浅谈工业互联网在有色冶金生产中的应用

工业互联网作为新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式、工业生态，基于5G移动通信技术、边缘计算、工业智能、数字孪生、区块链、虚拟VR等技术的逐步应用，通过人、机、物、系统等的全方位连接，能构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实时途径，是第四次工业革命的重要基石。

工业互联网平台尤其是国产工业互联网平台的遍地开花，使有色冶金行业生产效能的提升和数字化转型迎来了新的机遇和挑战，工业企业的数字化转型和工业互联网平台的建设和应用已不再是被选项，而是工业企业发展的必经之路；这也是工业企业借助数字化手段来提升企业生产效益效能和劳动生产率的重要途经和手段。

当前，工业互联网融合应用向国民经济重点行业广泛拓展，形成平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理六大新模式，赋能、赋智、赋值作用不断显现，有力的促进了实体经济提质、增效、降本、绿色、安全发展。

既是工业互联网平台的应用，必将提到在企业内部尤其是大型生产企业内部“数据信息孤岛”的问题；有色行业特殊的工艺工况和复杂的金属物料关系、人员规模、数据体量之庞大以及传统的管理模式驱使，注定了工业互联网平台在有色行业中的应用实践体量之大，实施难度之大，从采矿、选矿、冶炼、制酸到金属成品材料的深加工，各个环节都存在大量的数据的产生和应用；工业互联网平台强调数据治理、数据赋能，那如何治理、如何赋能便是企业所面临的最大问题，无论是在营销、财务、物资供应等业务层面，还是在生产制造管理、物料物流输送、安全质量管理、环境治理等生产层面，各个环节都有涉及并存在着不可逾越的关联关系。

1 现状分析

下面以冶金炉窑及其相关产业为例进行分析：

冶金炉窑作为有色冶金工艺的中间环节，熔炼过程是在高温下进行，伴随着物料间的相互反应、相变，物质和热量的传递，是一个非常复杂的高温、多相的物理化学过程。在这一过程中，各个因素之间相互联系，相互制约，构成了一个多变量耦合的系统，由于生产工况的动态变化，在手动操作条件下，要考虑若干因素之间的相互关联并做出迅速反应,力求工艺参数稳定、准确是相当困难的。其中涉及物料的检测、运输、配比、生产计划、工艺参数控制、能源消耗、设备检修状况、人机安全等相关数据，此类数据可能来自于已经建成的各类应用系统，更多的是靠生产经验和生产计划值；在炉窑进行熔炼的过程中，更是涉及精矿、烟灰、石英粉、溶剂等一系列物料成分，同时通过对温度、料量、能源等多变量的控制，同时结合多年来积累的生产经验值进行火法冶炼，经磨浮金属分离后，为湿法冶炼提供生产原料；在冶炼的过程中会产生大量的烟气，通过烟气制酸工艺进行制酸。

通过建设低延时、高可靠、广覆盖的工业互联网网络基础设施，能够实现数据在工业各个环节的无缝传递，支撑形成实时感知、协同交互、智能反馈的生产模式。“平台”是工业全要素链接的枢纽，下连设备，上连应用，通过海量数据汇聚、建模分析与应用开发，推动制造能力和工业知识的标准化、软件化、模块化与服务化，支撑工业生产方式、商业模式创新和资源高效配置。“安全”是工业互联网健康发展的保障，涉及设备安全、控制安全、网络安全、应用安全、数据安全五个方面。通过建立工业互联网安全保障体系，能够有效识别和抵御各类安全威胁，化解多种安全风险，为工业智能化发展保驾护航。

在本文第二部分现状分析中已经提到，有色冶金行业中生产包括采、选、冶、化、深加工等各个相关流程，尤其是冶炼和化工，所涉及的工序可能不只是一个车间或一条工序那么简单，有可能同一类工序的上下游工序会是同一个或者多个，在地理位置上可能为了生产管控与组织机构有关，也可能为了上下游工艺接壤便利与组织机构无关，同时在网络建设过程中还要考虑生产管网、机房最佳选址、后期运维便利等多方面因素；再者经过几十年的企业发展，工艺工况可能都不尽相同，网络部署需要考虑的条件和因素太多，网络建设施工难度较大。实施过程中需要考虑以下问题：

2 建设意见

（2）平台建设需要具备海量工业数据处理的环境和能力，建设前需统筹考虑平台需要或者即将承载的最大数据量，并且需具备可扩展的能力；同时需要考虑数据的准确性和复用价值，数据的价值在于能够发挥作用，而非存储在数据库中占用存储空间，因此每一个采集的数据都应该是筛选过的。

建筑行业是一种高耗能的生产领域，年均能耗达到了全世界产业总能耗的40%左右，2012年，我国财政部和住建部联合发布了《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》，提出了应在建筑行业中大范围的使用建筑保温材料等绿色环保材料，通过这一举措，将会为高分子材料在建筑行业的发展带来新的机会。

