现阶段铜冶炼企业的智能工厂建设，不仅要结合行业特点与企业现状来制定方案， 而且还要及时总结建设的经验与成果，加强探索与理论研究，以此形成系统的智能工厂建设整体思路和方案。 同时，还要通过智能工厂建设，不断提升企业的生产智能化和经营管理水平，以及加快队伍锻炼、人才培养，带动企业转型升级、创新发展，从而进一步提升企业的核心竞争力。

1 铜冶炼企业智能工厂建设需求分析

铜冶炼企业大多数是采用火法炼铜工艺生产阳极铜， 再将阳极铜电解产出高纯度阴极铜。 火法熔炼主要分为造锍熔炼、吹炼、精炼三个阶段：造锍熔炼主要是将铜精矿中的铁和其他金属元素氧化，并与脉石和熔剂等造渣除去;吹炼则是进一步脱除冰铜中的硫、铁等杂质，以获取粗铜;精炼是进一步生产出纯度较高的阳极铜，并通过圆盘浇铸机浇铸成阳极板，再输送到电解工序湿法冶炼加工成阴极铜。

铜冶炼企业在信息化推进方面还存在很多短板，如在生产、管理方面，还存在大量纸质手工台账，员工对关键数据及生产情况的记录存在随意性，报表数据随意修改或与原始记录不匹配、无法进行核对等问题;各个信息系统数据不能进行互通、共享，造成信息孤岛，导致各管理部门无法准确、及时掌控生产流程与进度，部分车间“黑匣子”现象明显。 企业唯有彻底解决纸质台账问题，才能让数据即时精准反映生产情况，才能做到各信息化系统信息流的互联互通，才能进一步推进大智能化、大数据等深化应用。 目前，在铜冶炼企业的部分工艺流程中，仍存在需要人工在高温、工况复杂及工作负荷大的恶劣环境下进行岗位作业，如闪速炉的捅渣口工作、闪速炉的大改造、铲阳极泥操作、高温巡检、有毒环境下的操作等。 这也导致，这些岗位员工不仅工作量大，而且效率低下，岗位操控的判断不够准确。 由此，应当在铜冶炼生产工序中作业环境恶劣的地方优先推进自动化、智能化改造。

2 智能工厂建设思路

（1）实现目标

最大程度提高生产效率，建立一个安全、低碳、环保，可参与全球市场竞争的智能工厂。 在全球化时代的背景下，产品与服务进行全球比价，方能体现企业的核心竞争力。 唯有抓住现阶段的历史机遇，通过持续推进信息智能化水平快速发展，来不断加强企业的风险管控、成本管控等市场核心竞争力，才能实现铜冶炼行业转型升级质的飞跃。

（2）遵循的原则

坚持问题导向，因企制宜。 对现有信息化系统进行整合打通数据信息流，建立统一的数据标准;实现关键冶炼设备、重点领域的升级和智能化改造。 依据企业实际问题、现有基础有序推进的原则。坚持创新，数据驱动。 积极探索工业互联网、大数据、5G等新技术在铜冶炼行业中的应用。 利用 AR(增强现实)/VR(虚拟现实)等技术增强人机交互功能充分发挥技术优势，推动企业持续创新。坚持标准化、制度化建设原则。 推进智能制造，标准化、制度化要先行，将生产、数据、管理标准化、制度化，做到有章可循，不能因为人员变动而影生产。坚持价值评价，针对公司战略目标建立价值树模型来驱动关键经济指标、绩效指标的价值评价。 合理利用资源，加强重点管理，提高企业资金利用率，减少库存，提升效率。

（3）建设的顺序

根据工厂自身的客观现状， 采取循序渐进的原则， 先从全局、整体进行顶层设计，后分步实施。 先解决网络、机房、安全等基础设施，后建设应用系统;再优先信息流系统建设，由下到上，围绕铜冶炼企业关键节点，先实现自动化再到远控、集控、智能控制，坚持先易后难原则，特别是涉及装备的自动化与智能化改造，先局部后全厂，减少投资压力和技术的经济风险，有序推进智能工厂建设。

3 智能工厂顶层设计

铜冶炼企业智能工厂顶层设计分为决策智能化、 经营管理智能化、生产运行智能化、智能工厂基础支撑四个层级，如图 1 所示：

图 1 铜冶炼智能工厂顶层设计四个层级

智能工厂顶层设计采用多层建模方法，是一种具有战略高度的新型设计。 通过重构人、物理工厂、技术等生产要素的运转方式，服务于铜冶炼企业生产管控、供应链协同等管理业务，设计一个绿色环保、高效安全、质量保证、风险可控的新型智能工厂。

