演绎inSite第十九期节目
清华校友总会先进制造专业委员会联合专场
智能分选——让这个世界更有序
童晓蕾
北京霍里思特科技有限公司首席科学家
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以下为童晓蕾演讲文字稿：
（根据演讲现场整理，基于原意有所删减，完整版请看视频）
大家好，我是来自北京霍里思特的童晓蕾，今天我想跟大家聊一聊智能分选这个话题。
什么叫做分选？其实分选这件事大家每天都在有意识无意识地进行着，举个简单的小例子，我们买了一盒草莓，会用目视的方法去看这一盒草莓里有没有坏的，如果感觉有哪颗是坏的我们可能会拿手捏一下，一旦确认它是坏的下一步会拿起来扔进垃圾桶，当剩下的那一盒草莓都是完好的时候，我们就会进入下一道工序，进行清洗。
这一整个流程就是一个非常经典的分选流程，或者说是一个有序分类的过程。分类是为了更好地处理，比如坏的就扔了好的就吃了，所以在这个例子里，分选给我们的附加价值便是提供了更好地品尝体验。
智能分选设备三大应用领域
当各行各业对分选的需求越来越大的时候，设备就会应运而生。目前世界上分选的应用领域分为三大类，刚才我们提到了农副产品这一类，在农副产品里分选对产品进行分级。当我们的生活质量越来越好，当我们吃东西不再只是为了吃饱的时候，当更多的人愿意为优质去买单的时候，由分选实现的食品分级能带来的价值也会越来越高。
第二类是在环保物资回收领域，被分选物是我们平常所说的所谓废弃物，有一句话叫做变废为宝，当我们把废弃物分门别类之后，它的可回收价值就能体现出来了。其实在全世界范围内环保物资回收的分选需求是最强烈的，相关设备的销售额也是最高的，但是在我国，分选设备的应用是居末的，这是为什么呢？
是我国没有垃圾回收的需求么？其实并不是如此。
图
宁波垃圾分类标准（来源：宁波晚报）
大家有没有听说过有一个行业的从业者，我们叫拾荒者。我国有将近六百万的拾荒者，在北京这个数字就超过十五万，这其实从另一个侧面可以看到环保物资回收这个领域可以创造多大的价值，因为有这么多的人甚至以此作为主要的行业，作为一份职业来养家糊口，当然这也带有一定的时代局限性。
随着技术的发展、时代的进步，随着我们对择业的要求越来越高，这个行业其实是必然会被淘汰的，这时候我们对设备的需求就会更进一步，所以我们有理由认为这个行业对设备的需求处在一个酝酿期，而即将迎来一个爆发期。
第三类是对分选设备需求量最大的工业领域，分选在工业中的应用主要有两大环节，第一是成品检测，无论我们设计得多么精妙的一条生产线，总有一定的概率最后会出次品，所以在设备或产品出厂之前，需要把次品用自动化的手段分选出去，只让优质品出厂。
另一个环节是在工业生产的最前端，工厂每一天对工业物料的需求量都非常大，分选能够让合格的、有效的、能提高生产效率的原料进入生产流程，下面我们即将探讨的矿业领域的分选应用就属于对工业物料的分选。
在进入具体话题之前，先来看一组数字，有时候我们说市场是检验一个需求或者一个设备是不是真的被需要的很好的风向标。可以看到在过去十年，分选设备销售额每年在全球以将近10%的增长率稳步提升，这对于一个重型设备或者重型的工业设备而言，是一个非常良性甚至可以说完美的增长率。
我国分选设备的销售额每年占全世界总量的8%，我们已经知道分选设备大量应用于农业、工业、环保物资回收三大领域，我国这些领域的体量和8%这个数字并不匹配，这种不匹配来源于两个方面，第一是设备的应用量，第二是设备的先进性。
通常来说，一个设备的智能化和精密化程度是设备先进性的一个评判维度，先简单来看一下非智能精密类的分选设备。这类主要包括风选、水选、磁选等设备，他们的共性是利用物体本身最基础的属性实现分选。
我们需要明确的一点是，不先进，不代表不好用。
这里有一个小段子说的是一个生产肥皂的工厂，它的产线上经常会出现一个问题，肥皂盒出厂之前里面没有装进肥皂，导致出来的是一些空盒，厂里请了一个非常豪华的设计团队，工程师做了一系列的调研和设计，生产出一套非常完备的检测设备，再配上先进的机械手执行抓取，一旦检测到这个盒子是空的就抓了扔掉。但是由于种种原因在运行过程中效果一直不尽如人意，然后产线上的工人实在看不下去买了一个大风扇，对着产线一顿地吹，没有装载肥皂的那些盒子就很轻易地被吹走了，既简单又有效，成本还很低，这就是一个非常典型的风选的有效应用。
但是试想一下，当我们进一步提升需求，要求不再只是分选出去空肥皂盒，而是要求肥皂盒里装载的肥皂大小统一，要求这个不可视的肥皂盒内部装载进去的只是肥皂，没有一不小心放进去一枚铁钉，这时候用风选就完全没法满足这些需求了，就需要一个更为智能更为精密的分选设备来实现这一系列的需求。
何为智能分选？
