电解锰企业智能化改造的应用研究

蒋 健 蓝丽红 彭 博 吕 旷 韩要丛　黄超冠 马英群 唐庚飞

电解锰企业智能化改造的应用研究

蒋 健1蓝丽红2彭 博2吕 旷3韩要丛2黄超冠3马英群3唐庚飞4

（1.广西大锰锰业集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西民族大学化学化工学院，广西 南宁 530008；3.中国科技开发院广西分院，广西 南宁 530001；4.靖西市大西南锰业有限公司，广西 靖西 533803）

随着信息化时代的到来，众多的制造行业通过步入智能化改造升级行列解决行业内出现的高物耗、高能耗、高污染的问题，朝着绿色可持续的方向发展。针对广西特色资源锰加工行业的问题，靖西市大西南锰业有限公司开展电解锰智能化技术改造，率先实现了智能化生产，大幅度降低了人力、能耗等成本，明显提升了企业的经济效益，对电解锰行业智能化转型升级具有重要的借鉴意义。

电解锰；智能化；制造行业；双碳

引言

信息化的飞速发展，数字经济成为经济社会发展进步的大趋势，围绕数字化、智能化的发展改造成为制造企业面向“双碳”战略转型升级的重要方向，是对接《中国制造2025》的重大举措[1]。智能化技术的应用能够解决过去人工操作出现的难题，不仅能够提升生产运行效率，而且可以依赖智能化实现节约总体的生产投入成本；具体表现在推动制造企业在生产运行情况、设备故障检修效率、工艺电气化等方面的显著提升，由此带来经济效益的提高[2]。

目前智能化已经应用在新材料研发、石油化工、机械设计制造、煤矿等众多的制造行业中。针对新材料的研究计划中，如材料基因组计划等的实施过程中推动了人工智能在材料研究中的应用。计算机模拟计算可以建立起来材料结构与材料应用性能之间的构效关系，极大地推动了新材料研究过程中特定功能材料的定向研发。高通量计算平台的建立提升了对材料多尺度的计算能力，开发机器学习，为当前全球范围内出现的环境、能源前沿科学问题设计高性能新材料提供可靠的技术手段[3]。

锰是重要的战略资源，可用于钢铁、能源、冶金等领域，这些领域占据着电解锰生产和消费市场的95%以上[4]。广西具有丰富的锰资源，分布着众多的锰资源加工企业。然而，当前电解锰行业的污染问题突出，《电解锰行业污染防治技术政策》《电解锰行业清洁生产评价指标体系》等一系列政策文件的出台推动着电解锰行业绿色化、可持续的方向发展[5-6]。借鉴其他行业智能化技术改造，开展电解锰行业智能化技术改造具有重大的意义，本文以靖西市大西南锰业有限公司开展电解锰智能化技术改造为例，说明电解锰行业智能化工艺的开创性应用。

1 智慧电解锰工厂建设概述

工厂使用企业管理软件金蝶EAS、交投智能管理系统和公司MES制造系统，构建了集现场管控、质检、财务、数据、安保、供应为一体的智能化制造体系，如图1所示。将磨料投料化合、压滤、电解及后处理的锰产品加工全流程融入智能化系统，企业可以直接通过集控室，实时监测管理生产工序、收集生产和设备运行数据，并将其反馈至控制室，实现电解锰工厂全自动化生产，提升生产的效率和稳定性。

图1 锰加工一体化智能工厂模块结构图

2 电解锰智能化建设

2.1 数字化设计建设

在企业资源数字化方面，用金蝶EAS系统开展人力资源、企业财务资源、生产制造资源数字建模，建立资源数字化体系。

石油化工行业是国民经济中的重要能源行业，为日常生活生产提供基础产品。随着我国的石化规模不断壮大，行业内污染严重、资源利用率低的问题日益突显，如何处理这类问题已经迫在眉睫。借鉴石化行业解决存在着众多的工序，如油气开发环节便需要经过勘探、钻井、建设、采集、输送、净化等诸多的流程和工序[1]，油气炼化过程中精馏、分离等工艺过程的协同难度大的相关问题；而使用人工智能。已经有众多石化行业公司研发了许多智能平台或系统，如英国石油公司研发的Sandy和Compass平台、斯伦贝谢公司开发的DELFI系统、壳牌研发Shell Geo-desicTM系统。

