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2022-06-09

探索数码化实践路径 引领有色矿业数码化转型

连接客户体验SD-WAN数码转型

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对比钢铁、煤炭等行业,有色矿业数码化因业务流程离散复杂、数据获取困难、基础设施薄弱等众多等不利因素,实现数码化转型的难度更大。

近年来,紫金矿业运用5G、物联网、人工智能、云计算、大数据、数码孪生等新一代资讯技术,积极探索数码化转型的实践路径,并成立紫金智信和紫金智控两家科技公司,为紫金矿业的数码化转型提供自主服务能力,同时期望通过一系列优秀实践案例,突破技术壁垒和数码化转型核心技术,打造“智慧矿山”、“智慧工厂”,为行业赋能,成为有色矿业数码化转型的引领者。

有色矿业数码化 面临技术、意识和投入方面的挑战

紫金矿业集团股份有限公司是一家以金铜等金属矿产资源勘查、开发及工程技术应用研究为主的大型跨国矿业集团。紫金矿业集团信息总监董文生在接受企业网D1Net采访时表示:从他多年从事钢铁行业和有色矿业资讯化、数码化转型的实践经验来看,有色矿业领域的数码化面临技术和意识两个方面的挑战。

首先,在技术方面,存在数据获取困难方面的挑战。

一是有色矿产资源数据来源的不确定性较高。董文生提到:有色矿业的核心是资源,大部分稀疏分布在地下,现有的地质勘探技术一般按照一定的勘探网度进行钻孔,然后进行岩心(岩粉)取样、化验,建立地质模型指导后续的采矿设计、生产。因此矿产资源取样数据相当于抽样数据,不能100%确定矿石品位分布情况。在这个过程中,数据的准确性和模型的准确性都存在较大不确定性,这是有色矿业数码化的一大挑战。

二是采掘生产过程数据无法即时获取。在采矿生产过程中,很多采掘设备本身是传统机械装备,无法进行上网通信以及数据传输,导致采掘数据缺失或者必须人工填报。

三是选矿生产过程数据不够精确,有色矿山金、铜等金属元素的含量很低,在百分之几至千分之几之间,如何即时获取矿石品位的精确数据,从而组织后续的选别工作,是一大难题。

其次,在数码化转型意识方面,存在人员数码化意识和资源投入意愿方面的挑战。

由于有色矿山普遍分布在偏远地区,员工的数码化意识较保守,同时技术支撑及基础设施较差,因此在有色矿业领域,精细化管理理念以及资源投入意愿等方面都面临一定挑战。相对于钢铁行业资讯化投入在销售收入的1%~1.5%,有色矿业目前大致只有1%~2%,有很大提升空间。

紫金矿业 数码化转型目标及三步走战略

针对上述挑战,紫金矿业高度重视资讯化、数码化建设,在2018年成立资讯化工作委员会,并审议通过了《紫金矿业五年资讯化工作发展规划》,提出将以服务集团公司生产经营为重点,着力构建紫金矿业集团现代化资讯系统。

2021年,紫金矿业对外发布《关于五年(2+3)规划和2030年发展目标纲要》,提出了建成先进的全球营运管理体系,建设绿色高技术超一流国际矿业集团的目标。 《纲要》中强调:紫金矿业将全面提升自主系统技术和工程研究、设计和实施能力,强化行业技术竞争优势,加快采矿技术与工程突破,全面推广应用“矿石流五环归一”矿业工程管理模式,构建全球化资讯系统,实现所有生产经营与管理活动数码化和平台化。

董文生表示:紫金矿业的数码化转型明确为三步走的目标战略。

第一步:

数据化,实现核心业务的全面线上运转,全面建立数据获取通道;建立适应国际化营运的数据平台,确保不同业务系统之间及境内外数据互联互通;资讯化系统开始支援国际化,支持管理变革。

第二步:

