(chē)間激光雷達，裝配調度室遙操作控制臺，遠端監控和管理成品庫裝車(chē)車(chē)間環(huán)境，實(shí)現全環(huán)境的虛擬現實(shí)實(shí)時(shí)仿真。

（3）磨磁巡檢機器人

采用智能巡檢機器人、后臺服務(wù)器、遠程集控中心三層架構，通過(guò)無(wú)線(xiàn)完成數據傳輸；巡檢機器人集成可見(jiàn)光、紅外熱成像儀、拾音器、振動(dòng)傳感器等多種傳感器，完成圖像識別、溫度場(chǎng)測量、聲音和振動(dòng)采集和分析。系統可以自動(dòng)構建地圖和自動(dòng)充電，機器人可以完成自主導航和數據采集，也可以由操作員進(jìn)行遠程遙控；巡檢數據自動(dòng)進(jìn)行管理；在滿(mǎn)足日常巡檢需求的基礎上，有效提升巡檢效率，進(jìn)而提升工廠(chǎng)智能化水平。

3.3 項目創(chuàng )新性

本項目構建了“礦石流跟蹤可視化-品位檢測在線(xiàn)化-過(guò)程決策智能化-生產(chǎn)指標預測化-選礦工廠(chǎng)數字化”的選礦“黑燈工廠(chǎng)”智慧模式，具體取得的創(chuàng )新成果如下：

創(chuàng )新點(diǎn)1：建設了智慧礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。遵循工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺標準體系，構建“端邊云”一體化協(xié)同運行結構，提供多協(xié)議支持的互聯(lián)接入、高可靠消息總線(xiàn)、大數據分析及多維數據可視化等共性平臺服務(wù)。

創(chuàng )新點(diǎn)2：創(chuàng )立了基于大數據+知識圖譜的選礦過(guò)程決策推理機制。采用數據與知識融合驅動(dòng)的智能決策方法，實(shí)現了破碎、磨礦、磁選、浮選、壓濾等各工序間閉環(huán)優(yōu)化控制。

創(chuàng )新點(diǎn)3：建立了可視化礦石流跟蹤與智能配礦模型。通過(guò)專(zhuān)家知識經(jīng)驗和選礦工藝機理，創(chuàng )建了礦石性質(zhì)綜合評價(jià)方法與生產(chǎn)指標預測方法，實(shí)現了選礦生產(chǎn)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)跟蹤與優(yōu)化決策。

創(chuàng )新點(diǎn)4：開(kāi)發(fā)了邊云協(xié)同的選礦全流程智能管控系統。運用智慧礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺與邊緣計算架構，實(shí)現了統一平臺下生產(chǎn)計劃調度、質(zhì)量過(guò)程控制、能源管理、預知性維修等業(yè)務(wù)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。 

4、效益分析

4.1 經(jīng)濟效益分析

本項目從2021年6月開(kāi)始實(shí)施，到2022年8月正式竣工。各系統已上線(xiàn)穩定運行約2年，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益如下表所示：

經(jīng)濟效益額的計算依據：

2023年：

（1）壓濾邊緣系統提升壓濾效率12噸/時(shí)，磨礦、浮選、破碎等系統效率提升降低系統精礦電單耗預計8.33元/千瓦時(shí)噸，8.33元/千瓦時(shí)噸*176萬(wàn)噸=1466萬(wàn)元。

因此，2023年節支總額1466萬(wàn)元。

（2）在關(guān)寶山進(jìn)行試驗應用項目成果后：

磨礦系統、礦石流系統應用提高球磨機臺時(shí)20噸/時(shí)，20噸/時(shí)*2臺*339日*24時(shí)/3.17=102662噸。102662噸*利潤420元/噸=4312萬(wàn)元；

磁選邊緣系統降低磁選尾礦品位0.4%，折合綜合尾品0.28%，0.28%*300噸*339日=28476噸。28476噸*精礦售價(jià)980元/噸=2341萬(wàn)元；

浮選邊緣系統降低浮選尾礦品位1%，折合綜合尾品0.3%，0.3*300噸*339日=30510噸。30510噸*精礦售價(jià)980元/噸=2890萬(wàn)元；

通過(guò)預知維修，實(shí)現全年作業(yè)率提高1.3%，共計96小時(shí)，360噸/時(shí)*110小時(shí)*2臺/3.17*420元/噸=1049萬(wàn)元

