尋夢新聞LINE@每日推播熱門推薦文章，趣聞不漏接❤️
演繹inSite 第十九期節目
清華校友總會先進製造專業委員會聯合專場
智能分選——讓這個世界更有序
童曉蕾
北京霍里思特科技有限公司首席科學家
▼
以下為童曉蕾演講文字稿：
大家好，我是來自北京霍里思特的童曉蕾，今天我想跟大家聊一聊智能分選這個話題。
什麼叫做分選？其實分選這件事大家天天都在有意識無意識地進行著，舉個簡單的小例子，我們買了一盒草莓，會用目視的辦法去看這一盒草莓里有沒有壞的，如果感覺有哪顆是壞的我們可能會拿手捏一下，一旦確認它是壞的下一步會拿起來扔進垃圾桶，當剩下的那一盒草莓都是完好的時候，我們就會進入下一道工序，進行清洗。
這一全部流程就是一個異常經典的分選流程，或者說是一個有序分類的過程。分類是為了更好地處理，比如壞的就扔了好的就吃了，所以在這個例子里，分選給我們的附加價值便是供給了更好地品嘗體驗。
智能分選裝備三大應用範疇
當各行各業對分選的需求越來越大的時候，裝備就會應運而生。目前世界上分選的應用範疇分為三大類，剛才我們提到了農副產品這一類，在農副產品里分選對產品進行分級。當我們的生活品質越來越好，當我們吃東西不再只是為了吃飽的時候，當更多的人願意為優質去買單的時候，由分選實現的食品分級能帶來的價值也會越來越高。
第二類是在環保物資回收範疇，被分選物是我們平常所說的所謂廢棄物，有一句話叫做變廢為寶，當我們把廢棄物分門別類之後，它的可回收價值就能體現出來了。其實在全世界範圍內環保物資回收的分選需求是最強烈的，相幹裝備的銷售額也是最高的，但是在大陸，分選裝備的應用是居末的，這是為什麼呢？
是大陸沒有垃圾回收的需求麼？其實並不是如此。
圖| 寧波垃圾分類標準（來源：寧波晚報）
大家有沒有傳聞過有一個行業的從業者，我們叫拾荒者。大陸有將近六百萬的拾荒者，在北京這個數字就超過十五萬，這其實從另一個側面可以看到環保物資回收這個範疇可以締造多大的價值，因為有這麼多的人甚至以此作為主要的行業，作為一份職業來養家糊口，當然這也帶有一定的時代局限性。
跟著技術的發展、時代的進步，跟著我們對擇業的請求越來越高，這個行業其實是必定會被淘汰的，這時候我們對裝備的需求就會更進一步，所以我們有理由認為這個行業對裝備的需求處在一個醞釀期，而即將迎來一個爆發期。
第三類是對分選裝備需求量最大的工業範疇，分選在工業中的應用主要有兩大環節，第一是成品檢測，無論我們設計得多麼精妙的一條生產線，總有一定的機率最後會出次品，所以在裝備或產品出廠之前，需要把次品用自動化的手段分選出去，隻讓優質品出廠。
另一個環節是在工業生產的最前端，工廠每一天對工業物料的需求量都異常大，分選能夠讓合格的、有用的、能提升生產效力的原料進入生產流程，下面我們即將探討的礦業範疇的分選應用就屬於對工業物料的分選。
在進入具體話題之前，先來看一組數字，有時候我們說市場是查驗一個需求或者一個裝備是不是真的被需要的很好的風向標。可以看到在過去十年，分選裝備銷售額每年在全球以將近10%的增進率穩步提升，這對於一個重型裝備或者重型的工業裝備而言，是一個異常良性甚至可以說完美的增進率。
大陸分選裝備的銷售額每年占全世界總量的8%，我們已經知道分選裝備大量應用於農業、工業、環保物資回收三大範疇，大陸這些範疇的體量和8%這個數字並不匹配，這種不匹配來源於兩個方面，第一是裝備的應用量，第二是裝備的先進性。
通常來說，一個裝備的智能化和精密化程度是裝備先進性的一個評判維度，先簡單來看一下非智能精密類的分選裝備。這類主要包含風選、水選、磁選等裝備，他們的共性是利用物體本身最根基的屬性實現分選。
