智能化背景下选煤厂设计的思考

张时光

（江苏国采工程咨询有限公司 江苏南京 210000）

因为原料煤的组成结构较为复杂，性质多变，在生产中容易形成较大工况变动，增加了全过程优化运行和生产工艺提升难度。但合理应用物联网、云计算、大数据技术、人工智能以及虚拟制造等技术，融合各种新技术与新思想，联系选煤工业发展特征，促进两化融合，可以助力煤工业智能制造进一步发展。

1 智能化选煤厂目标和内涵

立足于选煤厂企业发展层面分析，合理创建智能选煤厂主要为了全面扩大企业经济效益，并以现有生产状况为基础提升整体经济效益。企业经济效益为产品销售额减去原料成本和加工成本。通过合理创建智能化选煤厂，可以针对材料消耗、生产销售、设备、财务以及人力资源等实施精细化管理，全面优化煤炭分选精度，提高设备智能化运行水平，优化产品结构、生产工艺参数和煤炭分选质量。

因为煤矿产业智能化生产依然处于初期起步环节，相关技术、理念尚未发展成熟，有待提升。结合智能化选煤厂内涵，不同技术人员和研究学者拥有各自的观点和看法。此次，在全面综合相关专家研究成果，提出智能化选煤厂内涵，可以从下列几种层面展现出来。第一是需要以现代化信息技术和人工智能技术作为基础手段。第二是可以实现选煤全过程信息采集以及自动化控制目标，优化选煤工业，提升煤炭综合质量。第三是能够借助智能化控制手段，针对整个煤炭生产链实施准确分离，并利用智能管理手段实施精细化控制，通过先进的智能设备提高煤炭生产智能化水平和生产稳定性。

2 智能化选煤厂设计问题分析

智能化背景下，在选煤厂设计中主要存在下列问题。

第一是设计标准需要进一步修改和完善。当前，建设智能化选煤厂已经成为煤炭行业的共同发展共识，拥有强烈需求。但现有选煤厂建设标准以及建设规范已经无法满足新时期智能化选煤厂设计需求，设计思维体系严重僵化，政府所颁发的设计标准和建设规范具有较强权威性，执行中不能违背，此种措施尽管可以提升选煤厂可靠性和稳定性，但却会影响创新，导致思维固化。智能化选煤厂设计中缺少标准智能板块，当前，智能化选煤厂尚未形成统一目标、范围、建设进程和效果的标准和共识。为此，于智能化选煤厂初期设计阶段，需要注重标准数据库积累和整体规划，从多种维度入手实施科学引领，共同创建全面共享、开放性的标准数据结构和全新生产体系。

第二是设计理念有待创新。在智能化选煤厂设计中，需要在理念创新基础上实现进一步提升和改进，而目前国内在选煤工艺设计方面缺少创新项目，普遍是以成熟工艺为主，缺少有效改进。同时，企业的设备选型观念呈现出一种被动性特征，主动创新精神不足，导致设备性能存在较大波动性。

第三是设计方法有待改进。当前，选煤厂设计主要是以二维设计为主，此种设计方法在实际应用经常会出现互相交叉问题，表达直观性不足，在工艺布置中无法进行有效调整优化。尽管近几年部分设计院开始实施三维设计探索，但依然停滞于三维翻模，尚未从根本层面解决具体问题。同时，选煤厂中的各种非标件设计也容易被忽略，设计中未能针对煤流运动过程实施动态模拟仿真，对于煤流的跌落速度、运动轨迹以及撞击点掌握不准，导致产生明显偏差。种种问题的存在需要进一步创新设计方法，优化设计质量。在设计工作中，通过多专业协同以及水流、煤流动态模拟仿真，可以促进系统设置全面优化，提升工程建设质量。工程建设开始前，可以针对信息数据实施动态管理和集成分析，全面优化选煤厂生产效率和设计水平，支持煤炭工程实现高质量建设发展。

3 智能化背景下选煤厂设计思考

3.1 虚拟化设计

初步确定选煤厂智能化内涵和发展目标后，可以开始搭建基础框架，以工业大数据为基础，合理创建智能化选煤厂，顺利融合现代化信息技术、大数据挖掘等技术方法。搭建基础平台为选煤厂的智能化发展提供知识库和数据库等有效支持，并合理利用各种传感器质量检测装置，针对设备实际运行中所形成的信息参数实施全面采集。除此之外，还需要对各种煤炭成品以及半成品信息实施合理采集，针对产品质量、设备运行状态以及技术工艺创建有效的关联关系，把不同数据信息按照不同类型存储至相应的数据库内，基础平台同样涵盖专家知识库。而基础平台的建设难点主要以标准化数据采集为主。目前，选煤厂内控制系统和所用设备和管理系统主要是从不同厂家而来，不同设备所用数据格式也存在明显差异，如何促进整个生产流程实现标准化发展、促进信息数据全面共享成为主要研究内容。