智能工厂顶层设计主要包括基于统一集成标准的 3 个应用平台、1 个数据中心、N 个生产作业系统。 其中，3 个应用平台分别为智能决策平台、经营管理智能化平台、生产运行协同平台，1个中心为智能工厂数据中心，即“3+1+N”核心架构;通过纵向穿透、横向集成技术整合，安全运行保障体系保驾护航，形成铜冶炼智能工厂顶层设计蓝图如图 2 所示：

图 2 铜冶炼智能工厂顶层设计蓝图

4 智能工厂建设内容

4.1 网络、安全等基础建设

在智能工厂的建设中， 会应用到大数据技术来采集和存储大量的数据。 这些数据从全厂各角落通过网络传输到机房，需要搭建合理的网络架构;全厂高清数字化视频的应用建设，也对网络提出了更高的带宽要求; 同时为保障各信息系统的应用安全性和可靠性，必须采取相应的保障措施。为支撑企业智能工厂应用运行，必须完善基础信息平台建设，基础信息平台建设包括标准体系建设、数据中心建设、私有云建设、网络优化升级和信息安全。

4.2 生产全流程数字化管控

针对铜冶炼行业的特点建设生产全流程数字化、 智能化管控系统。

(1)智能物流管理

智能制造环境下满足企业厂内、 厂外物流关键技术应用的要求， 实现铜原料进厂前运输过程的动态追踪和风险预警并提供可视化运输监管; 优化企业场内物料运输方式和路径规划来提高运输效率，降低企业物流成本;建立车辆进出厂物流智能调度平台，对进出厂车辆智能调度管理，实现运输精益化管控。

(2)智能物质流管理

针对铜冶炼行业的特点， 管理当前各工序有价元素的分布情况;包括原料库、各工序存量物料，以及槽存(仓)、临时堆场、成品库等物料有价元素的分布情况。 可从不同的维度来展示与分析，并对金属量的平衡进行分析等。

(3)生产过程管理

生产过程管理是对企业生产的各个环节进行有效管控，以公司生产计划和作业计划为主线建立全工序生产过程管控，有效整合 PCS 系统、ERP系统，将生产与业务流程统一协调起来，包括订单、排产、生产单元分配、资源分配、生产过程管控、质量控制、能源管理、人力资源管理等。

(4)设备管理

设备管理智能化是以设备周期费用和设备效能最高为目标，充分利用虚拟现实、大数据等新兴信息技术，完成设备与工业网络的互联互通， 实时采集生产工艺相关的各关键设备的状态数据，全面提升设备健康状态感知、预测、协同和分析优化能力。 同时，在数字化的基础上充分显示设备基本参数，在信息化的过程中充分展示设备运行状况和性能， 并结合设备运行揭示设备管理基本规律，制定行之有效的设备管理策略，实现设备管理的智能化，其内容包含设备档案资料、设备维修记录、设备备件库存和工单等情况。

(5)能源管理

铜冶炼企业能耗居高不下， 是长期以来困扰企业发展的难题。 要在保证铜冶炼工况条件下，利用高科技信息技术，新工艺、人工智能和管理措施等，对标企业、行业视角，对能源进行管理、平衡、分析、监控等，寻求实现综合能耗最低的目标。 在帮助企业扩大生产的同时，合理计划和利用能源，降低单位产品能耗，降低碳排放，以提高企业经济效益。

(6)安环管理

安环系统应用自动控制技术和数据采集技术对企业安环监管核心对象实施全覆盖管控， 实现企业生产安全环保监管的数字化、 可视化和生产安全风险多级预警， 以此保障公司生产安全、可持续运行。 主要功能包括生产安全与风险管控、安环监测预警、安全答题等。

(7)安防管理

安防管理智能化主要目标是应用物联网、5G、 视频分析定位、人员身份识别技术等信息技术，通过系统集成，实现企业厂区安全保卫、消防设备等安防管理数字化、工作协同化、实时状态可视化。

4.3 市场预测与风险管控

铜企业风险把控，不仅包含生产控制、产品质量、成本控制，在很大程度上还包括商品期货在内的衍生金融属性的风险，如通过套期保值规避现货价格波动风险， 以实现锁定利润或者稳健经营的目标，其中还包含对原料采购的风险控制。

4.4 生产作业装备自动化与智能化改造

根据工厂自身条件， 对生产作业区进行自动化与智能化改造，实现少人或无人生产，主要应用工业互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等前沿技术对装备、工艺、产线进行升级改造，同时以车间为单位打造结合智能工艺、智能装备和数字孪生技术的数字车间、智能车间。 电解车间机器人抓取作业如图 3 所示：