数码化,数据全面汇聚,实现业财一体,支援全面预算;资讯系统全面建成并持续优化,基本建成数据治理和营运体系;对数据开始智慧化应用,资讯化系统全面实现国际化;以业务创新为引领,带动管理变革。

第三步:

数智化,通过数据积累,运用人工智能、大数据等技术进行智慧分析,实现集团营运的风险预测,支撑集团的全面预算等战略目标,达到智慧决策水准。实现高效先进的数据治理和营运体系并持续优化;业务系统具备高度智慧化能力;资讯产品及公共服务平台可为行业提供优质领先服务和解决方案。

数码化为有色矿产资源 从勘探、开发到利用的各环节赋能

经过多年建设,如今紫金矿业已将数码化技术应用于矿产资源从勘探、开发到利用的各个环节,全面提升生产效率。

“有色矿产资源从开发到利用包括‘地、测、采、选、冶’五大环节,在整个过程中涉及各种技术,包括基于移动互联网的生产任务下发和生产实绩收集,通过远端遥控和无人驾驶为采矿运输环节赋能,通过线上品位分析仪提升品位检测效率,通过图像识别提高选矿控制效果,通过磨、浮专家系统提升选矿整体智慧控制能力,通过数码化赋能实现冶炼环节的自动化等等。”董文生如是说。

“地”指地质勘探,通过物探、化探等数码化的勘探技术确认矿产资源是否达到可利用级别以及具体分布情况。在勘探和取样环节,通过数码化技术编排打孔位置、密度以及矿石相关特性等数据,在得到矿石的化验数据后,将其与位置资讯相结合,通过数码化支撑地质建模,形成三维地质模型。

“测”是测量,指开采的过程中,进行各个炮孔位置、采掘(剥)工程量测定工作。测量环节与地质、采矿环节紧密结合。

“采”指采矿环节。以露天采矿为例,分为穿孔、爆破、铲装、运输和排土等环节。通过数码化赋能,紫金矿业实现了生产计画的数码化编排,基于移动互联技术的任务调度系统,将每日的生产任务下发至工作人员的手机,安排相关作业任务,使员工到场后能够井然有序的安排工作,实现了移动化的采矿数据填报和数据收集。

“选”是选矿工序,主要包括矿石破碎、筛分、磨矿、分级、粗选、精选、扫选,浓缩脱水等诸多子环节。紫金矿业通过皮带秤、镭射扫描系统等各类自动化装备,提升入磨数据、精矿产出数据的采集及精准度;通过线上品位分析仪、X萤光分析仪与实验室化验相结合的方式,提升矿浆品位检测效率,补齐了实验室化验效率较低的短板;此外,基于人工智能的选矿控制系统,能够对泡沫进行图像识别,通过分析泡沫大小、移动速度和生存时间,自动控制加药量和吹气量,提高现场选矿效率。

“冶”是冶炼,由于冶炼环节是一个相对连续的过程,因此自动化程度较高。据悉,紫金矿业对冶炼环节的生产管理处于业界领先水准,基于生产管理系统和自动控制系统,可对熔炼、电解、制酸等环节以及各个子环节进行生产管理及自动控制,提升各环节的生产效率。对于需要人工参与的运输、装料以及吊装阳极板等环节,通过开展行车远端遥控等实践,加强数码化赋能,逐步提升冶炼环节的生产安全水准以及生产效率。

探索智慧矿山 实现安全生产、智慧生产

智慧矿山是矿业未来的发展方向,紫金矿业充分运用5G、视觉识别、物联网、无人驾驶、智慧装备、数码孪生等技术在智慧矿山领域进行了一系列探索,主要涉及现场设备和生产管理系统两方面实践。

例如在矿山现场,采矿环节通过卡车调度系统以及一系列智慧装备,实现现场运输的自动化、智慧化;在井下,通过无人电机车替代人工作业;在露天,通过无人驾驶或远端遥控,实现智慧生产,提升安全生产水准。选矿环节,通过智慧选矿专家控制系统,加强现场选矿的自动化控制能力。

