摘要：为了进一步提升矿山的生产效率和资源的合理化配置，朱兰铁矿部署应用了数字矿山生产执行系统（MES）。MES系统作为生产信息交互的核心，通过接入能源、安环、设备、卡调等信息系统，对生产质量、设备运行、能源成本、安全预警等信息进行统筹管理，打破了信息“孤岛”，实现了矿山数据高聚合低成本治理，是朱兰铁矿进行信息科技化智能化治理建设的重要一环。系统在朱兰铁矿的成功应用，一方面，实现了矿山发展降本增效的目的；另一方面，为矿山行业数字化转型提供了事实依据。

　　关键词：资源配置；信息；生产执行系统；效率优化；数据治理

　　朱兰铁矿是攀西地区开发最早、产出最多、历史贡献最大的大型钒钛磁铁矿。自20世纪60年代开工建设以来，累计完成采剥总量约15亿吨，输出矿石约5.07亿吨。随着矿山进入中深度开采阶段，在生产效率的进一步提升、资源的合理化配置以及生态环境的有效保护等诸多领域，均面临着不容忽视的挑战，亟需探索创新行之有效的应对策略，以实现开采作业与各方面效益的协调共进和可持续发展。

　　2023年，朱兰铁矿开展数字矿山系统建设，旨在运用信息科学技术优化矿山生产全流程及资源开采布局，提升决策科学性，促进企业发展与效益平衡，实现降本增效。其中MES系统作为生产信息交互的核心，通过作业流程与生产信息的集中，打破信息“孤岛”，消除繁杂信息冗余，使矿山数据治理向高聚合、高效率、低成本和信息化发展迈出了重要一步，是朱兰铁矿智能化治理建设的重要一环。

　　1研究现状

　　MESA指出，MES是实现车间生产活动管理及优化的软硬件集合，涵盖从订单下达到产品产出的全过程。它利用实时准确的制造信息指导、反馈车间活动，并向企业决策提供生产任务评价信息，助力企业提升效率与管理水平，增强市场竞争力，推动企业持续发展。同时由于政策背景和技术发展的推动，MES系统在金属矿山行业也逐渐得到推广与应用。

　　通过分析冶金矿山生产工艺的共同特点，研究开发了基于NET框架的矿山MES系统，并在冶金矿山企业测试成功。通过围绕生产核心环节中的计划、过程以及验收，部署MES系统，优化上房沟矿山的生产经营模式，提高了生产效率。通过将现有制造业MES系统和金属矿山采矿工艺结合起来分析，提出了现代化矿山生产执行系统建设方案，为未来的智慧化矿山建设提供了理论基础。基于多工厂协同管理，建立了金属矿山MES系统管理流程，并在充分的企业调研基础上，对系统各功能模块设计进行完善，最终系统的应用使矿山计划和数据准确性提高了25%，管理成本降低了15%。通过分析我国传统矿山企业存在的问题，提出了目前矿山行业进行数字化转型的必要性。

　　综上所述，矿山行业与MES系统的深度融合，可以有效解决传统矿山行业中存在的信息“孤岛”、数据储存形式杂乱、业务效率低等问题，实现生产管理数字化、安全管理数字化、资源管理数字化以及数据聚拢化，达到数字化治理矿山的目的。但在实际应用过程中，由于金属矿山生产环境复杂，信息化起点低等特征，要在矿山中高质量、高标准地实施现代信息技术、智能化技术以及现代网络技术,不仅是一个学习融合的过程,同时也是一个探索创新的过程,在此过程中,还有许多问题亟待发现解决。

　　2钒钛磁铁矿MES系统平台设计

　　2.1需求分析

　　朱兰采场主要生产工艺流程为穿孔、爆破、铲装、运输、排土等，开拓运输系统为公路—铁路—胶带联合开拓运输系统。经过前期调研分析，目前朱兰铁矿由于生产信息化水平低，导致的主要问题如下。

　　（1）生产流程不顺畅。低信息化水平，一方面，会导致这些环节之间缺乏有效的沟通和协调机制；另一方面，手动记录和传递生产数据容易出现错误和延迟，信息需要层层传递管理人员才知晓，管理效率低下。

　　（2）设备利用率不足。没有信息化的设备管理系统，难以对矿山设备进行及时精准的监控和维护，同时也无法通过信息化手段对设备进行优化调度，降低了设备的整体利用率。

　　（3）安全隐患监测滞后。山环境复杂且危险，存在诸如瓦斯泄漏、顶板坍塌、边坡滑坡等多种安全隐患。信息化水平低意味着缺乏先进的监测设备和系统，无法对这些安全隐患进行实时、精准的监测。

　　（4）矿石资源浪费。没有精准的矿石品位分析和资源储量管理系统，可能会导致开采过程中的矿石浪费以及发生无序开采的情况，破坏了矿体的完整性，使得后续的开采难度增加，同时也增加了矿石资源的损失率。

