解密中国恩菲智能矿山MIM+数字“一体化”解决方案

发布时间:2020年9月24日 来源:中国有色金属报
新闻导读:当前,面对资源匮乏、环境污染和安全事故带来的生产压力,一场全球矿业数字化转型革命正在加速进行。据统计,我国规模以上的金属矿山有近两万座,地下开采矿山占比70%,其中,现代化程度较高、技术装备水平和资源综合利用程度接近矿业发达国家水平的大型矿山仅约10%,其他大型矿山和中小型矿山的装备仍处在20世纪八、九十年代水平,资源综合利用率低、管理方式粗放、安全和环境问题突出。在保障矿产资源可持续供给、促进节能减排、推进矿业现代化的道路上,如何以技术为创新驱动力,引领我国从“矿业大国”向“矿业强国”转变?

当前,面对资源匮乏、环境污染和安全事故带来的生产压力,一场全球矿业数字化转型革命正在加速进行。据统计,我国规模以上的金属矿山有近两万座,地下开采矿山占比70%,其中,现代化程度较高、技术装备水平和资源综合利用程度接近矿业发达国家水平的大型矿山仅约10%,其他大型矿山和中小型矿山的装备仍处在20世纪八、九十年代水平,资源综合利用率低、管理方式粗放、安全和环境问题突出。在保障矿产资源可持续供给、促进节能减排、推进矿业现代化的道路上,如何以技术为创新驱动力,引领我国从“矿业大国”向“矿业强国”转变?

伴随新旧动能转换和供给侧结构性改革的不断推进,信息通信技术日新月异,社会发展已进入智能化发展新时代。近年来,在“网络强国”战略、国家信息化发展战略、大数据战略、“互联网+”行动计划、“5G+工业互联网”、“512工程”推进方案等一系列重大战略和行动的引导下,我国矿山领域的智能化建设不断深入,行业高技术高质量发展的技术要求不断提升。

作为我国智能矿山的引领者和工信部2020年智能制造系统解决方案供应商,中国有色工程有限公司暨中国恩菲工程技术有限公司(以下简称“中国恩菲”)依托67年来丰富的工程实施经验和深厚的技术积淀,由中国工程院院士、百余名博士科研团队和多专业工程技术人员共同开展专项攻关,与国家超级计算天津中心联合成立中国矿业信息化协同创新中心北京市工程研究中心,实现了新一代信息技术与工业控制技术的深度融合,推出智能矿山MIM+数字“一体化”解决方案,使之成为推动行业数字化、智慧化转型的“恩菲之匙”。

MIM+家族都有谁

中国恩菲的智能矿山MIM+数字“一体化”解决方案包含三个主要部分:全信息可视化(MIM Transparent)、全流程数字化(MIM Digital)、运营周期数字孪生(MIM Twins)。

全信息可视化(MIM Transparent)能够实现工程顶层设计数字化,使工程建设实施单位按照统一标准协调工作。覆盖项目建设和运维两个阶段的全生命周期数据流。建设期可进行三维模型、设备材料、数据信息、勘察设计施工管理的全信息展示和运维期实时生产控制数据、运行维护数据和企业管理数据的全信息可视化展示。

全流程数字化(MIM Digital)凝练了中国恩菲智能矿山数字融合技术DFCT(Digital Fusion Communication Technology),由“一系统、一网络、一平台”构成:

“一系统”数字融合控制系统DFCS:DFCS能够通过智能融合控制单元和边缘计算终端、多元数据智能采集单元、多元数据融和一体化基站,实现矿山全生产流程的生产监控与全要素数据采集和边缘端智能控制。

“一网络”多元数据融合网络MDFN:MDFN采用工业互联网数据安全穿透数据稳定传输技术,通过统一的边云协同工业互联网解决方案,在矿区建立一个灵活、可扩展、低成本的多级、分层、融合网络。以一体化融合技术构建的多元融合网络为核心,覆盖整个矿山生产、业务流程,构建全矿生产信息高速公路,有效简化网络结构、提高数字融合程度、降低基建投资、减少运营维护费用。

“一平台”生产管控统一平台UPCP:UPCP通过生产管控可视化、信息处理智能化、协同运营一体化,实现监视、控制、调度、管理、运维、经营等领域,将采场、设备、人员、能源、安全、环境各系统集成在同一个平台进行协同管控,极大地提高了矿山运营管控的效率和效能。

运营周期数字孪生(MIM Twins)将中国恩菲近70年的工程设计、工程数据、项目实践经验相结合,搭载三维建模技术、系统仿真技术、工程仿真技术、虚拟化技术、大数据服务技术、云计算技术、专家系统技术、人工智能技术等,建立虚拟系统与物理系统实时数据耦合和交互接口,实现虚拟系统与物理实体对象的同步映射互联,能够有效为矿山生产运营及工艺现场提供方案评估、动态优化、应急处置等智能化、可视化辅助决策。

MIM+家族战斗力有多强

MIM+数字一体化解决方案能够实现矿山全要素建模,能够基于物质流、能量流、信息流、价值流和业务流,建立起物理实体对象的数据平台与数字虚拟模型的多元化对应关系,实现数据采集、数字传输、知识挖掘、信息反馈等全过程,原料采购、物流运输、仓储管理、生产过程到市场预测与产品销售全流程,“人、机、物、法、环”全要素的整体数字融合,通过边缘计算、云计算、智慧管理和终端应用等多层面数字协同计算,为企业提供基于行业知识库(MIM Knowledge)的智慧协同管控数字一体化解决方案。