我們需要明確的一點是，不先進，不代表不好用。
這里有一個小段子說的是一個生產肥皂的工廠，它的產線上經常會出現一個問題，肥皂盒出廠之前里面沒有裝進肥皂，導致出來的是一些空盒，廠里請了一個異常奢華的設計團隊，工程師做了一系列的調研和設計，生產出一套異常完備的檢測裝備，再配上先進的機械手履行抓取，一旦檢測到這個盒子是空的就抓了扔掉。但是由於種種原因在運行過程中後果一直不盡如人意，然後產線上的工人實在看不下去買了一個大電扇，對著產線一頓地吹，沒有裝載肥皂的那些盒子就很輕易地被吹走了，既簡單又有用，成本還很低，這就是一個異常典範的風選的有用應用。
但是試想一下，當我們進一步提升需求，請求不再只是分選出去空肥皂盒，而是請求肥皂盒里裝載的肥皂大小統一，請求這個不成視的肥皂盒內部裝載進去的只是肥皂，沒有一不當心放進去一枚鐵釘，這時候用風選就完全沒法滿足這些需求了，就需要一個更為智能更為精密的分選裝備來實現這一系列的需求。
何為智能分選？
回憶一下最開始洗草莓的例子，其中有一步很關頭：大腦的斷定。我們的人腦會綜合斷定看到的、捏到的草莓是不是壞的，並以此來領導手的下一步履行方案。同樣的，智能裝備最關頭的一步就是要教會機器思考，要讓它綜合斷定分選的對象是否符合請求。我們以礦石行業為例，來看看一個智能礦石分選裝備是如何工作的？
（來源：Pixabay）
大陸所有的礦山分為有色金屬礦、非金屬礦以及煤礦等，以有色金屬礦開采為例，礦企如何獲得效益？首先從礦山開采原礦，對原礦進行多次破碎、球磨等工序，得到相似面粉細度的粉末狀物質，再通過添加各種化學物質的的方法，從實現了物了解離的礦石粉末中提取出來有價金屬，行業內一般管這個過程叫浮選。這全部流程耗費的是包含水、電、裝備損耗、化學物質、人工等大量的成本。我們實地走訪了國內兩三百座礦山得出了一個數字，在重金屬礦開采中一噸礦的成本大概在一百五左右，那處理了一噸礦石最終能產生多大的經濟效益，或者說能得到多少有價金屬呢？
我們看一組數據，大陸是世界最大的鎢礦儲備國，90%以上的鎢礦在中國，一個行業內認可的富礦的含鎢量是0.4%左右。這是什麼概念？就是我辛辛勞苦地采了、磨了、選了100噸礦石，不考慮任何一個環節的損耗，最多能得到400公斤鎢，而0.4%的含量在鎢礦範疇屬於富礦，還有好多礦甚至連400公斤都達不到，磨了99.6噸的廢礦隻換來這400公斤鎢。
所以自從有了礦業這個範疇，從業者一直在思考一個問題，就是怎麼能力更有用的得到最大價值，一個最簡單的方法就是，那剛才那100噸鎢礦為例，自然界開采出來的礦石，每一塊的含礦量其實都不一樣，有些礦石含有有用金屬量異常低甚至完全不含有用金屬，如果能遴選出其中50噸含礦量高的礦石，富集了其中380公斤鎢，那麼捨棄另外50噸固然可能虛耗了20公斤的鎢，但是卻省下了50噸礦石的處理成本，最大程度上實現了經濟價值的最最佳化，換句話說，就是用最小的代價，獲得了最大的價值。
最直接的方案自然就是人工遴選，固然礦石就像路邊的小石頭憑眼睛很難看得出內部結構來，但有些礦也會有一些表面特徵，因此手選這個工藝或者說手藝，從幾個世紀前的歐洲到2019年的中國礦山依然存在，大陸現在許多有分選的礦山企業就用大量的女工去做手工選礦。
當有些礦山尋求更高的效力和精度，它們就開始選用一些簡單的非智能化的分選方案，比喻說用水，水選最典範的應用是在煤礦範疇。煤礦開采出來的原煤有品德高的有品德低的，我們分別稱之為煤和矸石，它們對水的浮力不一樣，簡單的解決方案就是把所有的煤都倒進添加了一定化學試劑的裝備里，分離出來煤後烘幹就是平時在市面上賣的好煤，行業管這個過程叫洗煤。但這個過程大量耗費水，並對環境的造成致命的污染。另外大陸大量產煤的區域在山西，而山西本身就缺水，所以這無疑是一種飲鴆止渴的方案。