新增利潤=4312+2341+2890+1049=10592萬(wàn)元。

（3）合計創(chuàng )效1466+10592=12058萬(wàn)元。

2024年：

（1）節支總額

系統提升壓濾效率13噸/時(shí)，磨礦、浮選、破碎等系統效率提升降低系統精礦電單耗預計8.66元/千瓦時(shí)噸：

8.66元/千瓦時(shí)噸*201萬(wàn)噸=1740萬(wàn)元。

因此，節支總額1706萬(wàn)元。

（2）新增利潤：

應用提高球磨機臺時(shí)26噸/時(shí)，26噸/時(shí)*2臺*339日*24時(shí)/3.17=133461噸。133461噸*利潤300元/噸=4137萬(wàn)元；

系統降低磁選尾礦品位0.48%，折合綜合尾品0.33%，0.33%*300噸*339日=33561噸。33561噸*精礦售價(jià)790元/噸=2651萬(wàn)元；

系統降低浮選尾礦品位1.2%，折合綜合尾品0.36%，0.36*300噸*339日=36612噸。36612噸*精礦售價(jià)790元/噸=2892萬(wàn)元；

通過(guò)預知維修，實(shí)現全年作業(yè)率提高1.6%，共計118小時(shí)，366噸/時(shí)*110小時(shí)*2臺/3.17*300元/噸=762萬(wàn)元

因此，新增利潤=4137+2651+2892+762=10442萬(wàn)元。

（3）合計創(chuàng )效1706+10442=12148萬(wàn)元。

因此，2023年-2024年合計創(chuàng )效12058+12148=24206萬(wàn)元

4.2 社會(huì )效益分析

（1）提升了鐵礦資源的競爭力

推動(dòng)了鞍鋼礦業(yè)智慧礦山建設進(jìn)程，綜合生產(chǎn)效率大幅提高，選礦成本顯著(zhù)降低，有利提升了鐵礦石原礦的競爭力。

（2）加速了行業(yè)智能礦山建設進(jìn)程

以選礦過(guò)程工藝智能優(yōu)化控制為主線(xiàn)，構建了選礦黑燈工廠(chǎng)智慧模式，實(shí)現了工藝流程自動(dòng)化、過(guò)程控制智能化、實(shí)體工廠(chǎng)數字化的關(guān)鍵技術(shù)突破，推動(dòng)了信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟深度融合，不僅夯實(shí)了企業(yè)資源發(fā)展的基礎，對加速我國礦山行業(yè)智慧礦山建設進(jìn)程、實(shí)施產(chǎn)業(yè)基礎再造工程和重大技術(shù)裝備攻關(guān)工程，推動(dòng)礦業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展具有重要意義。

（3）提升了智能選礦全流程安全生產(chǎn)能力

推動(dòng)鐵礦選礦生產(chǎn)方式智能化，構建科技含量高、安全生產(chǎn)、環(huán)境污染少的產(chǎn)業(yè)結構和生產(chǎn)方式，促進(jìn)了經(jīng)濟、社會(huì )、資源、安全、環(huán)境協(xié)調發(fā)展。

（4）減少了選礦過(guò)程碳排放

提高企業(yè)生產(chǎn)效率，增加能源精準投入，減少碳排放。同時(shí)，降低了選礦行業(yè)的能源消耗，從而有效降低碳排放。有利推進(jìn)我國碳減排目標的順利實(shí)現。

（5）推動(dòng)了礦業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力行業(yè)轉型升級

二十大報告指出要加快構建新發(fā)展格局，著(zhù)力推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，需要建設現代化產(chǎn)業(yè)體系，提升戰略性資源供應保障能力。該成果是落實(shí)二十大精神的具體體現，是行業(yè)轉型升級的典型與示范。該成果堅持智能開(kāi)采和生產(chǎn)結構優(yōu)化雙輪驅動(dòng)，是東北老工業(yè)基地創(chuàng )新驅動(dòng)、智能制造、持續創(chuàng )效的典范，實(shí)現了國家、社會(huì )和企業(yè)利益有機統一，是新時(shí)代鞍鋼憲法的生動(dòng)詮釋?zhuān)殉蔀橹腔鄣V山建設的重要貢獻者和行業(yè)引領(lǐng)者。

項目面向國家戰略性礦產(chǎn)資源安全保障與鐵礦山行業(yè)轉型升級需求，結合鞍鋼集團“立足于世界格局、國家戰略，加快推動(dòng)礦產(chǎn)資源事業(yè)發(fā)展，建設世界領(lǐng)先資源開(kāi)發(fā)企業(yè)，發(fā)揮好央企‘穩定器’‘壓艙石’作用”的發(fā)展理念，研發(fā)了基于中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所“中科云翼”工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、人工智能、機器人等智能制造先進(jìn)技術(shù)的智慧礦山解決方案，建成了行業(yè)內首個(gè)選礦“黑燈”智能工廠(chǎng)，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和行業(yè)示范引領(lǐng)效應，具有很好的推廣價(jià)值。