更为关键的是,全要素数据平台还封装了国家、行业标准、工业知识、数学模型和管理模式,在此基础上开发“工艺管家”“设备管家”“能源管家”“环保管家”“安全管家”等管理应用,实现企业“管家式一体化”智慧解决方案,打通数字化设计交付-数字化施工管理-数字化生产运维的全生命周期服务流程,突破智能制造核心技术,改变有色行业生态链模式和运营管理模式,为企业提供信息化、智能化的全面数字整体解决方案,从而大幅提高企业运行效率,提升本质安全型金属矿山智能化建设水平,推进传统行业数字化转型和智能化升级,提高生产质量和经济效益。

MIM+打造的行业经典有多赞

目前,中国恩菲已在国外多座矿山提供了数字化、智能化顶层设计和数字一体化解决方案。其中中色非矿谦比希铜矿智能矿山总承包项目更是凭借其引领性和标杆性,成为“2020年国家大数据产业发展试点示范项目”,而备受行业瞩目。

中色非矿谦比希铜矿是中国第一家在海外成功运营的有色金属矿山,被称为“中非合作的标志性项目”,中国有色集团自1998年接管谦比希铜矿以来,与中国恩菲在采、选、冶等多个项目有着长期亲密的合作,打造了中国有色行业“走出去”的一面旗帜。面对矿山行业数字化转型、智能化升级需求,中国有色集团委托中国恩菲实施了“矿山信息化自动化融合控制系统”项目,中国恩菲从行业数字化转型角度对谦比希铜矿地下采矿进行了深入研究和分析,明确生产系统、运输系统和生产辅助系统智能化升级的关键——数字融合控制。

智能矿山数字融合技术DFCT首次在主西矿体整体应用,围绕供配电智能管控,统一采用融合网络的框架设计了矿山整体网络,充分考虑了采矿生产系统、矿山运输系统和生产辅助系统三大需求层面,从技术、管理和理念三方面迭代创新和融合创新,通过对自动化和信息化系统的更新改造、智能化自动开采运输系统的应用,实现了从现场层的监控端到企业管理层的生产全要素过程控制与数据采集,解决了矿山监控信息孤岛问题,同时,其开放的架构设计提供了整合客户业务层面信息和数字的功能,融合多个子系统形成矿山生产管控的大系统,有效提高了矿山生产效率、系统维护效率,建立了全生产流程的数字管控和服务平台,提高了系统间的协调性。

谦比希主西矿体加装“数字化引擎”谦比希主西自动化及电能管控改造项目主要对主西矿体电能管控系统、井下排水系统、井下排泥系统、固定设备在线监视、视频监控系统、排水泵站消防报警、生产调度与信息管理系统进行升级改造,打造全流程数字化(MIM Digital),通过数字融合控制系统DFCS和多元数据融合网络MDFN,全面提高控制及信息化管理水平,建设全矿生产管控统一平台UPCP,降低生产成本。项目自2017年开始实施数字化、信息化、自动化技术升级,目前已经实现了人员定位系统、通讯网络覆盖全矿,采矿作业装备大型化、智能化,辅助生产系统,如排水系统等实现自动化无人值守,生产管理系统实现信息化,减少的作业人员分流至东南矿体。目前,人均生产劳动效率从过去的2吨/人·天提高到近4.81吨/人·天,劳动生产率提升1.8倍,吨铜综合全成本较改造前降低13.4%,多项设备台班指标刷新赞比亚纪录,主要指标达到非洲同类矿山先进水平。

谦比希东南矿体成为“超配版数字矿山”谦比希铜矿东南矿体项目总投资8.3亿美元,设计采选规模为10000吨/日,是中国在非洲最大的投资项目。中国恩菲作为其自动化信息化融合系统的总承包单位,开展全新地下数字化、自动化开采的融合控制设计和集成应用,建设MIM+数字一体化智能矿山,将信息技术与采矿工艺深度融合,使矿山各自生产控制系统之间实现系统融合控制(DFCS)、网络融合(MDFN)、数据融合(UPCP),现场生产所有系统达到实时监控,主要系统实现远程操作和自动化运行。

东南矿体作业层设备及工艺自动化数字化已全面实施,项目采用先进的矿山数字化建模软件,实现了地质建模、采矿设计、中深孔设计、测量验收、计划编制的全面数字化作业,采矿设计三维展现,地质、采矿、测量及计划编制进入了“高速公路”。井巷掘进和支护等作业采用智能设备,相关工艺生产全面实现智能化、数字化运行。采场通过自动化铲运机和无人卡车运输出矿,通过Automine和Optimine系统实现自动化采矿作业,实际应用表明,铲运机运行速度提升20%以上。在井下,主要生产工区融合控制网络全覆盖,其中运输、提升、供水、供电、排水、通风等生产辅助系统实现了自动化控制和智能化运行。在地表生产管控中心,利用生产管控统一平台对全矿的生产数据进行分析、管理和调度,为后续建立全矿大数据服务平台和运营数字孪生(MIM Twins)、三维平台、信息可视化(MIM Transparent)平台奠定了基础。

谦比希铜矿向数字化程度高、生产效率高、生产成本低的世界最优秀矿山对标,实现安全高效生产,这是谦比希铜矿“数字化标杆”矿山的愿景,也是中国恩菲推动传统矿山行业数字化转型的夙愿。

承前启后,继往开来。中国恩菲将持续推动技术升级和平台打造,提升企业生产效率、决策能力、管理水平,着力建构行业数字化转型新业态,推动“有色+数字”的国际竞争力提升,承担起推动矿业大国向矿业强国转变的高质量发展国家责任。

责任编辑:孟庆科