精益化管理在高庄选煤厂的应用

孙 伟，殷宪文，朱守其，李辛元，赵 伟，王晓倩

(枣庄矿业集团 高庄煤业有限公司，山东 枣庄 277000)

随着煤炭企业供给侧结构性改革的逐步实施，经济局势愈加复杂，低效率、粗放式、高成本的管理模式严重制约了煤矿企业的发展，削弱了煤矿企业的市场竞争能力[1-3]。煤矿的各项成本管理较以往需要投入更多的精力、寻找更适宜的思路，以适应企业高效发展的要求[4-6]。选煤厂是由多个执行不同任务的工艺环节组成，是技术复杂、劳动工序多的生产单位，而传统的选煤厂管理模式略显粗放[7]。选煤厂作为煤炭产品深加工企业，必须随着煤炭产业升级探索出一种适合企业发展的管理方式[8]，近几年精益化管理在选煤厂生产管理中凸显了重要的作用[9-11]。

精益化管理理念最早起源于日本丰田汽车的TPS(丰田生产体系)，其核心是追求一个对变化快速反应的独具特色的生产经营管理体系。推行精益管理对促进国有企业改革具有非常重要的意义[12]。

为实现对选煤成本的控制，高庄选煤厂积极响应山东能源集团提出的精益化管理理念，并将该理念融入到选煤厂的管控流程中，以提升企业的核心竞争力。

1 精益化管理创建思路

精益化管理是一项系统工程，高庄选煤厂在精益化管理过程中，运用“精益思维”，以现状诊断为突破口，构建高庄选煤厂精益化管理模式，搭建精益化体系架构，提出精益化管理体系实施方案，将精益化管理落实到日常具体的工作中，以保证系统及设备的高效运行，降低生产成本，实现洗选效益最大化。

1.1 传统管理模式

传统的选煤管理模式较粗放，仅能实现系统、设备正常运转，产品合格、稳定，完成生产任务即可，没有更多地去挖掘各个环节的潜在价值。该管理模式的各类生产数据、生产信息多而杂，需要人工记录，统计方法落后，原始数据未经加工、分析，不能直白、准确、形象地反映生产情况和系统设备运行情况；信息化建设较落后，生产信息、生产数据不能及时共享，信息传递慢，不利于洗选过程管理；选煤生产过程管控需要大量岗位司机干预，人员占用多，统一协调性差；各环节产品质量控制过度依赖于现场以及经验，导致目标产品质量稳定性较差，精煤产率低；系统、设备运行稳定性差，故障率高，导致洗选成本升高，洗选效益无法实现最大化。

1.2 选煤厂精益化管理体系

(1)搭建选煤厂精益化管理平台，实现生产数据的在线统计、分析、查询以及生产信息的在线共享，为选煤精益化管理提供数据支持和信息服务；通过对标管理，对各类数据进行分析，完善洗选过程管理。

(2)构建设备健康管理系统，通过设备运行状态在线检测，提高设备运行稳定性，降低生产事故率，提高系统运行效率；开发智能巡检系统，通过设定巡检周期、巡检任务，实现对设备健康状态的在线管理，提高设备运行稳定性。

(3)实施质量全流程管控，通过给煤机PID变频控制，实现重介系统入料的均匀、稳定，提高系统运行效率；构建重介分选密度智能跟踪控制，实现精煤产品质量的精准控制，提高精煤产率；开发浮选智能加药系统，通过对浮选入料流量、入料浓度的在线检测，浮选精矿灰分、尾矿灰分的在线分析，确保药剂投加的及时、自动、精准控制，实现浮选指标的可靠稳定及岗位无人值守。

(4)通过精益化管理体系，实现介质、浮选药剂的精准添加，以减少介质、浮选药剂消耗；同时开发启车逆煤流/停车顺煤流一键启停功能，减少设备空开车等待时间，降低无效能耗。

2 精益化管理实施方案

2.1 创建精益化管理平台

计量是选煤厂智能化建设项目的一个重要环节，生产过程中的技术管理和经营管理很多环节都需要进行指标管控，因此搭建精益化管理平台的关键在于生产现场计量设备的稳定运行。为此，高庄选煤厂自主开发创建精益化管理平台，实现生产量，包括原煤入选量、精煤产量、中煤产量、矸石产量、煤泥产量等数据的在线统计以及任务完成进度分析；实现系统运行效率的在线统计，准确记录系统运行时间、带料时间、空开车时间，为生产事故的分析提供数据支持；实现洗选过程主要消耗的数据统计、分析、处理，包括介质单耗、浮选药剂单耗、电耗，为降本增效工作的开展提供数据支撑；实现产品质量的在线统计，包括原煤排矸、重介分选、粗煤泥分选、浮选等关键环节分选参数及产品质量按照对应时间的统计、查询、分析。