“我们正在探讨把鸿蒙作业系统应用到采矿装备上去,使其变成智慧装备,在采矿过程中,通过智慧装备实现数据的即时回传,然后利用这些数据分析现场的运行情况。此外,通过移动机器人可替代人工进行井下巡检,查看井下的危险源,能够进一步提升现场的安全管控。”董文生如是说。

围绕安全领域,紫金矿业通过收集采矿行业各个环节的危险因素以及应对策略,形成知识库平台,开发了关于安全的“应知应会”APP应用,让员工不断学习,时刻强化安全意识;通过图像识别技术和感测器检测,能够及时发现安全隐患,例如针对不带安全帽的情况,及时进行预警;此外,基于物联网和人工智能技术的边坡检测和微震系统等,可自动检测地形地貌的变化和倾向,通过预测预警提升现场的安全水准。

基于生产层面建设了业财一体化的智慧动态管控平台,将生产各环节、全流程打通,使数据能够自动流转,支撑整个矿山的生产营运管理决策。对于近两年火热的数码孪生技术,紫金矿业也展开了相关实践。董文生提到:“数码孪生最适合不容易看见,也无法直接测量的应用场景。对于采矿业而言,构建地质模型需要一定的数据进行模型模拟,如果将地质三维模型与数码孪生相结合,在实际采矿的过程中,将不断获得的数据向模型中叠加,可以分析采矿进展,与预测比对是否一致,从而提升预测能力。”对于这一典型应用场景,紫金矿业正在探索的过程中。

而在冶炼环节,紫金矿业对高温高压的底吹炉、侧吹炉、阳极炉等进行数码孪生建模,通过各类感测器即时采集周边数据,结合孪生模型来推导炉内的反应情况,预测整炉冶炼的完成时间,工作人员在中控室内即可了解冶炼炉内的实际情况,从而控制和指导生产过程,提高生产效率。

打造紫金方舟平台 支撑工业软件自主开发

在采访过程中,董文生向企业网D1Net强调:“在紫金矿业数码化转型的过程中,基于工业互联网技术的紫金方舟平台,对紫金资讯化建设的标准化、平台化和数据化,发挥了非常关键的作用。”

他提到:“多年以来,我们不停地引进各类软件,进行系统建设。由于不同的供应商基于不同平台进行开发,导致专案验收后,当业务需要对其进行升级改造时,很难实现统一。此外,各个系统之间的孤岛效应也非常明显。”实际上,紫金矿业遇到的问题,在业界也普遍存在。

为了破解这一困境,2020年起,紫金矿业自主打造了紫金方舟平台,支撑工业软件的自主研发。紫金方舟平台采用当前比较流行的IaaS+PaaS+SaaS的架构,并通过数据中心向外提供数据服务。 IaaS层实现边缘端的数据获取以及边缘控制;在PaaS层有统一的数据中心,向外提供数据服务和标准的开发工具;而SaaS层提供包括生产、管理在内的一系列服务。

紫金矿业基于方舟平台自主开发的软件应用,覆盖生产、采购、销售等诸多环节,例如矿山的生产管理系统,支援集团采购的SRM系统,CPS系统,设备管理系统,仓储管理系统,以及针对生产现场工业数据获取的安全管控系统等等。

董文生表示:紫金方舟平台使各系统之间的数据获取更加便捷,这是最关键的基础能力;此外,使用统一平台的开发人员具备统一的开发能力,在开发不同的应用系统时能力可复用,只要提升开发人员的业务认知水准,即可快速开发新的软件平台,这对紫金资讯化建设的标准化、平台化、数据化,发挥了非常关键的作用。

紫金方舟平台既能支撑紫金矿业对单个矿山的管理,亦可支撑集团层面的管理,实现了基于统一工业互联网平台的数据互联互通。目前,该平台的功能还在不断完善的过程中,其目标是成为能够支撑生产、营运与生态的工业互联网平台,进而向行业赋能。

