基於數字孿生的氧化鋁智能工廠

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基於數字孿生的氧化鋁智能工廠山西華興鋁業有限公司成立於2010年，是中鋁股份有限公司獨資子公司，專注於鋁礦及附屬礦產的開採、初加工和銷售，具有百萬噸級氧化鋁生產線。採用國際最先進的拜耳法氧化鋁生產工藝。

目錄

一、企業簡介

山西華興鋁業有限公司成立於2010年，是中鋁股份有限公司獨資子公司，專注於鋁礦及附屬礦產的開採、初加工和銷售，具有百萬噸級氧化鋁生產線。採用國際最先進的拜耳法氧化鋁生產工藝。目前已形成200萬噸氧化鋁年產能，位居中鋁氧化鋁企業第一名，榮獲中國鋁業總裁特別獎，是國內氧化鋁行業的標杆企業。

二、項目簡介

本項目為2017年獲批的工信部智能製造綜合標準化項目「面向鋁冶煉行業的智能工廠通用模型標準研究與驗證」，該項目是針對鋁冶煉行業的特點，研究面向鋁冶煉行業的智能工廠通用模型中的系統架構、技術條件、工藝模型、先進控制與優化、智能診斷與維護以及互聯互通與互操作技術等六項國家標準草案。該項目搭建測試驗證平台，開發驗證系統，對6項標準進行有效性驗證，並將在2條氧化鋁冶煉生產線以及1條電解鋁冶煉生產線中進行現場驗證，確保標準的可用性、科學性和可操作性，為後續標準的制修訂提供規範性指導和科學依據。

三、項目技術方案

山西華興鋁業有限公司基於數字孿生的氧化鋁智能工廠旨在形成首套可指導氧化鋁工廠的智能製造解決方案。

1、氧化鋁智能工廠全互聯網絡

基於現場總線、工業以太網、OPC-UA、氧化鋁信息模型庫，建立了一個氧化鋁智能工廠全互聯網絡，為上層提供生產過程數據和管理數據的採集與傳輸，實現異構系統之間的標準化數據交互和共享。

2、基於數字孿生的工藝建模和三維仿真

集成應用智能P&ID、協同設計、標準化編碼、工程數據庫等先進設計手段，實現氧化鋁工藝的數字化設計，支撐氧化鋁工藝流程在線模擬、工藝評估和優化，並為控制與優化系統提供了虛擬對象。

3、生產過程全流程可視化數字孿生平台

氧化鋁智能工廠數字孿生平台主要用於對不同級別的流程型生產線的製造工藝、設備能力、生產效率進行仿真分析和試驗的集成應用，以達到對相關評價指標進行試驗驗證的目的。數字孿生系統主要包括4部分：仿真數字三維模型、生產線工藝仿真子系統、基於OPC-UA的數據採集系統、基於數據庫的可視化展示子系統。

1）仿真數字三維模型

生產線三維模型導入試驗系統，通過配置轉化為仿真試驗模型，並提供仿真數據的導入導出，歷史仿真查詢和載入等功能。

2）生產線工藝仿真子系統

依據建立的仿真模型和輸入的邊界條件對工藝流程進行仿真分析，能夠對仿真的過程進行三維可視化展示，能夠對多個仿真分析結果進行數據比較分析。

3）基於OPC-UA的數據採集系統

用過OPC-UA接口，基於採集的生產數據，與現場設備同步，對生產線的生產過程進行展示或歷史回放。

4）基於數據庫的可視化展示子系統

構建滿足生產實際需要、功能可擴展、方便維護的流程型車間模擬系統，並能夠為智能製造評價指數標準研究與試驗驗證提供數據支撐。

四、項目成效

本項目通過先進控制和優化技術等手段，提高了能源使用效率，減少污染。項目實施後，氧化鋁回收率達到97%，綜合能耗為290kg標煤/t-AO，成本降低2%，按年產100萬噸計算，年經濟效益約為3000萬元，屬於國內領先水平，國際先進水平。本項目的實施構建了氧化鋁行業的首個智能工廠，惠及全國上下多家氧化鋁企業，並能輻射其他有色金屬和黑色金屬生產行業。