郭振宇，朱穎舟，鄒國斌，劉繼明

(1.礦冶科技集團有限公司，北京 100160；2.礦冶過程自動控制技術(shù)國家重點實驗室，北京 100160；3.礦冶過程自動控制技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100160；4.清華大學(xué)自動化系，北京 100084；5.安徽銅冠(廬江)礦業(yè)有限公司，安徽 廬江 231500)

選礦是根據(jù)礦石礦物性質(zhì)，采用有效的方法，將有用礦物與脈石礦物分開，并使各種共生的有用礦物盡可能相互分離，獲得冶煉或其他工業(yè)所需原料的過程[1]，是礦產(chǎn)資源從礦石到金屬制造過程的關(guān)鍵一環(huán)，也是有色金屬企業(yè)管理的重點。有色金屬礦山選礦(以下簡稱“選礦”)生產(chǎn)原料沒有國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但出廠產(chǎn)品需符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且價格由市場決定，這就需要行業(yè)企業(yè)不斷提升選礦生產(chǎn)效率，以應(yīng)對市場波動與行業(yè)競爭。生產(chǎn)運作管理所追逐的目標(biāo)是高效、靈活、準(zhǔn)時、清潔地生產(chǎn)合格產(chǎn)品和(或)提供滿意服務(wù)[2]。分析選礦生產(chǎn)運作管理現(xiàn)狀，有利于發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)管理中的問題和改進方法，這對提升生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量具有重要意義。CORDER等[3]闡述選礦可持續(xù)發(fā)展的運作理念與方法，但沒有涉及生產(chǎn)過程；黃瑞強等[4]僅對選礦生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制方式進行分析；何學(xué)東等[5]從制度管理和現(xiàn)場管理兩個方面闡述選礦廠的生產(chǎn)運作管理，覆蓋不全。本文針對有色金屬選礦生產(chǎn)類型和特點，結(jié)合現(xiàn)代生產(chǎn)運作管理方法[2,6]，對選礦生產(chǎn)運作管理現(xiàn)狀進行全面分析，以信息技術(shù)進一步發(fā)展為背景，對未來選礦生產(chǎn)運作管理方式提出設(shè)想，為礦山企業(yè)的生產(chǎn)管理提供新思路，亦為其智能化建設(shè)提供參考。

1 選礦生產(chǎn)類型與生產(chǎn)特點分析

根據(jù)選礦定義[1]可知選礦過程是加工制造過程，從事選礦生產(chǎn)的企業(yè)不對外提供服務(wù)，故選礦生產(chǎn)是制造型生產(chǎn)系統(tǒng)。選礦過程由一系列連續(xù)作業(yè)組成，通常包括選礦前的礦石準(zhǔn)備作業(yè)、選別作業(yè)和選后脫水作業(yè)[7]，生產(chǎn)過程連續(xù)，故選礦生產(chǎn)是流程型生產(chǎn)系統(tǒng)。有色金屬資源一般經(jīng)過采礦-選礦-冶煉-深加工生產(chǎn)系統(tǒng)后被加工成金屬產(chǎn)品出售。國內(nèi)有色金屬礦山一般隸屬于大型國營或民營礦業(yè)集團，礦業(yè)集團一般將采礦-選礦生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)立為獨立礦業(yè)公司，冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)立為獨立冶煉公司，礦山企業(yè)產(chǎn)品——精礦，是冶煉企業(yè)的原料。金屬年產(chǎn)量由集團統(tǒng)一制定，礦業(yè)公司據(jù)此制定精礦生產(chǎn)計劃，故選礦生產(chǎn)是備貨型生產(chǎn)系統(tǒng)。選礦生產(chǎn)特點分析如下所述。

1) 流程連續(xù)，工藝復(fù)雜。選礦生產(chǎn)流程長并相互影響，生產(chǎn)連續(xù)，加工過程不可分割，存在物料返回與混合的情況。生產(chǎn)過程伴隨物理化學(xué)反應(yīng)，以及物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移，過程機理復(fù)雜。受加工原料性質(zhì)變化影響，生產(chǎn)流程波動頻繁。過程非線性，生產(chǎn)全流程優(yōu)化并非局部單元優(yōu)化的簡單疊加。

2) 對原礦適應(yīng)性差，產(chǎn)品品類少。生產(chǎn)工藝是針對特定性質(zhì)的原礦加工和某(幾)種特定金屬的選別而設(shè)計。以銅陵有色集團下屬廬江礦業(yè)選礦廠為例，原礦礦床屬于斑巖銅礦，易碎難磨、品位低，磨礦流程針對性地采用半自磨-球磨-頑石破碎工藝，該廠產(chǎn)品只有銅精礦、鐵精礦，無法生產(chǎn)其他金屬產(chǎn)品。