　　（5）决策缺乏数据支持。企业管理者在制定生产计划、投资策略等决策时，需要大量准确的数据。信息化水平低会导致数据收集不全面、不准确、不及时。

　　因此，朱兰铁矿以5G工业专网技术为基础，统筹生产开发相关的门禁、地磅、物流、质计量、爆区设计等数据，开展MES系统建设，为企业提供实时生产数据，简化工作流程，提高发现问题的能力，实现可持续的信息化发展。

　　2.2系统架构设计

　　本系统基于成熟的云原生与分布式技术平台，旨在整合异构资源，具备卓越的扩展性与分布式性能。通过设备控制、数据采集、作业计划、生产管理与全厂展示的五层架构，实现业务流程的智能化升级与精准管控，推动业务协同发展。

　　2.3关键技术实现

　　（1）工业物联网技术。将矿山生产中的设备、传感器、生产线等各种要素与互联网连接起来，进行智能化的感知、监测、控制和管理，从而提高矿山开采的效率、质量、灵活性和智能化水平，降低成本和资源消耗，并推动企业的数字化转型。

　　（2）5G工业专网技术。基于第五代移动通信技术（5G），针对矿山的特定需求和场景，比如无人驾驶矿卡，构建专用通信网络技术，旨在为企业提供可靠、高效、安全且具有低时延、高带宽和大连接特性的通信保障，有力推动企业生产的智能化和自动化转型。

　　（3）工业云平台技术。按照云—边—端架构，建立工业互联网边缘计算平台，完善数据采集和上下层级的数据交互，为矿山采运工业现场的物联感知和数据采集、传输、预处理、分发等提供平台服务，为企业提供科学决策的依据。

　　（4）网络安全技术。对产线级网络进行统一规划、优化建设，提升网络稳定性和网络性能，满足IT系统和OT系统数据通信要求；实现企业5G工业专网安全接入，为铁矿整体数字化、智能化打下基础。按照网络安全等级保护要求，从物理环境、网络架构、边界防护、计算环境等方面进行整改，全面提升网络安全防护能力。

　　2.4系统功能设计

　　MES系统以生产组织为核心，集成计划、质量、成本等关键环节。它通过边缘计算与手工录入汇集多方数据，实现生产、质量、设备、安全等业务的互联互通，从而全面掌控生产执行状况，实现统一管理与监控，最终提升矿山整体管理效率与响应速度。

　　2.4.1全厂管控一张图

　　管理生产运行情况，采用数据集成与3D可视化技术相结合，实时汇聚现场生产数据，现场作业、生产管理业务数据等信息。开展全厂线设备实时监控，生产实绩统计数据展示，一方面，可以使生产信息透明化；另一方面，能够及时发现并调度专业力量处理异常，确保生产稳定受控。

　　2.4.2地质测量管理

　　建立地质、测量资料及数据的信息综合管理应用，地质图纸等地质测量数据的更新，通过系统授权给生产人员，为矿山开发生产计划提供支持。

　　2.4.3计划管理

　　计划模块包括企业指标、月作业计划管理及日作业计划管理，矿山根据指标对作业区级下达明确的生产作业任务。提供各计划的明细查询，并将计划量与实绩做对比分析，指导下一步的生产工作。

　　2.4.4配矿管理

　　配矿工作以生产计划为指导，将矿带、矿量、品位、测量、检验等相关数据、各矿点生产条件情况、设备情况等相结合，采用科学的优化算法构建智能配矿模型，生成符合实际的配矿指令单，实现配矿管理的自动化，以满足现场出矿量与矿产品质量两方面主要技术指标要求。

　　2.4.5工序管理

　　通过数据采集或人工收集方式，实时监控管理各工序生产资源情况，包括车、铲、钻、胶带及各工序主要生产设备（破碎机等）运行情况信息。收集、整理工序的生产实绩，实绩涵盖产量、计量、检验、油耗以及能源等信息，并与本工序下的计划任务实时对比，反馈任务完成情况，形成闭环。

　　2.4.6质量管理

　　通过实时的质量数据监控，按照质量标准设置的指标数据（阈值），当出现质量异常时，进行预警，同步将预警结果发送至分调。质计量将修正后的质量指标发送至调度中心进行质量异常调整（重新配矿）。

　　2.4.7调度管理

　　调度管理包含铲运排管理、调度指令管理、司机管理、车辆设备管理、运输台账等，以调度集控的方式实现一级调度，将指令直接下到生产机台；同时支持向中间管理层级下发管理指令，允许多级调度。

　　2.4.8能源管理

　　能源管理模块实现对各作业区的水、电、汽、油的消耗按照工序进行数据收集、整理、分析、统计，并对工序成本管理提供数据支撑。

　　2.4.9物流管理

　　收集卡车矿石运输、铁路运输、胶带运输系统运行信息以及选矿卸料仓料位信息，基于矿石流物料平衡思想，根据采、运、选物流规则透视全流程顺行情况，系统提前、及时发现“堵、断”等异常情况并给予警示。

　　2.4.10设备管理

　　接收矿业数字化设备管理系统下发的台账信息、设备管理人员信息、检修计划信息、设备故障信息、设备实时状态信息，并对信息进行统筹管理分析。通过充分的设备数据实现对设备全生命周期的科学管理。

