首钢矿业：五级架构建成数字化矿山

　　一、建设数字化矿山的基本思路和指导思想

　　首钢矿业公司隶属于首钢集团，位于河北省迁安市、迁西县境内，有各类厂矿单位20个，职工1.3万人。首钢矿业公司是以采矿、选矿、烧结、球团为主业，兼营矿山设备制造、重型汽车制造、冶金备件加工、建筑安装、电气制造修理等相关产业，集生产、科研、开发为一体的国有特大型矿山。年选矿处理能力3000万吨，熟料生产能力1500万吨，2010年实现销售收入193亿元。

　　矿山企业普遍具有生产对象（资源）的不确定性、生产方式的传统性、生产环境的恶劣性。因此，数字化矿山建设不是简单地在原有生产、管理格局上几个信息化系统，而是先进的生产、管理理念、方式、手段与现代信息技术的紧密结合，是改造矿山的实践活动。我主要从两个层面理解数字化矿山：一是将矿山中的固有信息数字化，用三维坐标全面、详尽地刻画矿体及矿山，组成一个三维数字矿山；二是在此基础上再嵌入矿山企业的生产管理、技术管理、设备管理等所有相关信息，组成一个信息更加全面、意义更加广泛的数字矿山企业。

　　首钢矿业的数字矿山建设还有四个指导思想。一是从资源采掘处理实际出发，充分反映矿山企业的特点。二是引入现代先进管理理念、方式，促进矿山企业管理变革，提高管理效率。三是坚持引进吸收与自主开发创新相结合。四是矿山点多分散、面广线长的复杂工况条件下，要解决好现场计量、质检等数据采集和传输问题。

　　矿山企业和其他行业的企业不一样。其他行业的企业面对的是买方市场，中国的矿山行业特别是铁矿行业，是以卖方市场为主的。这个卖方市场不仅包括矿产品，也包括相关的机械装备。此外，矿山的生产是基于资源的，不是市场需要什么就能生产什么。资源是有限的，每年、每月、每年的资源采掘能力也是有限的。因此，首钢矿业在ERP系统里隐含了一个生产条件，那就是要基于订单、基于库存生产。我们的生产目标之一就是，矿山的生产能力要能达到最大产能，甚至超过设计产能。

　　二、首钢矿业实现数字化的四大步骤

　　首钢矿业实现数字化经历了以下四大步骤。2001年至2002年，首钢矿业搭建了网络和硬件平台，联网计算机三十多台。2003年至2004年，首钢矿业进入广泛应用信息系统的阶段。各个厂矿建立自己的网站，同时针对设备、物资、财务、质量、计量等方面的业务应用，单独开发了一个独立的信息系统。大量日常管理工作就是基于这些系统展开的。2005年至2006年5月是一个深化应用和提升的阶段，我们实施了ERP系统，开发了MES系统。2006年5月至今是系统运用与完善、展现成效、形成创新的阶段，我们形成了数字统计，建立了三个平台、四个平衡、五级架构。

图1数字化矿山建设的四大步骤

　　在五级架构中，一级是现场的数字化仪表和检测设备，二级是传统的过程控制自动化系统，三级是MES系统，四级是ERP系统，五级是BI等企业决策信息系统。

　　三、数字矿山建设的整体架构

图2 数字化矿山整体框架图

　　1 矿山采掘方面

　　首钢矿业主要采用了SURPAC应用、模拟爆破应用、矿车自动调度、GPS边坡检测等技术手段。此外，首钢矿业有一个电平衡管理系统。它将矿区的所有出口电量、进口电量进行采集和分析，对峰谷进行管理，根据不同的分期用电，对电费进行结算。

　　2 生产管理方面

　　首钢矿业自主研发MES（制造执行）系统，在ERP系统和二级计量、自动控制系统之间搭起一道桥梁，推动生产现场管理水平提升。

　　我们当时在05年9月份开始实施这个项目。矿山的物料特点是大堆散装。因此，员工多报两万吨或少报两万吨，其他人是看不出来的。如果出现生产情况好的时候，比如生产了一万一千吨，员工可能就把这一千吨瞒下来。首钢矿业利用信息系统解决了这样的问题。

　　我们将一级、二级（计量、质检、监测系统等）、三级（MES系统）和四级（SAP系统）进行全面集成，实现计量、检测测等数字电子设备、监控系统、执行系统和管理系统之间的全程贯通。我们搭建了一个大ERP系统，实现现场监控及工艺过程控制数据与管理信息系统的有效连接，实现从生产到管理全过程的信息化管理，保证了数据不落地，避免了人为的干预。这个MES包括物流，生产过程，检验系统，运输系统，计量设备状态等110个业务功能，涉及11个工厂，操作人数超过1000人。

图3 首钢矿业自主研发MES系统

　　3企业资源管理系统方面

　　实施ERP时，我们应用了生产管理、物资管理、质量管理、工厂维护、财务管理这五个模块。上线第一个月，我们对新老系统分别进行了产量和成本的月度结算。上线第二个月，我们实现了以ERP系统为主的产量和成本月结。上线第三个月，我们实现了每天从系统内提取生产日报。首钢矿业从2005年9月15日开始实施ERP系统，到2006年5月1日系统正式上线，只用了8个月的时间。