3) 設(shè)備故障對企業(yè)影響大。以廬江礦業(yè)選礦廠為例，該廠年處理量為330 t，每天處理約1萬t原礦，原礦銅品位約為0.5%，回收率約為90%。選礦核心設(shè)備為半自磨機，若因為故障停機1 d，則損失約45 t銅產(chǎn)量，銅價按4.8萬元/t計算，損失約216萬元。設(shè)備停車再啟動需要調(diào)整幾個小時才能將流程全線調(diào)穩(wěn)，生產(chǎn)紊亂直接影響生產(chǎn)指標(biāo)。

2 選礦生產(chǎn)運作管理分析

針對有色金屬選礦的生產(chǎn)類型劃分，以及生產(chǎn)特點帶來的對于生產(chǎn)管理的挑戰(zhàn)，行業(yè)企業(yè)不斷探索有效的生產(chǎn)運作管理方式。選礦生產(chǎn)運作管理主要任務(wù)是對生產(chǎn)輸入、過程、輸出環(huán)節(jié)信息流的有效處理，保證物料流穩(wěn)定、高效流通(圖1)。

本文通過現(xiàn)代生產(chǎn)運作管理方法，對圖1表征的信息流進行分解，對目前的管理方式進行總結(jié)，形成如圖2所示的生產(chǎn)運作管理框架，并通過該框架對有色金屬選礦當(dāng)前的生產(chǎn)運作管理方式進行詳細分析。

圖1 選礦生產(chǎn)信息流與物料流

圖2 選礦生產(chǎn)運作管理框架

2.1 需求與生產(chǎn)預(yù)測

有色金屬需求與生產(chǎn)預(yù)測工作由集團公司開展，作為制定綜合生產(chǎn)計劃的依據(jù)。金屬資源作為戰(zhàn)略物資，眾多因素會對需求與生產(chǎn)預(yù)測造成影響。金屬價格是重要影響因素，其影響因子有供需基本面及宏觀經(jīng)濟形勢、貨幣政策、金融因素[8]。此外，礦產(chǎn)資源開發(fā)不僅是企業(yè)戰(zhàn)略，更是國家戰(zhàn)略，生產(chǎn)會受國家宏觀調(diào)控影響。所以礦山企業(yè)需要綜合考慮諸多因素才能開展該項工作，同時使用套期保值等金融工具對沖風(fēng)險。選礦廠基本不開展需求與生產(chǎn)預(yù)測工作，而是根據(jù)集團下達的綜合生產(chǎn)計劃安排生產(chǎn)。

2.2 綜合生產(chǎn)計劃

選礦廠的綜合生產(chǎn)計劃主要包括原礦年處理量和金屬年產(chǎn)量，每年滾動編制。選礦廠每年根據(jù)上一年原礦品位波動情況和實際生產(chǎn)能力初步制定年度生產(chǎn)計劃上報集團，經(jīng)集團綜合統(tǒng)籌研究后批復(fù)下發(fā)，作為實際的綜合生產(chǎn)計劃。集團公司會同步下發(fā)生產(chǎn)質(zhì)量要求，包括金屬回收率(回收率低意味著金屬流失、資源浪費)、精礦品位、精礦水分等。礦業(yè)公司接到集團的綜合生產(chǎn)計劃后編制生產(chǎn)計劃表，將綜合生產(chǎn)計劃分解成月計劃。

2.3 生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制

生產(chǎn)作業(yè)計劃是根據(jù)綜合生成計劃制定的月生產(chǎn)計劃，一般由礦業(yè)公司按月下發(fā)至選礦廠。選礦廠根據(jù)各項生產(chǎn)指標(biāo)完成情況制作生產(chǎn)報表，以班、日、月為周期統(tǒng)計生產(chǎn)進度與指標(biāo)數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前生產(chǎn)完成情況偏離計劃或生產(chǎn)質(zhì)量不達標(biāo)，則及時調(diào)整生產(chǎn)或分析工藝，形成生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制管理閉環(huán)。很多選礦廠采用人工制作紙版的班、日報表的方式管理，效率低。選礦廠通過自動化系統(tǒng)實時監(jiān)控生產(chǎn)，由中控人員集中操作自動化系統(tǒng)，并調(diào)度現(xiàn)場崗位人員。中控人員與現(xiàn)場人員一般通過電話、對講機相互溝通。假如選礦廠沒有自動化系統(tǒng)，只能通過人力巡檢方式了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況，耗時費力。

2.4 庫存管理

選礦生產(chǎn)雖然是備貨型生產(chǎn)系統(tǒng)，但生產(chǎn)的精礦產(chǎn)品會被直接運輸至冶煉廠。選礦廠的精礦堆場可認(rèn)為是庫房，場地一般設(shè)計較小，僅做精礦的臨時堆存。運輸精礦的車輛出廠時在地磅系統(tǒng)稱重，實時統(tǒng)計精礦出廠產(chǎn)量。精礦出廠產(chǎn)量反映作業(yè)計劃完成情況，是生產(chǎn)進度控制依據(jù)。