在冶金炉窑整个生产过程中涉及MES系统、生产过程DCS、检测化验、设备运行、能源消耗、专家系统、环境治理相关烟气排放指标、备品备件材料等供应库存、人员绩效、产品营销等相关生产业务数据，此类数据呈现数据孤岛模式，数据的开放性差、兼容性弱，相互之间不能互通，生产决策人员对生产情况的掌握存在时滞性，数据没有得到有效利用，企业管理层试图通过下达生产指标，以产供销一体化、生产管控一体化等形式最终能同步实现人员最终绩效，这作为企业最终的管理目标，需要借助数字化手段来向上述目标靠近。

（2）工业生产侧的网络建设需统一规划，网络建设需要配套建设至车间级甚至是班组级，这是为了满足工业现场智能设备、DCS/PLC、生产车间搬迁、系统改造、系统升级、智能工厂建设等诸多因素所带来的后期重新部署代价大、二次施工、采集数据不便利等问题，网络部署后至少能满足未来10～15年的企业发展需求。

2.1 网络建设

可以看出，要想维持冶金炉窑的正常工作，与其关联的因素是非常繁多且复杂的，而现场生产实际要比以上所述还要复杂多变，尤其是传统的生产管控模式、多年来生产操作习惯的传承与利用现代科学技术手段生产存在很大的差异，也带来了巨大的转变；同时生产对已经建成的各类应用系统的依赖程度和应用系统开发建设的质量、系统模块运行的成熟度也对生产信息数字化、生产装备智能化、生产经营管控一体化的逐步建设也起到了至关重要的作用；目前行业内所建设的系统主要包括工业控制系统、MES系统、检化验系统、能源管控系统等，但大都是独立的应用系统，运行的年限和使用程度都不尽相同，部署的操作环境与数据集成所支持的接口类型也不一定兼容，这对工业互联网在企业的应用也是一个制约因素。

（1）工业互联网网关建设需严格遵循工业互联网标准体系，包括：网络与联结标准如工厂内外标准、工厂外网标准、工业设备/产品联网标准、网络设备标准、网络资源管理标准、互联互通标准等；标识解析标准如编码与存储、标识数据采集、解析、数据交互、设备与中间件、异构标识互操作等；边缘计算标准如边缘设备标准、边缘智能标准、能力开放标准等；平台与数据标准如数据采集标准、资源管理与配置标准、工业大数据标准、工业微服务标准、应用开发环境标准，以及平台互通适配标准等。

工业互联网网络是构建工业环境下人、机、物全面互联的关键基础设施，通过工业互联网网络可以实现工业研发,设计、生产、销售、管理、服务等产业全要素的泛在互联，对于促进工业数据的开放流动与深度融合，推动工业资源的优化集成与高效配置,支撑工业应用的创新升级与推广普及具有重要意义。以下是从工业互联网建设的三大体系出发谈一谈建设思路和实施意见。

可见，图片中的拍摄人员和云台都已经被处理掉，航拍图片的天空也融合得很自然，与周围的图像并没有太多的不协调。处理过的图片可以直接用于场景制作。

（3）随着物联网技术的逐步推广和第五代移动通信技术（5G技术）的快速发展，在工业互联网建设过程中需要同步考虑物联网建设需求，使5G+工业互联网能得以应用；中心网络设备的安装位置应尽可能的靠近工业控制系统、智能设备、智能仪表、智能边缘网关等相关位置，便于后期设备的互联；网络交换机、网络终端设备选型时尽可能的选用售后服务较好的大企业，以满足施工后期设备升级、更换、新增和运行维护相关需求；考虑5G基站的部署位置，便于后期5G通讯技术在工厂中的使用。

2.2 平台建设

平台体系是工业互联网的核心，是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的载体，其中平台技术是核心，承载在平台之上的工业APP技术是关键。平台建设需要具备以下基本功能：

（1）平台建设的首要任务是满足不同来源和不同结构数据的广泛采集需求，而数据采集的关键是业务需求，因此数据采集和集成需求由业务驱动，数据采集只是一种技术手段，而真正对生产过程中所涉及的生产计划、安全环保、质量管理、物料输送等业务的关联关系进行具体分析，数据的集成关系做详细梳理，才有可能满足生产管控需求。复杂的工艺关系使得这项工作极为困难，但这个时候需要把握生产这条主线，结合其他辅助决策手段进行。

工业互联网由网络、平台、安全三个部分构成，其中网络是基础、平台是核心、安全是保障。“网络”是实现各类工业生产要素泛在深度互联的基础，包括：网络互联体系、标识解析体系和信息互通体系。

(1)J1激电异常带：位于矿区中部JP1～JP19激电中梯剖面测量区段内，长度约3379m，宽度为400～650m，形态规则，呈NW向展布，视电阻率为0～85Ω·m，视极化率为1.6%～15.32%，为本区规模最大，成矿条件较好的激电异常带。异常带出露地层为斜长角闪片岩、大理岩，岩石硅化较强。经探矿工程揭露查证，地表圈定9条石墨矿体(M1～M4、M6、M7、M9、M13、M14)，矿体走向和激电异常带展布形态基本一致，地表矿体出露地段多数为激电异常尖峰区段，异常中心深部含矿岩石星点状、片状、细脉状黄铁矿普遍发育，说明此异常带主要为石墨矿和金属硫化物富集共同引起的叠加异常。