　　2.4.11工序成本管理

　　工序成本管理，即在生产过程中，及时、全面、准确的反映各工序、各物料的成本实绩及成本动因，支撑成本重心下移，深化作业现场成本精细化管理。能事中、事后全面评价各工序、作业区、班组、机台的成本管控水平，为朱兰铁矿实现极致成本奠定基础。

　　2.4.12安全环保管理

　　安全环保功能主要是对与安全、环保有关的制度、巡检、隐患排查进行综合管理，便于管理人员及时了解相关情况。根据采集实时报警信息、按照所在区域分别进行报警。统计分析报警数据、报警区域、报警时长进行，支撑环保管理工作。

　　2.4.13基础数据管理

　　通过对制造过程数据进行统一定义，实现朱兰铁矿以及未来矿业公司其他生产工序在元数据管理和统一。为此，MES建立包括物料、机组等在内的制造工厂静态数据的配置功能，实现对制造执行及管理相关基础数据的统一定义。另外，按照可配尽配的设计原则，对系统运行相关代码进行全面的可配置化设计，支撑系统功能对产线机组、业务系统扩展时的可适应性。

　　2.4.14报表管理

　　MES系统将地质/测绘数据、生产计划数据、调度数据、质计量数据、各工序生产实绩数据等数据作为基础，通过形成报表输出统计分析结果，减少人力资源在报表统计制作上的消耗。

　　2.4.15系统管理

　　系统管理包括用户管理、资源及权限管理和换班制度管理以及数据备份管理四部分。其中用户管理是对用户信息进行录入，进行统一管理。资源及权限管理是对用户涉及到的作业区域进行授权。换班制度管理是对用户所属班组进行划分。

　　2.4.16移动应用

　　移动应用是基于移动互联网的高效信息交互工具，在移动应用中对设备、生产数据等重要信息，通过移动应用推送到授权的人员，辅助这些人员及时了解设备、生产等相关信息；运用移动设备开展工程服务过程中的关键信息填报。

　　2.5系统对接

　　朱兰铁矿生产执行系统（MES）通过对接矿山现有数据收集系统，全面提升数据聚合度，优化数据协同管理。

　　3系统部署及应用

　　3.1系统部署

　　3.1.1服务器部署

　　朱兰铁矿将服务器部署于大型集中式云平台上，以优化实际空间，降低管理需求及运行使用成本。通过云服务器分配的资源存储和分析数据，并运行相关程序。

　　3.1.2操作系统安装与配置

　　在服务器上安装麒麟Linux的操作系统，确保系统安全稳定运行MES。该系统作为国产系统的优秀代表，从底层设计就注重数据的安全防护，在长时间稳定运行的基础上，对主流硬件平台具有良好的兼容性。

　　3.1.3网络环境搭建

　　根据矿山MES系统的特性，以数据安全作为第一要素搭建工控网络、办公网络，为确保数据使用、传输、存储的安全稳定，架设防火墙及防入侵系统等技术，降低数据风险。

　　3.2系统实现目标

　　（1）生产装备智能化。利用5G、智能感知、智能定位、边缘计算等新技术，实现钻、铲远程操控，矿卡自动/远程驾驶等全新采运作业模式。

　　（2）生产作业集控化。采用自动化集控和远程操控等技术，实现一线作业无人化、少人化，提升安全水平，提高生产及管理效率；结合整合、扩展建设朱兰铁矿安全环保相关系统，提高地质灾害、生产环境劣化预警能力，切实保护人身、财产安全。

　　（3）生产过程可视化。MES系统提供基于“矿石流”对采矿工艺全流程跟踪，并通过“管控一张图”提供生产运营情况的全景展示。

　　（4）生产管理信息化。MES系统对工艺、设备、质量、计量、能源、安全环保等实时数据进行采集、存储，实现数据的互联互通及数据服务。

　　（5）资源管理数字化。基于生产管理信息化的协同建设，依托地质模型和矿山GIS等平台，利用无人机测绘等新技术，优化矿石采样及检化验流程，基本实现采掘计划、采矿设计、开采过程、生产验收测量、地质储量变化统计等过程中的全数字化管理。

　　（6）成本管理精细化。通过对生产数据、能耗数据等的细粒度采集、跟踪和分析，可将采矿生产作业成本管理细化到工序、机台组，统计分析班次产量、劳动生产率、单位产量能耗、单位产量成本等生产经营数据。

　　4结语

　　矿山数字化转型是未来的发展趋势，通过分析朱兰铁矿信息化生产现状，建设了朱兰铁矿生产执行系统平台。MES系统作为生产信息交互的核心，通过接入能源、安环、设备、卡调等信息系统，对生产质量、设备运行、能源成本、安全预警等信息统筹管理，打破了信息“孤岛”，实现了矿山数据高聚合低成本治理，是朱兰铁矿进行信息科技智能化治理建设的重要一环。系统在朱兰铁矿的成功应用，不仅实现了矿山发展降本增效的目的，更为矿山行业数字化转型提供了事实依据。