靖西市大西南锰业有限公司作为生产制造企业，同样要使用人工智能技术。在生产工厂智能化设计方面，利用BIM技术对生产厂房、生产工艺流程、设备布置等进行数字化建模，辅助UG、CAD等软件设计平面、三维图，并将其融入金蝶EAS系统，数字化优化生产流程和工艺参数。在物流设施数字化方面，货物存贮、分拣、转运等模块使用仿真技术数字化建模，建立运行合理、高效的物流。

2.2 智能化管理体系建设

公司ERP内控系统可根据集团公司的战略和经营任务进行商业和战略分析，制定生产经营计划、预算、固定资产投资、科技研发投入以及公司其他日常管理，并进行全面的成本管理与控制，通过将采购—生产制造—销售的过程集成于平台，进行采购、销售、库存、生产和经营及管理成本的全面规划，最大程度地实现了对财务、销售、供应链、物料需求计划、资金和成本的管理。ERP内控系统与基础自动化系统衔接，集中各个环节实现企业生产中各工序集中控制与统一调配，优化了流程，实现产品生产、企业管理、流程控制一体化，提高管理效能。

2.3 锰产品智能生产建设

机械设计制造过程具有工作效率低、依赖工人加工技术带来的精度差等问题。引入智能化技术能够大幅度提升工作效率，解决机械设计制造过程的存在的众多问题，同时使机械制造设计系统模式更加完善、大幅度减少人员成本、优化设计过程，进而实现绿色生产、保障产品性能稳定以及提高加工技能[7]。

仿照机械设计过程智能化设计开展了锰产品智能化精准生产。公司生产工艺流程采用PLC控制器，配备DCS系统实现对生产的自动控制。在线监测生产工艺的全过程以及生产设备的运行状态，依托控制系统的反馈机制，发现问题并对工艺智能化进行优化调整。生产制造的智能化包含采集数据、决策分析、生产管理，融入企业内控系统ERP，实现全方位高效率的生产监管，过程如图2所示。

锰产品MES系统涵盖投料磨料、化合、压滤、电解及后处理等关键工序。整理分析原生产工艺中各个工序稳定生产需要控制的参数及参数调控的范围。在系统中针对具体的生产工序，设定好工艺流程各种控制参数，形成标准化统一流程，便捷监控系统判断并及时反馈到对应的操作工序，构建可视化、流程化的生产工艺。

图2 制造执行系统模块结构

2.4 生产过程智能化建设

煤炭行业在我国能源结构中处于最大比重。然而煤炭行业是重污染行业，煤矿开采、煤炭洗选等环节都可以通过智能化技术破解行业顽疾。2020年2月，国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等八部委联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，煤炭开发进入智能化发展阶段。公司学习上湾煤矿通过生产模块智能化的方式，建立了基础网络、采煤工作面、掘进工作面、主运输、供电系统、智能辅助驾驶等智能化模块，推动煤炭行业开采智能转型[8]。针对选煤的技术，可以从分离除杂物、重介质分离、浮选技术、干法选煤和煤泥水处理等方面开展智能化应用[9]。

针对电解锰加工过程的几个重要工序，同样采用模块智能化建立生产流程的智能化。主要通过以下方面进行建设。

（1）磨料投料智能化。建立了矿粉自动投料系统，磨粉投料工序配置有原料缓冲仓、磨机、除尘设备、粉料仓、电视接收器、远程报警器、自动称重设备、计算机主机、电子显示屏、矿量监控系统、设备监控系统等软硬件。采用PLC控制软件工艺流程进行控制，采用基于KRM2.0主机操作系统的优稳DCS系统，实现磨料—投料—称重流程的自动衔接，借助MCGS组态软件，进行磨粉和投料工序的数据采集与监测。生产车间配备高清监控设备连接监控系统，可进行车间生产管理远程控制。