图 3 电解车间机器人抓取作业

4.5 大数据分析，流程优化与工艺优化

建立企业大数据中心， 智能工厂建设和运行过程中大量的生产控制及装备系统、安全监管系统、经营管理信息系统等实时运行，将产生海量数据。 解决数据不标准、模型不统一、数据未集成等难题，采集汇聚生产、运营管理等数据，形成包括实时数据库、关系数据库、分布式数据库的数据平台。 通过大数据平台，为企业生产经营管理、可视化平台提供数据源，并利用大数据分析工具，对数据进行挖掘，分析数据趋势，反映内在关系，为企业工艺、生产、安全、经营等各方面提供优化决策功能。

5 智能工厂建设效果评价

近些年来智能工厂建设如火如荼，建设得好不好，如何进行评价，最简单直接的评价就是该项目的投入是否带来了回报，是否减少了用工，是否提高了生产效率。 基于对智能工厂实际建设的经验，提出对智能工厂建设效果的评价：

1)智能工厂建设综合评价。 围绕全面感知、协同执行、预测预警、科学决策等维度综合评估。 使得流程更加通畅更加合理，生产过程更加透明，管理上避免漏洞，企业总体的架构与方向目标明确，职责清晰责任到人，问题能积极响应、处理透明。

2)智能工厂建设时序评价。 各项目建设应有序进行，不可重复建设，不可在不具备条件的情况下进行建设。

3)智能工厂智能装备评价。 应本着成熟、经济的方案优先;统筹规划，有价值潜能的加大研发，通过智能装备研发及应用推动产业升级。

4)智能工厂风险评价。 通过智能工厂建设，对生产风险、经营风险、市场风险及管理风险能够做到有效管控。

5)智能工厂生产效率评价。 通过智能工厂建设普遍减少用工50%以上，更有甚者减少用工达 90%，极大地提高了生产效率。

6 智能工厂建设思考

就智能工厂建设的经验教训谈一点思考。

(1)智能工厂建设顶层设计

智能工厂建设投资大、建设周期长，需要做好顶层设计与规划，加强数据流通与信息监管，让数据能够真正流通起来，数据流通的过程也是优化业务流程的过程， 让生产者成为各个信息流节点数据的收集者，由ERP系统搭建数据流的主干，各业务系统充当分支。 通过数据分析、建模分析、智能预测，让企业拥有一个智慧大脑，从而提高生产效率、降低成本、提高产品与服务质量。

(2)智能工厂建设误区

在智能工厂建设过程中有的过多关注机器代人或无人工厂，有的过多关注信息系统建设，有的过多关注时髦的新技术如大数据、云计算、人工智能等。 智能工厂的建设应结合企业自身实际现状，坚持总体规划、分步实施，有序推进的原则，让整个生产过程数据透明化，通过数据流来规避业务过程的风险，让数据成为企业的血液并能够流通顺畅。

(3)人才才是核心

随着产业升级的深化，一线操作人员将越来越少，取而代之的将是机器，普通的业务人员也将越来越少，简单的数据收集与分析将都被计算机取代。 企业将需要更多懂技术、懂工艺、懂管理、懂分析的各领域复合型人才。 加强人才培养，建立人才友好型的环境与制度就显得十分重要，加强技术人才、复合型人才的建设，才是企业实现智能制造转型升级的关键。

7 结束语

有色行业铜冶炼企业必须抓住历史机遇加强智能工厂建设，推进企业产品质量与服务升级。通过顶层设计形成骨骼，在铜冶炼智能工厂建设过程中的实践经验说明：要进行顶层设计，如果没有顶层设计，就会导致各系统的建设无序，造成重复建设或成为信息孤岛;要让信息流成为血管，推动企业业务流程优化，让信息流上每个节点成为收集信息的容器，把数据报表、数据分析全部交给计算机处理，可以缩减人员编制，提升数据的准确性与及时性;要将生产线自动化与智能化改造成为肌肉。 应优先在环境恶劣区域机器代人，可根据先易后难的原则加快推进，如：闪速炉清理机器人、捅风眼机器人、渣包自动装卸与运输、精矿库无人行车、阳极炉的终点判断、电解剥片机器人、磨浮智能化改造等。当前，制造业面临产业升级，要抢抓历史机遇，大力发展智能制造，建设一个骨骼健壮、肌肉强壮、血液通畅的铜冶炼智能工厂。

在智能工厂的建设过程中，随着智能制造装备技术的进步，需要对生产流程的各个环节、 各个节点进行智能化改造与技术突破。 未来的智能工厂一定是制造要素和资源的相互识别、实时交互、信息集成的，逐渐由自动化向无人化、智能化方向转变。