以生产过程中入选量及各产品产量的在线统计为例，高庄选煤厂采用了七台双模电子皮带秤和五台单模皮带秤来实现对原煤系统和重介生产系统计量数据的全面采集。双模电子皮带秤由A秤和B秤两秤架、加载砝码、重力传感器、测速传感器、计量仪表、在线计量校验系统组成，其中重力传感器是其核心部件。称量时，物料通过带式输送机时对带式输送机产生一个压力，压力信号传递到重力传感器上，重力传感器测出带式输送机单位长度上的载荷信号，测速传感器测出同一时刻带式输送机的运转速度信号，重力传感器输出的重力信号与测速传感器输出的速度信号连续累计，同时传输至显示控制器上进行数据处理，得到其瞬时流量值，系统对连续的流量信号进行累计计算，从而得到物料累计值。皮带秤的表头具备485通讯接口，通过光电转换器将485信号转换为光信号，借用敷设完成的光纤网络光信号将数据传至调度室中控机房，再将光信号转换回电信号，最后将数据传输到工控机。工控机上安装有ICS-MKZ皮带秤数据采集软件，在工控机上可以看到带式输送机的累计产量、瞬时流量、速度、零点、运行时长、带料时长等数据。

各类数据均可通过精益化管理平台实时获取，从而为设备健康管理、质量全流程管控、成本在线监控提供数据支撑和信息服务。通过设立日产、班产及生产工艺的标杆，选择查询条件，可以形成各类数据的月度对标、日对标及班组对标。通过对标各项生产指标数据(包括生产任务数据、经济指标数据等)，实时跟踪监测可对异常数据进行分析处理，做到有差异、有分析、有落实、有奖惩。图1为高庄选煤厂精益化管理平台。

图1 高庄选煤厂精益化管理平台Fig.1 Gaozhuang Plant′s lean management platform

2.2 设备健康管理

设备是生产力的重要组成部分和基本要素之一，是企业从事生产经营的重要工具，提高设备管理水平对促进企业进步与发展有着十分重要的意义[13-15]。通过统计生产事故，总结事故类型以及事故发生的频率，并在故障率较高的设备上安装检测、保护装置，当发生生产事故时，就能够及时检测到故障点、故障设备，及时进行保护。根据生产工艺建立起的设备故障诊断系统可划分为带式输送机、刮板输送机系统故障诊断、水泵管路故障诊断分析、重点设备温度诊断、筛下水池防堵等几个类别。

以刮板输送机的故障诊断为例，高庄选煤厂开发了三位顺序检测的刮板输送机智能保护装置。具体做法是：在刮板输送机合适的位置安装三个光电传感器，通过调节三个光电传感器的相对位置，找出适合的角度，实现对不同刮板输送机的检测，并通过对现场控制箱内小型PLC程序的编写，开发了系统的自学习功能、光电开关故障自检功能、角度可调的拉斜故障检测、断链故障检测、失速故障检测等五项功能，实现了刮板输送机拉斜、掉链、断链、堵转等故障的实时监测、报警和上传功能。

同时，基于设备故障检测，借助高清监控镜头以及调度室监控大屏，总结事故频发点，根据设备上下级关系、系统闭锁联系，在视频监控网络中设置不同场景，通过视频网络与集控网络的关联，开发了视频智能随动系统。视频智能随动系统将视频监控系统与选煤生产集控系统进行联动编程，通过设定PLC程序，自动监测每台设备运行状态，当设备故障报警时，首先检测装置将信号上传到集控系统中，集控系统进行语音报警提示，监控大屏自动切换到故障点，实现故障预警的自动跟踪，及时、有效地协助对生产事故的判断、分析、处理，提高工作效率，缩短生产事故处理时间，避免事故扩大化，从而有效提高选煤系统运行效率。设备故障在线诊断流程如图2所示。

图2 设备故障在线诊断流程Fig.2 Flowsheet of online equipment fault diagnosis process

智能化设备巡检系统是一项工业生产线设备正常运转的管理组织措施，是延长设备使用寿命的技术保证，是深化工业企业基础管理工作的实施方案，能满足工业企业设备管理上等级的需要。