（2）化合工序智能化。建立了化合桶、减速机、酸雾除尘系统、废气净化系统及化合生产控制系统。化合生产工艺涉及的数据由监控设备和监测系统实时收集，并及时反馈给工程管理人员。

（3）压滤工序智能化。建立了配备自动隔膜压滤机及压滤机配套的控制系统、电子显示屏、监控设备、监控系统等软硬件的压滤车间操作室。控制系统通过电子显示屏显示压滤给料压力、压紧压力、预压余力、小车电机电流、洗涤计数、循环信息等全流程运行状态，并及时将相关的信息反馈到决策系统。根据监控数据对压滤工况进行监控，及时智能化处理生产中的问题，保障压滤工序高效稳定的运行状态。

（4）电解及后处理智能化。建立了电解配电操作室，配备电解后处理成套设备和电解整流控制系统，包括电解槽、排板机、脱硫机、烘干机、剥离机和洗板机等硬件设备。通过智能PLC控制系统对各设备及工艺进行控制，通过全自动剥离系统实现剥离控制和远程控制的结合。对电解过程中的氨氮、锰含量、金属含量等的检测设置有氨氮在线监测仪、DK-606、整流器电子显示屏，实现碳硫、氨氮、总锰的在线监测，实时对监测数据进行收集和分析。集散控制和PLC数控控制技术实现电解过程的有效运行及控制，及时诊断电解流程中的运行状态，确保电解及后处理工艺流程的有效运行，提高电解流程生产效率。

2.5 信息化网络建设

双网冗余（电信网络＋移动网络）网络，建立了覆盖办公区域、生产区域、物流仓储区域等全厂区域的独立网络。网络硬件使用华为核心交换机、华为数字监控系统、新华三H3C交换机、联想服务器、TPILK、海康威视监控系统（交换机、安防监控系统、存储服务器、硬盘录像机）、辅助通信设备、网络防火墙。

建立静态、动态的信息安全管理体系。制定《保密管理控制程序》，制度上管理企业人员遵守安全保密规则，提高企业关键技术信息的保护力度。企业各办公区域采用静态路由和固定的IP地址段进行管控，各个终端计算机专人专用，通过深信服网络行为管理系统，对所有计算机按照不同的工作需求制定相应的策略，设置不同的网络和计算机桌面管理权限。

在外网防火墙后部署上网行为管理系统，启用用户认证机制及上网准入机制，并对不同用户启用访问规则，用来规范员工的上网行为。

3 智能工厂改造成效

（1）提高了生产率。在智能化工厂改造后，一万吨的锰生产线配备人员从150人降至120人，创造相同工业产值的效率提升20%；设备的运转、维护能力得到提升，缩短了生产周期。在电解后处理自动化设备上线后，生产时间由原来的12小时缩短到8小时，效率提升了33.3%。

（2）降低了生产成本，提高能源利用效率。智能化工厂建设后，公司维修费吨耗从100元降低至80元，同一生产线产能由原来的6 000吨/年提升至6 500吨/年，生产过程中所需人数从15人降至5人，降低67%的人工成本。整体成本降低20%以上，实现了大幅度的节能降耗增产提效。

（3）缩短了研发周期。通过供应链的协同，加快了研发所需物料的供应，EAS及智能办公系统的应用有效的提高了研发效率，工艺研制效率提升了15%。

（4）提高了产品质量。智能化工厂建设后，采用自动采集与检测，数据及分析结果的准确性得到了保障，采用自动化生产线配合机械定量掺配，极大地提升了生产的精准性。电解锰含硫量由原来的0.05%降低到0.025%，硫含量降低了50%。

（5）降低劳动强度，提高生产的安全性。生产线劳动岗从30%降低至12%。通过智能终端的使用，采用监控系统实时监控危险源、污染源的工况状态，远程操作危险源的闭合动作，使员工远离危险。