关于选煤厂的智能化设计问题，应该从以下几项内容入手进行重点思考，分别是一体化应用、自动化生产，以及怎样实现科学灵活调度、精细化管理。联系当前技术水平实际发展状况，进行合理设计研究，促进设计过程实现虚拟化发展，促进相关工艺布置实现模型化设计，全面动态仿真，打造数字化选煤厂。数字化模型构建主要是选煤厂从初期设计、建造生产到最终运维的全过程周期动态信息和静态信息的数字化、集成化以及结构化的统一表达。以数字化模型为基础，智能化选煤厂系统架构，将可视化三维平台当成统一人机交互界面，能够针对安全生产、机械设备以及整个生产活动等基础业务实施可视化控制与管理，提升系统综合伸缩性能，保障系统未来扩容空间，有助于后期智能化运维过程全面深化应用。无论是某些新建选煤厂实施数字化设计，或现有选煤厂实施逆向建模信息整合，都属于有效的一体化处理方案，能够帮助用户顺利采集全生命周期运行信息，维持系统延伸性。

3.2 全流程信息采集

选煤厂中的各种生产设备和生产工艺需要实施全过程监控设计，合理构建实时预测系统、智能感知系统，使系统能够对生产条件变化进行实时感知，深入开展大数据挖掘，实施动态预测和响应；使整体生产工艺信息采集率超出90%，促进煤炭采集质量、综合产量以及能耗等信息和选煤厂各个环节生产工序实施全面关联，建立密切联系，提升生产设备整体技术含量。为此，可以把传感器设置在各种大型生产设备、机电设备以及传送泵等设备当中，进一步提高不同生产设备的远程维护和设备自主诊断功能。并对设备运行状态信息进行实时采集，为后续生产方案设计提供有效数据支持，按照所采集的设备运行信息，合理构建设备故障的预测模型，做好预测维护工作，从最大程度上控制设备停机问题［1］。

3.3 智能化生产

为进一步提高生产工作智能化水平，需要促进浮选、跳汰、重介的分选工艺实现智能化控制，设计智能化控制系统，对于选煤厂中的核心生产环节，可以借助系统模型实施全面在线优化和智能化控制。智能化选煤厂针对洗选工艺环节，合理创建知识模型和数据模型，深入研发智能选煤控制软件，全面实施智能控制，优化选煤厂生产设备和工艺技术的智能水平，驱动决策优化，实现预期生产目标，发挥出人机协同功能，提升绩效管理实力，辅助选煤厂实现高效、绿色、安全、节能生产目标，优化生产过程控制力度，合理创建无人化选煤厂，或减少人员参与数量。

选煤厂进行智能化建设的核心工作包括智能设计、智能装备和智能管理等。其中，智能控制是针对选煤厂日常生产中所涉及的各种设备装置以及工艺技术等实施智能控制。智能管理则是针对各种设备故障、营销计划、生产调度、设备维护运行等方面实施有效的智能化管理。智能化生产设备通常需要注重选煤厂中所用检测仪器、基础设施和生产设备等开展智能化建设工作。智能设计则是针对选煤厂中各种新型产品和生产工艺实施开发设计。比如，重介分选过程的智能化控制方法，重介分选设备对应控制系统实际运行中，通过合理设计智能控制系统，可以提升整体应用效果，如借助智能控制系统可以提升操作灵活性，在原材料性质以及洗煤工艺等因素影响下，会使重介质综合质量受到一定影响，为此，对控制系统提出全新控制要求，质量波动同样会对系统运行质量产生一定影响。智能控制系统可以在工艺参数变化以及原材料属性基础上，针对重介分选实施生产过程智能化控制，优化整体分选效果。借助智能控制系统，能够从某种程度上缩减设备操作人数，减少人工成本支出［2］。

3.4 健全生产信息系统

在选煤厂的智能化建设中，需要合理创建科学、完善的选煤厂信息系统，设计环节需要针对选煤厂合理创建网络通信架构，促进选煤厂不同生产环节和资源计划、生产执行系统、监控系统以及信息采集之间实现信息全面互通，借助MES 以及ERP 的集成应用，在生产车间管理环节合理渗透物联网技术，提升选煤厂整体生产过程的智能化水平，合理构建知识、信息管理系统模块和知识库，研发仪表盘部件，辅助科学决策。全面采集、统计分析选煤厂各项生产数据，并对各种信息实施数据信息挖掘、联机处理和综合统计分析，提升决策管理整体智能化水平。合理创建分析和决策支持系统，系统主要包括3种内容构成：第一是生产工艺质量和效果分析；第二是煤炭产品经济效益；第三是设备以及运维状况。经过系统分析，可以第一时间发现选煤厂中各种设备故障以及质量问题，采取有效措施实施全面改进优化，提升整体生产效益，优化产品质量，维持设备稳定生产。

