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基于数字孪生的氧化铝智能工厂山西华兴铝业有限公司成立于2010年，是中铝股份有限公司独资子公司，专注于铝矿及附属矿产的开采、初加工和销售，具有百万吨级氧化铝生产线。采用国际最先进的拜耳法氧化铝生产工艺。

一、企业简介

山西华兴铝业有限公司成立于2010年，是中铝股份有限公司独资子公司，专注于铝矿及附属矿产的开采、初加工和销售，具有百万吨级氧化铝生产线。采用国际最先进的拜耳法氧化铝生产工艺。目前已形成200万吨氧化铝年产能，位居中铝氧化铝企业第一名，荣获中国铝业总裁特别奖，是国内氧化铝行业的标杆企业。

二、项目简介

本项目为2017年获批的工信部智能制造综合标准化项目“面向铝冶炼行业的智能工厂通用模型标准研究与验证”，该项目是针对铝冶炼行业的特点，研究面向铝冶炼行业的智能工厂通用模型中的系统架构、技术条件、工艺模型、先进控制与优化、智能诊断与维护以及互联互通与互操作技术等六项国家标准草案。该项目搭建测试验证平台，开发验证系统，对6项标准进行有效性验证，并将在2条氧化铝冶炼生产线以及1条电解铝冶炼生产线中进行现场验证，确保标准的可用性、科学性和可操作性，为后续标准的制修订提供规范性指导和科学依据。

三、项目技术方案

山西华兴铝业有限公司基于数字孪生的氧化铝智能工厂旨在形成首套可指导氧化铝工厂的智能制造解决方案。

1、氧化铝智能工厂全互联网络

基于现场总线、工业以太网、OPC-UA、氧化铝信息模型库，建立了一个氧化铝智能工厂全互联网络，为上层提供生产过程数据和管理数据的采集与传输，实现异构系统之间的标准化数据交互和共享。

2、基于数字孪生的工艺建模和三维仿真

集成应用智能P&ID、协同设计、标准化编码、工程数据库等先进设计手段，实现氧化铝工艺的数字化设计，支撑氧化铝工艺流程在线模拟、工艺评估和优化，并为控制与优化系统提供了虚拟对象。

3、生产过程全流程可视化数字孪生平台

氧化铝智能工厂数字孪生平台主要用于对不同级别的流程型生产线的制造工艺、设备能力、生产效率进行仿真分析和试验的集成应用，以达到对相关评价指标进行试验验证的目的。数字孪生系统主要包括4部分：仿真数字三维模型、生产线工艺仿真子系统、基于OPC-UA的数据采集系统、基于数据库的可视化展示子系统。

1）仿真数字三维模型

生产线三维模型导入试验系统，通过配置转化为仿真试验模型，并提供仿真数据的导入导出，历史仿真查询和载入等功能。

2）生产线工艺仿真子系统

依据建立的仿真模型和输入的边界条件对工艺流程进行仿真分析，能够对仿真的过程进行三维可视化展示，能够对多个仿真分析结果进行数据比较分析。

3）基于OPC-UA的数据采集系统

用过OPC-UA接口，基于采集的生产数据，与现场设备同步，对生产线的生产过程进行展示或历史回放。

4）基于数据库的可视化展示子系统

构建满足生产实际需要、功能可扩展、方便维护的流程型车间模拟系统，并能够为智能制造评价指数标准研究与试验验证提供数据支撑。

四、项目成效

本项目通过先进控制和优化技术等手段，提高了能源使用效率，减少污染。项目实施后，氧化铝回收率达到97%，综合能耗为290kg标煤/t-AO，成本降低2%，按年产100万吨计算，年经济效益约为3000万元，属于国内领先水平，国际先进水平。本项目的实施构建了氧化铝行业的首个智能工厂，惠及全国上下多家氧化铝企业，并能辐射其他有色金属和黑色金属生产行业。