运用数码化手段 构建全球化的营运管理体系

自2021年起,紫金矿业的国际化发展进入快车道,目标是成为世界一流的金属矿业公司。在全球化营运管理体系的建设方面,紫金矿业通过对国内外矿山的系统覆盖,将人财物管理统一纳入基于SAP 的ERP系统中,从而及时对各大矿山的生产经营指标和财务指标进行有效地营运管控。此外,通过对生产现场进行一系列自动化、智慧化改造,提升各矿山的生产和营运效率。

目前,紫金矿业的矿山遍布全球,例如位于欧洲的塞尔维亚、南美洲的哥伦比亚以及非洲的刚果,有很多是在相对落后的国家和地区,而基础设施网络能力是制约当地矿山数码化发展的一大瓶颈。为此,紫金矿业通过专线+SD-WAN的方式,保障全球业务的网络体验。其中,专线用于保障核心数据的快速传递;而在一些网络不太好的情况下,SD-WAN通过互联网能够中转一部分流量,例如视讯会议系统,以及大型档案的传输等等。

对于网络供应商的选择,董文生提到:“我们合作的供应商是多方面的,国内以三大营运商为主,而在海外,会对服务提供者在当地的网络情况与总体成本相结合,进行综合考虑。”以紫金矿业合作的中企通信为例,其联合母公司中信国际电讯CPC,服务覆盖“一带一路”沿线和RCEP成员国,网络覆盖超160个国家,满足紫金矿业快速开通、灵活扩展的需求,同时也可助力紫金矿业的全球化发展战略,为紫金矿业在俄罗斯、塞尔维亚、哥伦比亚和澳大利亚的国际分支与中国总部建立快捷的网络通道。

“为了降低成本,能自身解决的问题我们会通过内部解决,不能内部解决的,紫金矿业通过集团层面集体采购一部分资源,例如专线、SD-WAN等等,通过集团采购降低营运成本。”董文生如是说。

此外,紫金矿业选择中信国际电讯CPC旗下子公司中企通信合作建设了香港数据节点,该方案以VMware虚拟化技术为基础(使用服务包括VMware 的vCenter Server,vSphere + Virtual SAN和vSAN网络连接)、以营运服务为导向,实现基础软、硬件设施资源合理调度、自动管控、共用使用和业务快速部署,服务可用性高达99.99%,并备有真正的灾难恢复设计,同时可与紫金矿业现有的基础IT平台整合,实现高效能的云计算方案,为紫金矿业香港公司业务提供支撑。

董文生说:“我们通过和各优秀供应商合作,建立起集团层面的全面预算管理系统,期望借助大数据能力,从各个矿山即时获取生产、成本等营运数据,支撑集团的预算控制,实现跨部门协同、多方联动的全面预算营运管理体系。”

面向未来 引领矿业数码化转型

数码化转型是一个长期过程,不会一蹴而就。为了打造持续营运与服务的数码化能力,紫金矿业在2021年先后成立紫金智信和紫金智控两家科技公司。其中,紫金智信负责资讯化层面核心系统的建设以及基础设施建设和运维工作,紫金智控负责自动化和智慧化层面,包括智慧装备的研发以及控制系统的建设工作等等。

董文生透露:“紫金矿业成立这两家科技公司的初衷,是希望通过自主能力的不断成长,能够将业界最新的技术与业务相结合,持续、高效地为紫金的数码化转型提供标准化的服务能力,为业务的提质增效赋能。”

未来,紫金矿业将继续从上到下强化全员的数码化转型意识,通过加大投入,加快在数码化转型各领域的研发,破解有色矿业数码化方面的各种挑战。当紫金矿业的数码化转型取得成效时,作为有色金属行业的头部企业,紫金智信与紫金智控两家公司利用紫金矿业的最佳实践为行业赋能,引领有色矿业数码化转型。

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