最后，需要注意，在选煤厂智能化建设环节存在基础条件不足的情况下，改造升级成为其中的唯一选项，无论是对原有信息系统实施全面补充和完善，或是弥补数字化技术短板，都需要立足于智能化发展视角，形成战略高度，实施科学决策。

4 智能化背景下选煤厂未来设计展望

4.1 标准化全面推广

数字化管理、模块化建设、智能化运维以及标准化设计是选煤厂未来实施全生命周期管理的重要模式。标准化设计为主导的四化全生命过程价值模式，进一步迎合选煤厂提出的智能化生产要求。标准化设计同时也是开展智能化运维、数字化管理以及模块化构建的基础条件，其主要根据复制、组装和预制的方式，合理设计一组具有较强通用性、相对稳定且满足选煤厂发展特征的工艺技术模块和非标件，具有较长应用寿命，可以进行灵活、快速和高效调整，有效控制投资成本，优化整体建设效率。标准化设计同时也是设计理念全面创新，属于综合管理、建设生产和技术工艺集成创新［3］。

4.2 全系统装配式钢结构

选煤厂在未来智能化设计和建设中，需要更加注重理性化思考，注重未来长远发展趋势，从全生命周期对工业产品价值进行合理权衡，提升设计工作前瞻性，项目前期可以从多维度、多层面和全方位角度进行合理评价。无论是从提升建设速度或是节约人力成本，还是从资源回收利用以及数字化设计层面分析，全系统的装配式钢结构成为未来选煤厂智能化设计的主要选择和发展潮流，该种发展形势同样也对选煤厂专业设计人员提出更高发展要求。为此，需要联系时代发展特征，不断创新设计理念，对于部分地区不适合应用钢结构条件下，可以选择钢筋混凝土装配式的建设方法，构建选煤厂［4］。

4.3 智能化过程

在我国迎来新一轮的智能化发展热潮后，使我国能源产业开始朝着洁净化水平发展，进一步加快了智能化、多元化、清洁、高效化能源转型进程，煤炭产业也从最开始的数量规模型朝着质量效益型方向发展。煤炭设计企业也无法置身事外，基于时代发展要求下，煤炭产业遇到前所未有的挑战。煤炭设计行业发展中，假如设计人员只能做设计，最终只能被时代所淘汰，为此，煤炭设计朝着全过程施工咨询产业转型，跨界融合逐渐成为新时期发展的主流趋势。但其中需要注意，处于产业链全面贯通中，施工逆袭和设计相比更易实现。为此，针对选煤厂实施设计建设中，需要设计人员在跨界和融入上下游中，应该抓住主动权，合理接受智能制造所形成的思维碰撞，并维持设计的核心主导地位。选煤厂智能化设计中，除了简单利用三维设计实施碰撞检测之外，还需要所有设计人员处于同一大平台中开展协同作业，并顺利实现三维设计和数字化发展。最终，设计成果可以有效指导后期运行和顺利施工，对于延长产品应用周期具有重要意义。BIM 技术对应三维仿真功能全面渗透到选煤厂的智能化设计中，可以针对项目工程实施有效的事前模拟，包括供风、加药、介质、煤泥水等，并进行全面优化和动态调整，积极迎合实际生产要求［5］。

4.4 设备制造领域转型

选煤厂的智能化发展无法脱离各种洗选加工设备。结合具体调查研究结果分析，某个选煤厂中的劳动定员人数是120人，内部机修人员数量超出30人，对比全国范围内其他选煤厂中的维修人员，整体比例较高。由此可以看出，煤炭洗选加工装置领域逐渐迎来了质量促进生存的发展时代，那些存在质量缺陷的设备生产厂商最终前进道路只会不断缩窄。为此，需要积极创新传统观念，抓住发展机遇，对应制造生产商需要迎合时代发展要求，顺势而为［6］。

5 结语

综上所述，智能化选煤厂是煤炭产业实现长期稳定发展的重要支柱，具有绿色化和高效化等发展特征，为产业发展提供了有效的动力支持。目前，智能化选煤厂在设计方面依然存在某些缺陷和不足，从而影响智能化选煤厂设计发展。为此，需要采取有效措施，促进智能化选煤厂不断创新设计，实现数字化模型设计和全过程智能分析，打造先进的智能生产系统。