4 结束语

随着我国“双碳”战略的实施，推动制造行业的产业升级，智能化为制造业升级提供新引擎。而其中智能化的生产设备、自动化控制系统等关键核心技术的国产化是智能工厂建设的核心。因而，大力发展具有自主可控的智能化设备及全工艺流程具有广阔的市场前景。

实现锰冶炼生产流程智能化、低碳绿色环保，实现清洁生产，同时实施对含锰固废的无害化处理及综合利用、降低固废物治理成本，以经济效益为杠杆，智能化消除人为误差，实现精细化管理，将固体废物对环境的二次污染治理问题为企业被动治理变为主动减排，确保锰加工行业的可持续发展，为建设依托企业与环境为友好型企业打下基础。依托企业作为专业的锰产品加工及综合利用企业，深入贯彻落实全区工业高质量发展大会精神以及《广西冶金产业二次创业实施方案（2017—2025年）》总体发展思路，不但对依托企业的发展具有重要的意义，同时，对推动我区锰加工产业可持续发展，促进锰加工产业固废资源的有效利用，智能化电解锰工艺应用能够助力广西壮族自治区锰加工产业转型升级，其示范作用将极大地推动锰深加工行业绿色安全生产，筑牢广西锰产品行业独有的优势地位，提高锰产业整体竞争力，具有重要的意义。

[1]宫彦双，吴超，安超，等. 智能化技术在石油化工行业的应用现状与前景分析[J]. 智能建筑与智慧城市，2023(3): 166-168.

[2]张望辉. 智能化技术在自动化控制系统中的应用[J]. 集成电路应用，2023，40(4): 320-321.

[3]宿彦京，杨明理，祝伟丽，等. 新材料研发智能化技术发展研究[J]. 中国工程科学，2023，25(3): 161-169.

[4]李国，闭道军，向银华，等. 电解锰渣资源化技术研究进展[J]. 广东化工，2023，50(1): 143-145.

[5]王雯，史菲菲，但智钢，等. 电解锰生产企业温室气体排放核算方法与源解析[J]. 有色金属(冶炼部分)，2022(12): 10-15.

[6]唐仁敏. 进一步完善电解锰和烧碱、聚氯乙烯行业清洁生产评价指标体系—国家发展改革委有关负责同志就《国家发展改革委等部门关于印发电解锰等2项行业清洁生产评价指标体系的通知》答记者问[J]. 中国经贸导刊，2023(4): 21-22.

[7]孙占涛，杜立红，关爱如，等. 机械设计制造的数字化与智能化发展思考[J]. 现代工业经济和信息化，2023，13(2): 41-43.

[8]种磊. 5G技术在煤矿智能化建设的应用[J]. 陕西煤炭，2023，42(2): 184-187，204.

[9]付永礼，赵晏民. 选煤厂智能化建设进展及展望[J]. 煤炭加工与综合利用，2023，(4):39-42，46.

Application Research on Intelligent Transformation of Electrolytic Manganese Enterprises

With the advent of the information age, many manufacturing industries have entered the ranks of intelligent transformation and upgrading to solve the problems of high material consumption, high energy consumption, and high pollution that occur in the industry, and are developing towards a green and sustainable direction. In response to the problem of Guangxi's characteristic resource manganese processing industry, Jingxi Daxinan Manganese Industry Co., Ltd. has carried out intelligent technological transformation of electrolytic manganese, taking the lead in achieving intelligent production, significantly reducing costs such as manpower and energy consumption, and significantly improving the economic benefits of the enterprise. This has important reference significance for the intelligent transformation and upgrading of the electrolytic manganese industry.

electrolytic manganese; intelligence; manufacturing industry; carbon peaking and carbon neutrality goals

X78

A

1008-1151(2023)07-0026-04

2023-03-16

蒋健（1972－），男，广西大锰锰业集团有限公司助理经济师，从事海外矿山管理、生产技术等工作。

唐庚飞（1980－）男，靖西市大西南锰业有限公司高级工程师，从事锰冶炼、锰渣处理及智能化改造技术等工作。