铜板带智能制造系统

袁立新

（紫金矿业集团股份有限公司，信息化研发中心，福建 龙岩 364200）

近年来国内铜板带行业的竞争日趋激烈，产品型号复杂多变、客户要求的交货期日益缩短，对产品质量要求日益提高，而生产厂家的利润空间却大幅度下降，这种状况倒逼铜板带企业需要根据少量多变的订单快速制定科学的生产计划、在提高产品质量的同时还必须降低成本。自动化技术与信息化技术的结合，使铜板带生产企业走向了智能制造这条必由之路[1-3]。

1 系统介绍

1.1 系统基础

铜板带工艺主要是将铜材经过不同的轧制工艺后生产出符合客户要求的板带材。每次轧制前都需经过退火工序，粗轧的润滑剂是水，而中轧和精轧的润滑剂是轧制油，因此中轧和精轧后都需清洗掉板带表面的油污后，再进入退火工序。

板带生产工艺流程图如下： 业务管理流程如下：

图1 板带生产工艺流程与业务管理流程

1.2 系统功能

客户通过互联网下单，生产合同后，数据进入智能制造系统，铜板带产品（黄铜板带、青铜板带、白铜板带）的成分虽然是以铜为主，但是因为添加的金属成分和比例不同，以及产品熔炼过程的温度曲线不同，硬度、延展性、导电性和抗氧化等物理和化学性能差距很大，同一种材质，也会因厚度及公差等参数不同而导致生产工艺的不同，不同的铜板带产品，在生产初期又用很多相似性，生产排产时应该综合考虑这些因素实行合同归并功能，一些客户的退货也应该考虑专用充当，生产管理人员还要预测客户的产品需求，提前批量生产，在快速满足客户需求、尽可能地提高生产率的同时又降低生产成本。

生产过程中的各个工序、各个班组的实时能耗统计和检测，保障生产的顺利进行，避免生产设备空转和“白转”（产品不合格导致回炉），建立生产专家库文档，定期进行能耗智能化分析，也是该系统的重要功能之一。

系统的大量的生产实时数据存储（可以存10年），为寻找铜板带的科学稳定高效生产方法，奠定了技术基础。

1.3 系统组成

图2 铜板带智能制造系统流程图

从图中可看出，底层的PLC（包括智能电表）系统，通过OPC通讯协议和其他的数据采集协议，实时地（数据更新频率为2秒）将全厂的生产和能耗数据上传存储在实时数据库中（历史数据存储时间为10年），实时数据库的使用，为上层的能耗与智能生产管控系统和将来的大数据分析的建设打下了基础。

2 系统结构

本系统由实时数据库系统服务器、能耗与生产智能管控系统服务器和操作终端构成。其中实时数据库服务器上存放大量的装备和生产工艺的真实的实时数据和历史数据，能耗与生产智能管控系统服务器则负责核心的智能计算等工作（工业大脑），并且响应用户操作，操作终端用于生产现场操作人员或者管理人员操作，三者在局域网内通过TCP/ IP 协议进行通信。

3 铜板带智能制造系统功能

（1）铜板带互联网销售系统。全国乃至世界的铜板带客户，通过互联网登陆铜板带销售系统；查阅库存信息，并下订单；产品价格由系统随时自动生成，同一种产品每天的价格都有可能不同，同一种产品同一时刻，不同的客户价格也可能不同；订单通过系统内部自动审核流程或者人工审核流程（客户有特别需求）后，最终形成合同；销售合同签订之后，数据进入铜板带能耗与智能生产管理系统，进行排产生产：生产部门根据订单做出排产，铜板带行业生产产品的数量是批量的，因此订单之外的入库产品信息也会随时进入铜板带销售系统，供全世界的供应商挑选。

（2）自动化数据自动采集系统（实时数据库系统）。计量仪表模块为实时数据库的实时数据采集功能模块，数据2秒钟更新一次。各个车间也有实时数据采集功能。

（3）铜板带能耗与智能生产管控系统。该系统在生产管理信息系统（实时数据库）基础之上建设，功能包括工艺管理、计划排产、品质管理、能耗指标库、能耗整体分析表、能源平衡计算等功能：

4 智能制造系统关键技术

实时数据库是自动化系统和信息化系统结合的关键技术，DCS或PLC系统本身也有类似实时数据库功能，但是规模小（历史数据一般只有一个月的容量），而且数据只为本身自动化系统服务，外部的信息系统很难实时调用，而实时数据库的大规模的，历史数据可以保持10年以上，而且有很高的数据查询和通讯能力（秒级），这就为近来快速发展的信息会议的大数据技术、云技术技术、人工智能技术（工业大脑）在工业生产上的运用奠定了物质基础。

系统将生产设备生产线和工序车间等，通过软件连接起来，实现企业的第一步转型升级。并为铜加工的黑灯工厂打下坚实基础。系统的包括能效实绩、能效对标、节能指导、节能最佳实践库的能效分析模块，为生产的节能降耗提供了保障。

系统根据产品工艺参数库和生产工艺专家库数据，根据各个厂家的各种订单的具体工艺数据和产品数量，通过人工智能算法，自动实现合同质量处理、合同归并建池、生产计划自动生产及下发等功能。

5 系统开发平台

（1）硬件组成。实时数据库服务器、智能制造系统服务器、磁盘阵列、硬件防火墙、生产及管理人员客户端。

（2）软件平台。紫金矿业信息中心自主开发的互联网铜板带销售系统、浙江中控实时数据库PIMS7.0、昆明天宸智业能源科技有限公司的能耗及生产智能管控系统； J2EE、微软SQLServer2008 。

6 总结

系统采用了互联网信息技术，客户在世界各地都可以通过网站查阅铜产品信息和价格，产品价格由系统根据铜的实时价格和客户的订货情况、回款情况以及生产和库存情况智能地自动产生，同一种产品，不同的客户价格不同，客户通过互联网下单后，订单信息自动传输到能耗及生产智能管控系统，客户的订单有各种工艺参数和产品数量，系统会根据产品工艺参数库和生产专家库，智能地将产品的订单在生产工艺初期（材料领用、熔炼、双面铣、退火、初轧、中轧）合并生产，在生产工艺后期根据订单细节精细化生产，并且实时地进行各个生产工序的能耗分析，实现节能降耗的目标。