再進一步，大家開始摸索基於傳感器的智能光電分選系統。
假設我們有一套智能分選系統，能實現高精度礦石分選，到底能為礦山帶來什麼。剛才其實我們已經提到了對分選最原始的需求，就是減少無用功，從而降低成本，另一方面，對有色礦而言，選礦過程中必不成少的一步，是浮選，而浮選後得到的物質叫尾渣，是一種，形態很相似於水泥漿的混雜著各種化學物質的漿狀物，這類物質也是環境的一大破壞者，他們的排放受到國家的嚴厲管控，而智能分選裝備的應用，隻扔原礦中很少的一部分進入了浮選池形成了尾渣，有用的從源頭上減少了這一部分的污染，所以第二重利益就是減少排放，保護環境。
智能分選裝備如何滿足產業需求？
智能分選裝備的解決方案是用前端的感應裝置，配上中端的智能判定裝置，加上後端的履行裝置，形成一套智能分選機構。還是以剛才阿誰含了400公斤的100噸鎢礦為例，作為分選需求，盼望能分選出去越多含礦量極低的無價值廢石越好，但這個過程必須以精準辨認礦石的含礦量為前提。比如說，有個裝備分選出去了50噸所謂的廢石，但在這個過程中虛耗了300公斤的鎢，那這筆買賣就相當不划算了，畢竟分選裝備實現的是節省成本，而真正實現經濟價值的還必須是提煉得到有價金屬進行售賣。那智能分選裝備如何滿足高精度的請求呢？
第一，前端的信號系統必須高精度，對於整塊礦石內部結構的任何細微變化都要能夠采集得到；第二，辨認系統必須高精度，細微的信號采出來之後智能辨認系統要實時地捕獲；第三，履行機構要不早不晚中庸之道地在高速條件下對特定的礦石履行特定的指令。只有這三者有機地聯合能力真正實現分選裝備的高精度。
除了高精度，為了有用支撐客戶的生產，裝備的另一個指標就是高產量。為了實現高產量，目前我們的履行機構選用氣噴方法，單個氣噴結構的控制和履行時間都在亞毫秒級別，這樣的反應速度可以完美地支撐皮帶運著礦石物料以4米/秒的速度往前飛馳。
我們用一個實際案例來看一下，滿足高精度高產量需求的裝備可認為礦山帶來多大的經濟價值。
一家中國五礦旗下的銻礦廠，在使用裝備之前是典範的手工選廠，有108位手選女工，遴選總礦量的70%作為廢石直接捨棄，不進入後續的磨、選流程。她們天天選出去的廢石的含礦量經化驗監控，平均為0.35%。使用了智能分選裝備之後，依然遴選總礦量的70%作為廢石直接捨棄，但是廢石的含礦量完美的控制在了0.1%以下。大家可能認為這個0.35%和0.1%，就差了0.25%而已，至於這麼大張旗鼓的拿出來說麼？考慮到這個礦廠一天采礦量為700噸，一年工作305天，一噸銻的售價為四萬五，這0.25%累計一年的效益就是1500萬人民幣，同時由於採用的智能分選裝備，原來的108位女工隻保存了4位女工，專門做裝備的巡檢，每年節省的人工費用大約為500萬人民幣，這樣一套裝備為礦上締造的可量化價值就將近2000萬人民幣，這還未計算減少了尾渣排放等隱性的環保收益。
這一類智能分選裝備為礦山這樣古老的行業帶來如此巨大的經濟價值，一定程度上轉變這個行業的工藝流程，也同樣能為農業、物資回收等範疇帶來前所未有的轉變。我們團隊的妄想就是，用我們的裝備和技術去分選出一個更為有序的世界，讓這種有序去締造更多的價值，讓我們在傳統的工業、農業、環保物資回收範疇的自動化進程中留下一點屬於我們團隊自己的痕跡！謝謝大家，我是來自北京霍里思特的童曉蕾。