图4 首钢矿业ERP系统实施的是SAP R/3中的五大模块

　　四、数字化建设推动了首钢矿业管理水平提升

　　1 财务管理方面

　　首先在财务管理方面，首钢矿业开始推行工序成本核算与管理，打破了原来仅仅按行政机构进行核算的模式，按照采矿、选矿、球团、烧结的生产工序，结合实际的生产组织架构进行设计，将成本控制工作直接面向生产工序流程，并细分了工序环节。整个采、选、球、烧工艺流程共细分为十二个流程，121个核算工序，成本控制的精细化程度显著增加。

　　2 生产管理

　　利用MES系统强化了计划执行和物流流转的精准性，实现了采矿、选矿、球团、烧结几大生产组织工序之间衔接环节信息的实时掌控，实现了主要生产工序主要生产信息的动态掌控，实现了物流流转有序、准确、高效，实现了各种物料在规定时间、按规定质量和重量到达规定地点。

　　3 设备管理

　　在设备管理方面，首钢矿业推行点检定修工作流程化、标准化，形成了点检到隐患，隐患到检修，检修再到点检的闭环管理。上线前后，首钢矿业的隐患处理率提高了11%，故障发生频率降低了46%。

　　4 质量管理

　　打通整个的质量数据通路，改变原来质量各专业部门职能分割的局面，质量流程和生产物流的整体流程联为一体。通过物料移动自动触发生成检验批，使一线工作人员在系统中自动获取检验任务，做到数量和质量一一对应，实现了专业管理从简单统计向统计技术转化，提升质量控制能力。球团矿、烧结矿月平均品位波动范围控制在目标值的±0.01%以内，大大提升了质量管控水平。

　　5 物资（采购）管理

　　物资管理借助于软件，实现了物流和帐务完全同步，提高了采购效率，计划准确率从原来的89%提高到93%，加强了对价格、数量、供应商三方面的监控，固化了计划、采购、结算三权分立机制。计划兑现率从原来的51%提高到96.12%，提高了库存管理水平，按物料流向发放，为成本归集、消耗提供了准确可靠的依据。另外，物料是按流程、用途发放的，而不是按原来的组织机构和单位。这也为刚才提到财务核算提供了坚实的系统基础。

　　数字化矿山个系统的运行积累了大量数据，这些数据成为企业的信息资源，通过数学建模和数理统计分析活动的开展，找出有关管理活动和工艺的客观规律，不但提高了管理水平，对现场自动化水平的提高也有极大的促进作用。

　　原来的矿山设备有一个特点，即傻大黑粗。一台设备往往是数百万，甚至是几千万。它的效率的发挥，对整个企业的效率和效益影响非常大。原来爆破设计是人工的，钻机司机根据这个设计进行对位、穿孔，测量人员再去收点。

　　现在，我们在Surpac、模拟爆破、矿车自动调度、边坡监测的基础上，结合爆破设计与高精度GPS定位，开发基于 GPS 卫星定位技术的露天矿牙轮钻机GPS 定位穿孔系统，用系统指导现场钻孔作业，取消了人工布孔和返点。

　　我们运用数学模型确定新矿车发动机的大修周期。厂家给的大修周期是一万两千小时。而我们通过对发动机的分析，将一万两千小时延长到两万小时，一台发动机的价格是三百万。可见，大修周期延长带来的成本节约效果是很明显的。信息化带来的不全是系统本身，而是数字化建设。它的第一个作用是积累数据，第二个是对人们思维方式的转变。另外，它还推动现场的管控水平。

　　我们还实现了自动布料系统、皮带清扫系统、设备隐患排查。我也去过其他矿山，有的地上的尘土往往有两到三寸。皮带系统每年基本上都有一到两起的死亡事故，还可能有尘肺等问题，通过皮带清扫系统，操纵岗位撤下来了，地上尘土少了，设备隐患少了，员工的作业安全有了保障。另外，利用数据我们建立了烧结专家智能控制系统，包括矿石可选性与精品矿石关系数学模型、电铲大修工序优化数学模型、提高电动轮矿车管理水平数学模型等等。以前说的“自动化”仅仅限于厂矿的设备管理人员和维护人员。现在的“自动化”意味着，公司领导坐在办公室里花几分钟就可以把整个矿山看一遍。

　　数字化矿山建设，促进了传统产业与信息化的融合，推进了生产经营的高效化，提高了企业核心竞争力；提升了管理水平，提高了企业经济效益；促进了矿山的科技进步，提高了企业创新能力；提高了资源利用水平，节能减排成效显著；提高了职工队伍素质和生产效率，提升了企业形象。2010年，首钢矿业公司的60项技术经济指标，41项进入前三名，其中31项排名第一。正是有了这样一个坚实的现场信息化自动化基础，我们成为国家的信息化检验单位，也是评比信息化应用的领先单位。

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