三分天下二分田，枉被西南雨露天。接野菅荆失官陌，透蓬桑枣识民阡。去程削断行人迹，惊觑频过猛兽边。弹压官军早屯宿，晚炊崖竹汲河堧。(后集卷二二桑门)

（4）由于有色行业的特殊性、工艺工况的复杂性以及职能机构管控的多样性，平台的选择要充分考虑到开发团队的开发能力的同时最好有同行业或者类似行业的开发经验，尤其对平台业务架构和数据架构的梳理对平台的开发起着决定性的作用，甚至在开发后期的技术支持、运维交接对整个平台的运营和推广也起着至关重要的作用。

2.3 网络安全

网络安全体系是工业互联网的保障，通过构建涵盖工业全系统的安全防护体系，增强设备、网络、控制、应用和数据的安全保障能力，识别和抵御安全威胁，化解各种安全风险，构建工业智能化发展的安全可信环境，保障工业智能化的实现。

（1）网络安全建设需要遵循国家相关标准规范，如网络安全等级保护、信息安全风险评估规范、信息安全治理规范、工业控制系统安全检查需求、云计算服务安全能力评估规范等。

（3）平台建设需提供软件开发工具及开发环境，平台既定的模块仅仅会满足常规管理需求，而针对某个工厂进行建设时需结合业务需求和生产模式进行定制开发，因此开放的软件开发环境就显得尤为重要，且能满足实施后期项目运行过程中运维需求；支持工业APP的开发、测试和部署。

对一些不规则的漆膜脱落，确实存在脱落面积难于统计的情况。对此，为较准确地计算受损面积，在条件允许情况下应借助其它设备。下面是使用一款HIROX RH-2000显微镜测试的结果，其搭配的软件有自动测量功能，会显示实时倍数和标尺信息，可在指定范围内自动测量出脱漆的面积大小和占总面积比例。

（2）网络安全建设时需要着重考虑工业控制系统白名单测试，尤其是冶金行业中关键的工艺、设备和生产线的安全稳定运行，尤其是大型企业工业控制系统的品牌型号多样、系统运行风险程度不一，实施前期的调研和离线测试尤为重要。

（3）网络安全需统一规划，避免重复建设。工控网络安全和工业互联网网络安全需要统筹考虑，防止在建设过程中出现集团机、厂矿级、车间级各自考虑建设，出现不必要的设备设施浪费、标准不统一、网络调试困难、网络出口不统一等问题。

软件设计目标在硬件系统的基础上，保证热备份切换时间短、系统运行的稳定可靠。仲裁系统工作流程图如图3所示。

（4）网络安全设备的选型和部署需要充分考虑未来5～10年企业智能工厂建设、数字化转型升级的需要，同时也靠充分考虑智能装备的部署计划、生产工艺优化提升改造、后期网络安全设备维护需求等，避免后期重复建设或者增加不必要的施工；选址尽量选择防护等级较高的机房，避免高温、潮湿、振动、腐蚀等恶劣环境对网络设备设施的损坏。

工业互联网不是互联网在工业的简单应用，而是和传统工业企业的深度融合，具有更为丰富的内涵和外延。工业互联网以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，既是工业数字化、网络化、智能化转型的基础设施，也是互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的应用模式，同时也是一种新业态、新产业，将重塑企业形态、供应链和产业链。

理论模型是指对所研究的系统的理论描述，简称一次建模；它分为概念模型、描述模型、功能模型、约束模型、空间模型等5种基本类型。活动周期图法、实体流图法、Petri网法和Euler网法是几种主要的理论模型建模方法。

由于目前我国工业互联网目前仍处于起步阶段，还存在制造业企业总体信息化水平较低且发展不均衡、互联网产业与制造业不能很好融合、工业互联网平台和生态体系不成熟、工业互联网标准不完善等问题，在有色金属这种行业，工业互联网的应用更需要在前期做大量的准备工作，以各类金属产业链为主线，配套生产成本管控、生产过程控制、安全质量环保、原料燃料能源、物资采购供应、财务营销等管理系统高度集成，重塑企业形态。

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[2]吕苏环,陈大林,郁洪波,等．浅谈增材制造技术在有色冶金工业中的应用[J]．金川科技, 2020(1)：5．

[3]余鸿婷,张昌福,李凌．浅谈5G在工业互联网领域应用现状及有效对策[J]．中国信息化,2020．

[4]YD/T 1728-2008电信网和互联网安全防护管理指南．

[5]YD/T 1730-2008电信网和互联网安全风险评估实施指南．

[6]YD/T 1731-2008电信网和互联网灾难备份及恢复实施指南．

[7]YD/T 1754-2008电信网和互联网物理环境安全防护要求．

[8]YD/T 1756-2008电信网和互联网管理安全防护要求．

[9]YD/T 2052-2009域名系统安全防护要求．

[10]YD/T 1736-2009 互联网安全防护要求．