2.5 生產(chǎn)資源管理

選礦廠生產(chǎn)資源主要包括兩類：生產(chǎn)物料和能源介質(zhì)。生產(chǎn)物料包括鋼球、藥劑以及備品備件等；能源介質(zhì)包括生產(chǎn)用水、電、風(fēng)、氣等。

生產(chǎn)物料的管理包括需求計劃與消耗統(tǒng)計。選礦廠每月初根據(jù)鋼球、藥劑等生產(chǎn)物料上月消耗情況以及本月生產(chǎn)計劃制定需求計劃，并將需求計劃反饋供貨廠商，廠商一般在2周內(nèi)供貨。選礦廠根據(jù)備品備件日常消耗情況、庫存及使用經(jīng)驗制定需求計劃，需求計劃反饋集團公司，由集團統(tǒng)一采購。這種統(tǒng)一采購方式雖然降低了采購成本，卻延長了供應(yīng)周期，所以選礦廠備件需求計劃需提前制定，提高需求量，往往導(dǎo)致備件庫存積壓。生產(chǎn)物料的使用情況通過每月制作消耗統(tǒng)計報表、盤點庫存方式管理，需要投入一定的人工。能源介質(zhì)管理的主要內(nèi)容為消耗統(tǒng)計，以制作統(tǒng)計報表為管理手段，可反映生產(chǎn)成本。通過儀表計量水、電、風(fēng)、氣等能源介質(zhì)消耗。選礦廠按工段、車間、全廠分別作為統(tǒng)計單元，制作各類能源介質(zhì)消耗的班、日、月統(tǒng)計報表。對于磨機等高能耗設(shè)備，均會獨立統(tǒng)計電能消耗，制作成關(guān)鍵設(shè)備能耗統(tǒng)計報表。

2.6 生產(chǎn)質(zhì)量管理

安全生產(chǎn)是生產(chǎn)質(zhì)量的重要方面，是生產(chǎn)運作管理的首要任務(wù)，選礦廠通過建立管理制度進行管理。例如，廬江礦業(yè)選礦廠采用“全員參與，落實到人，設(shè)置獎懲措施”等一系列管理制度，但無法實現(xiàn)定量管理。

生產(chǎn)指標(biāo)直接表征生產(chǎn)質(zhì)量，如磨礦流程的溢流粒度、濃度，浮選流程的精礦、回收率等指標(biāo)。通過第1部分對選礦生產(chǎn)特點的分析，選礦流程易受原礦性質(zhì)變化和設(shè)備異常影響而導(dǎo)致紊亂，直接影響生產(chǎn)進度與指標(biāo)。假如出現(xiàn)生產(chǎn)紊亂或指標(biāo)異常，需要生產(chǎn)人員及時分析，人工調(diào)整操作參數(shù)來糾偏，這對生產(chǎn)人員的個人能力和經(jīng)驗要求較高。

金屬平衡通過分析實際回收率和理論回收率的關(guān)系考核金屬流失情況，是生產(chǎn)質(zhì)量管理的重要內(nèi)容，主要參照國家頒布的金屬平衡管理規(guī)范進行管理。選礦廠每月召集生產(chǎn)、質(zhì)計等部門開金屬平衡會，討論分析金屬平衡情況與改進措施。

對于流程行業(yè)，設(shè)備運轉(zhuǎn)是否正常直接影響生產(chǎn)進度與質(zhì)量，所以設(shè)備運轉(zhuǎn)率、單位能耗，均代表生產(chǎn)質(zhì)量。選礦廠建立過程監(jiān)控、平日點檢、周期運維制度進行設(shè)備管理。為降低設(shè)備單位能耗，采用“避峰就谷”方式操作設(shè)備：周期性運轉(zhuǎn)設(shè)備規(guī)定在用電波谷時段生產(chǎn)；連續(xù)性生產(chǎn)設(shè)備啟停在電波谷時段完成。

3 選礦生產(chǎn)運作管理設(shè)想

根據(jù)上述分析，目前選礦生產(chǎn)運作管理各方面手段較為粗放，很多環(huán)節(jié)由于缺少信息化輔助，生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計周期長，管理信息流通不暢，若以圖2框架為各管理環(huán)節(jié)設(shè)立獨立的信息化系統(tǒng)，必須規(guī)劃訪問接口、管理主數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)交互與治理帶來不便；此外，現(xiàn)場生產(chǎn)決策主要靠人，集團公司無法實時了解生產(chǎn)情況，無法高效地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同管理。在新的信息技術(shù)環(huán)境下，信息技術(shù)將推動制造業(yè)技術(shù)與管理的革新[9]，選礦廠應(yīng)構(gòu)建信息技術(shù)驅(qū)動的生產(chǎn)運作管理模式。結(jié)合選礦生產(chǎn)運作管理現(xiàn)狀與新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，本文從三個視角對未來選礦生產(chǎn)運作管理方式提出設(shè)想。