智能巡检管理系统分为感知层、网络层和应用层。感知层利用分布式传感器技术，依靠传感器、检测技术、通信技术实现信息的“感知”，在企业管理中就是及时获取现场设备及生产的具体情况，为“决策”提供信息支持；网络层通过局域网建设(包括工业控制网、光纤冗余环网、无线局域网)，形成分布企业现场管理每个角落的网络层，建设符合企业发展实际需要的局域网是信息有效传递的主要保障，是将各种“决策”信息下达的重要通道；应用层通过安全生产信息化平台实现设备运行工况检查、设备维修维护标准管理、企业安全生产监控等子系统在企业管理中的广泛“应用”。

通过建设的智能巡检系统，建立了选煤厂传感器网络、无线局域网和安全管理信息化网络为主要内容的企业物联网，形成了以智能传感、数字通讯等技术为主要内容的选煤物联网技术，实现了监测监控、设备管理、安全生产、决策支持系统等管理系统的数字化建设，通过对设备运行的动态数据监测，确保了设备维修维护质量控制、产品质量控制和安全信息传递，实现了企业设备管理的信息化、网络化、实时化，提高了生产安全系数，实现了本质安全的目标。该系统实行三位一体制，即将设备巡检分为运行人员的日常点检、专业人员的定期点检和专业精密点检，三方面的人员对同一设备进行系统的维护、诊断和修理。将日常点检、专业定期点检、专业精密点检、技术诊断与倾向管理、精度、性能测试检查相结合，形成“五层防护线”，保证了设备的健康运转。现场巡检过程中根据设备的编号可以及时查看该设备的完好状态，为巡检提供可靠有效的依据。设备巡检操作界面如图3所示，巡检流程如图4所示。

图3 设备巡检操作界面Fig.3 The operation interface for equipment patrol inspection

图4 巡检流程Fig.4 Flowsheet of equipment patrol inspection process

2.3 质量全流程管控

从原煤入选到重介分选再到煤泥浮选，实现了全流程、全过程在线跟踪管控，以稳定产品质量、提高洗选效益。

(1)在原煤仓下安装计量给煤机，开发给煤机PID变频控制系统[16]。根据系统设计能力设定给定入选量，给煤机通过变频控制，实现对给定入洗量的跟踪调节，保证重介系统入料的连续、均匀、稳定性，提高系统运行稳定及运行效率。

(2)在重介选煤工艺中，开发了重介分选密度智能跟踪控制系统。首先，通过大数据分析，建立原煤内在灰与分选密度的数学模型，在选煤厂生产初始阶段，通过数学模型，预测初始分选密度；然后，采用在线测灰仪实时获取精煤灰分，结合人工检验数据对灰分仪检测数据加以修正，实现精煤产品质量和分选密度的智能跟踪；最后，利用大数据分析并结合人工操作经验，建立分选密度与分流、补水开度的数学模型，采用模糊PID解耦控制方法，解决分选密度与分流、补加水之间强耦合关系的问题，实现分流、补水的智能控制，从而提高了重介系统运行的稳定性，实现了精煤产品质量的精准控制，提高了精煤产率。

(3)建立基于浮选入料流量、浓度、浮选精煤灰分、浮选尾煤灰分的药剂投加数学模型，通过对浮选入料流量、入料浓度的在线检测和浮选精煤灰分、浮选尾煤灰度的在线分析，确保了药剂投加量的适时、自动、精准，从而实现了浮选指标的稳定控制。

3 精益化管理效益分析

高庄选煤厂通过实施精益化管理，使精煤产率有所提高并稳定了产品质量：六级冶炼精煤平均灰分由7.47%提高至7.66%；八级冶炼精煤平均灰分由8.42%提高至8.64%；综合精煤产率提高约0.2个百分点，每年可创效378万元。

通过精益化管理，高庄选煤厂降低了生产事故率，减少了设备空运转时间，降低了无效能耗，每年可节约用电66万kWh，节约电费约46万元；介质消耗可由0.7 kg/t降低到0.55 kg/t，每年介质成本减少31万元；浮选药剂消耗由0.21 kg/t降低至0.16 kg/t，每年浮选药剂成本减少38万元。三项总计，年创效493万元。

精益化管理还实现了生产数据的在线统计、分析、查询，时效性强、准确度高，颠覆了传统的管理方式及理念；提高了系统运行的稳定性，减少了生产事故率及跑冒滴漏带来的额外工作量，为职工提供了本质安全的工作环境，降低了职工劳动强度。

4 结语

选煤厂精益化管理是永无止境地追求“零浪费”的过程。高庄选煤厂通过运用“精益思维”对选煤厂生产工艺、设备运行、成本管控等进行优化，创建了精益化管理模式，实现了提质增效的目标，创造了可观的经济效益。精益化管理在高庄选煤厂的成功实施改变了传统粗放型的选煤管理模式，加速了智能化选煤厂建设的步伐，对选煤厂安全高效生产具有重要意义。