砂石科技奖获奖项目系列报道 18——机制砂石智能工厂关键技术研发与应用

砂石科技奖获奖项目系列报道 18——机制砂石智能工厂关键技术研发与应用

2021年11月3日上午，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。这是《国家科学技术奖励条例》2020年修订以后，举行的首场国家科学技术奖励大会。李克强总理在2020国家科学技术奖励大会讲话中指出：推广“揭榜挂帅”等机制，让愿创新、敢创新、能创新者都有机会一展身手，强化企业创新主体地位，推进产学研深度融合，要以更大力度打破制约创新创造的繁文缛节，深化科技体制改革，切实给科研人员松绑减负。

为促进我国砂石行业结构调整、转型升级、安全发展和高质量发展，2020年度中国砂石协会砂石科学技术奖评选出一批砂石行业重大的科技成果。为鼓励我国砂石行业科技创新、宣传砂石行业优秀成果的同时，进一步激发砂石行业科技创新活力、提升创新工作者的荣誉感，中国砂石协会组织开设“中国砂石协会科学技术奖获奖项目系列报道”，并在中国砂石协会官网和公众号等行业主流媒体上对获奖项目进行有针对性地报道，以飨读者。

项目名称：机制砂石智能工厂关键技术研发与应用

项目编号：SS2020-J-19

中国砂石协会砂石科学技术奖 三等奖

项目团队主要完成人

团队负责人赵文龙，砂石行业国家级绿色矿山建设专家库评估专家，砂石行业优秀工艺技术专家，上海云统信息科技有限公司副总经理，毕业于解放军信息工程大学，作为全军优秀专业技术人才奖获得者，主持或作为核心人员参与十多项国家和军队重大国防科技项目，获军队科技成果一等奖2项，二等奖3项，三等奖12项，曾主持某国防科研项目贡献突出荣立二等功，具有前沿技术视野。

主要从事网络通信技术研究、矿山生产加工信息化系统设计与建设，信息系统自动化、智能化方面的研究，着重于各类矿山设备、环保设备、监控设备的互通互联及智能化升级、生产过程中的管理控制系统的智能化，机制砂石智能工厂关键技术可行分析及攻关，形成多异构时延网络的建模、运行控制及系统性能分析方法，项目整体组织及系统实施，申请授权专利十余项。

一、项目概况：

机制砂石智能工厂的核心是利用矿山物联网技术以及矿山大数据分析技术，实现矿山生产管理的网络化、远程化、遥控化乃至无人化，采矿作业环节实现智能化，破碎筛分过程实现自动化乃至智能化，运输调度实现无缝化，来提高资产利用率、经营效率和生产力。机制砂石智能工厂结合矿山的特点及当前技术发展的阶段，重点研究智能矿山建设的几个重点方向的内容，包括矿山智能化生产产线、矿山基础管理信息化设施与系统、矿山工厂制造运营服务平台、矿山生产智能协同控制系统、矿山工厂设备在线监控系统、矿山生产智能管理系统、矿山工厂环保及能源管理系统、矿山工厂智能装车装船控制及调度管理系统、矿山工厂智能装车装船控制及调度管理系统、矿山工厂智能视频监控系统、矿山工厂矿区安全管理与防控管理系统等。通过机制砂石智能工厂的建设，最终实现科学、智能、高效、节约、安全的矿山新模式。

机制砂石智能工厂采用一种基于工业互联网平台的三层技术架构。泛在感知层通过对矿山生产设备进行智能化改造和成套智能装备的应用，实现对生产信息的智能感知，及作业智能化功能的执行；网络层利用广泛分布在矿山厂矿车间的信息采集传输系统，实现泛在互联互通；应用层通过采用微服务、容器技术等新的软件架构模式，升级开发矿山数据服务与应用服务工业互联网平台，支撑矿山企业运营管理和决策分析。实现机制砂石智能工厂的智能化生产管理，包括生产过程的智能化控制，生产的精细化管理，智能能装车船调度、矿山生产的模拟仿真等，也包括远程运维等智能服务。

本项目通过各项关键技术研究，实现了机制砂石智能工厂的生产装备智能化升级，实现整体产线的智能协同控制及运行优化，以及生产智能化管理，以及开发砂石数据服务与应用服务工业互联网平台，支撑砂石企业运营管理和决策分析。

二、主要创新点：

1、提出机制砂石智能工厂生产制造的标准化功能结构。提出包含目标对象域、感知控制域、服务提供域、运维管控域、资源交换域和用户域等标准化的功能结构及关联关系，并根据此功能结构实施生产制造的一体化感知控制策略，将机制砂石智能工厂功能模块分解为与生产制造相关的对象、控制及管理、应用服务，从不同维度设定感知、控制和功能指标，从而标准化机制砂石智能工厂的功能模块和管控策略。

2、提出机制砂石智能工厂多异构时延网络环境下的网络适配和控制技术。通过预设协议和随机系统建模结合的方法形成信号传输延时、时序错乱及丢失、信息损失和量化误差的描述。采用自动化协议智能分析适配，结合延时估计与补偿，发展面向机制砂石智能工厂不同厂家、不同型号的差异化设备的协议和数据精准事件嗅探技术，形成多异构时延网络的建模、运行控制及系统性能分析方法。

3、提出机制砂石智能工厂设备运行工况分析及协同优化技术。基于运行、负荷、能耗、生产等数据监测和分析，对砂石生产工厂的全产线数据进行融合分析，实现设备状态和产线工况的远程诊断、预警提醒、工艺优化，基于对数据样本和经验知识积累和人工智能分析，实现各设备之间的协同匹配运转，优化合理运行参数，改进生产工艺，提升生产效率。

三、项目应用：

在新建设机制砂石智能工厂的企业和传统落后需进行智能化升级改造的矿山企业，及矿山上下游产业链的工程机械、运输仓储、建材、化工、能源等领域，项目成果已得到规模化应用推广。在浙江、云南、江西、广东、辽宁等众多项目中投入运行应用，成功应用在江西九江、河南荥阳等代表国内外规模和技术水平的产线中，并在中国电力建设股份有限公司、浙江交通投资集团有限公司等龙头国企的乌东德水电站、舟山大皇山矿等国内外规模与技术水平领先的项目上得到应用。根据广泛的客户产线数据分析及用户使用报告，应用本系统后实现了复杂工况下的整体矿山智慧化运营管控，有效提高管理水平和生产效率，降低生产成本，推动了行业技术进步，提高我国矿山经济效益和集约竞争力。

除了云统自身的经济效益之外，应用该成果的机制砂石智能工厂通过设备在线监控，降低故障率，延长无故障运行时间，可以提升15%-20%产量；通过实施生产线多设备协同运行，根据工况自动调整运行参数，生产效率提升25%以上；利用云数据和知识服务提供协同降低维护和保修费用20%以上；通过远程数据服务功能模块和子系统，实现生产线设备的远程高效管理，减少现场管理人员15%-20%。在实现项目预计规划的前提下，提高当地政府部门的税收收入，同时带动项目实施当地的工业互联网运营管控相关岗位就业，让政府、企业、职工共同分享通过高新技术改造传统产业为实体经济带来的利益。