3.1 以集團視角

按“云-邊”架構(gòu)(圖3)建設(shè)信息化系統(tǒng)，通過對旗下企業(yè)提供各類信息化服務(wù)方式對生產(chǎn)數(shù)據(jù)全面集成，促進集團信息化集約化建設(shè)，可對各生產(chǎn)節(jié)點綜合調(diào)度，總體尋優(yōu)。 集團云端企業(yè)資源計劃(enterprise resource planning，ERP)服務(wù)與下屬選礦廠等生產(chǎn)企業(yè)邊緣側(cè)的制造運行管理(manufacturing operations management，MOM)系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通，有利于集團精準(zhǔn)了解當(dāng)前生產(chǎn)質(zhì)量情況和資源用量與需求，能更為精準(zhǔn)地制定并派發(fā)綜合生產(chǎn)計劃，選礦廠也能更為精確地制定生產(chǎn)作業(yè)計劃并執(zhí)行。該架構(gòu)使礦業(yè)集團從產(chǎn)業(yè)價值鏈綜合管理出發(fā)，根據(jù)市場變化，實現(xiàn)產(chǎn)、供、銷的綜合均衡，而不是拘泥于對下屬各生產(chǎn)企業(yè)的單點管理。

圖3 礦業(yè)集團“云-邊”信息化建設(shè)架構(gòu)

3.2 以選礦廠視角

由于選礦生產(chǎn)始終是流程型的生產(chǎn)類型，選礦生產(chǎn)運作管理重點仍是保證物料連續(xù)和每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)穩(wěn)定運行。選礦廠可采用生產(chǎn)智能操作系統(tǒng)[10]實現(xiàn)生成工藝流程智能控制。流程工業(yè)的設(shè)備運維穩(wěn)定生產(chǎn)關(guān)鍵要素，設(shè)備智能運維系統(tǒng)[10]將最大限度提高設(shè)備健康運轉(zhuǎn)率、節(jié)能降耗。生產(chǎn)運作管理上使用廠級邊緣側(cè)MOM服務(wù)提高管理效率，MOM提供生產(chǎn)作業(yè)計劃與控制、生產(chǎn)資源管理、質(zhì)量管理等多個服務(wù)(圖4)。對比圖2框架，圖4框架將管理環(huán)節(jié)的信息交互轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑾到y(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交互，是對當(dāng)前生產(chǎn)運作管理手段的全面信息化升級，可將從傳統(tǒng)上的每班、每日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提高到實時統(tǒng)計，大幅提高決策效率。

圖4 選礦生產(chǎn)運作管理框架設(shè)想

3.3 以生產(chǎn)工藝視角

生產(chǎn)技術(shù)手段及管理模式的革新，對生產(chǎn)的根本即工藝促進作用有限。選礦生產(chǎn)是選礦工藝的工業(yè)化實現(xiàn)，如果工藝?yán)吓f，即使有先進的工藝裝備、信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)管理模式，生產(chǎn)效率也不會高。選礦工藝的革新將促進生產(chǎn)運作管理效率的提升，故如何采用新技術(shù)推動選礦工藝研究才是生產(chǎn)的根本，需要包括礦物加工與信息科學(xué)等多學(xué)科融合去研發(fā)新工藝，基因礦物加工工程[11]是未來方向。

4 結(jié) 語

本文從分析有色金屬選礦生產(chǎn)類型及特點入手，使用現(xiàn)代生產(chǎn)運作管理方法，對選礦生產(chǎn)運作管理全面分析，認(rèn)為管理手段有提升空間。以信息技術(shù)的進一步的發(fā)展為背景，從礦業(yè)集團、選礦廠、生產(chǎn)工藝三個視角，提出選礦生產(chǎn)管理的設(shè)想，認(rèn)為“云-邊”架構(gòu)與價值鏈整合、廠級信息化升級、選礦工藝革新能提升生產(chǎn)運作管理效率。

但生產(chǎn)運作系統(tǒng)僅是企業(yè)的一個子系統(tǒng)，需要在企業(yè)統(tǒng)籌下，與財務(wù)、人力資源、市場營銷等子系統(tǒng)信息共享、全局優(yōu)化，才能促進企業(yè)良性發(fā)展。企業(yè)是否能成功，取決于生產(chǎn)運作水平的高低，更取決于企業(yè)對時代的把握、對行業(yè)的理解、對市場的洞察、對資源與能力的利用。