回忆一下最开始洗草莓的例子，其中有一步很关键：大脑的判断。我们的人脑会综合判断看到的、捏到的草莓是不是坏的，并以此来指导手的下一步执行方案。同样的，智能设备最关键的一步就是要教会机器思考，要让它综合判断分选的对象是否符合要求。我们以矿石行业为例，来看看一个智能矿石分选设备是如何工作的？
（来源：Pixabay）
我国所有的矿山分为有色金属矿、非金属矿以及煤矿等，以有色金属矿开采为例，矿企如何获得效益？首先从矿山开采原矿，对原矿进行多次破碎、球磨等工序，得到类似面粉细度的粉末状物质，再通过添加各种化学物质的的方式，从实现了物理解离的矿石粉末中提取出来有价金属，行业内一般管这个过程叫浮选。这整个流程耗费的是包括水、电、设备损耗、化学物质、人工等大量的成本。我们实地走访了国内两三百座矿山得出了一个数字，在重金属矿开采中一吨矿的成本大概在一百五左右，那处理了一吨矿石最终能产生多大的经济效益，或者说能得到多少有价金属呢？
我们看一组数据，我国是世界最大的钨矿储备国，90%以上的钨矿在中国，一个行业内认可的富矿的含钨量是0.4%左右。这是什么概念？就是我辛辛苦苦地采了、磨了、选了吨矿石，不考虑任何一个环节的损耗，最多能得到公斤钨，而0.4%的含量在钨矿领域属于富矿，还有好多矿甚至连公斤都达不到，磨了99.6吨的废矿只换来这公斤钨。
所以自从有了矿业这个领域，从业者一直在思考一个问题，就是怎么才能更有效的得到最大价值，一个最简单的方式就是，那刚才那吨钨矿为例，自然界开采出来的矿石，每一块的含矿量其实都不一样，有些矿石含有有效金属量非常低甚至完全不含有效金属，如果能挑选出其中50吨含矿量高的矿石，富集了其中公斤钨，那么舍弃另外50吨虽然可能浪费了20公斤的钨，但是却省下了50吨矿石的处理成本，最大程度上实现了经济价值的最优化，换句话说，就是用最小的代价，获得了最大的价值。
最直接的方案自然就是人工挑选，虽然矿石就像路边的小石头凭眼睛很难看得出内部结构来，但有些矿也会有一些表面特征，因此手选这个工艺或者说手艺，从几个世纪前的欧洲到年的中国矿山依然存在，我国现在很多有分选的矿山企业就用大量的女工去做手工选矿。
当有些矿山追求更高的效率和精度，它们就开始选用一些简单的非智能化的分选方案，比方说用水，水选最典型的应用是在煤矿领域。煤矿开采出来的原煤有品质高的有品质低的，我们分别称之为煤和矸石，它们对水的浮力不一样，简单的解决方案就是把所有的煤都倒进添加了一定化学试剂的设备里，分离出来煤后烘干就是平时在市面上卖的好煤，行业管这个过程叫洗煤。但这个过程大量耗费水，并对环境的造成致命的污染。另外我国大量产煤的区域在山西，而山西本身就缺水，所以这无疑是一种饮鸩止渴的方案。
再进一步，大家开始探索基于传感器的智能光电分选系统。
假设我们有一套智能分选系统，能实现高精度矿石分选，到底能为矿山带来什么。刚才其实我们已经提到了对分选最原始的诉求，就是减少无用功，从而降低成本，另一方面，对有色矿而言，选矿过程中必不可少的一步，是浮选，而浮选后得到的物质叫尾渣，是一种，形态很类似于水泥浆的混合着各种化学物质的浆状物，这类物质也是环境的一大破坏者，他们的排放受到国家的严格管控，而智能分选设备的应用，只扔原矿中很少的一部分进入了浮选池形成了尾渣，有效的从源头上减少了这一部分的污染，所以第二重好处就是减少排放，保护环境。
智能分选设备如何满足产业需求？
智能分选设备的解决方案是用前端的感应装置，配上中端的智能判定装置，加上后端的执行装置，形成一套智能分选机构。还是以刚才那个含了公斤的吨钨矿为例，作为分选需求，希望能分选出去越多含矿量极低的无价值废石越好，但这个过程必须以精准识别矿石的含矿量为前提。比如说，有个设备分选出去了50吨所谓的废石，但在这个过程中浪费了公斤的钨，那这笔买卖就相当不划算了，毕竟分选设备实现的是节省成本，而真正实现经济价值的还必须是提炼得到有价金属进行售卖。那智能分选设备如何满足高精度的要求呢？
第一，前端的信号系统必须高精度，对于整块矿石内部结构的任何细微变化都要能够采集得到；第二，识别系统必须高精度，细微的信号采出来之后智能识别系统要实时地捕捉；第三，执行机构要不早不晚不偏不倚地在高速条件下对特定的矿石执行特定的指令。只有这三者有机地结合才能真正实现分选设备的高精度。
除了高精度，为了有效支撑客户的生产，设备的另一个指标就是高产量。为了实现高产量，目前我们的执行机构选用气喷方式，单个气喷结构的控制和执行时间都在亚毫秒级别，这样的反应速度可以完美地支撑皮带运着矿石物料以4米/秒的速度往前飞奔。
我们用一个实际案例来看一下，满足高精度高产量需求的设备可以为矿山带来多大的经济价值。
一家中国五矿旗下的锑矿厂，在使用设备之前是典型的手工选厂，有位手选女工，挑选总矿量的70%作为废石直接舍弃，不进入后续的磨、选流程。她们每天选出去的废石的含矿量经化验监控，平均为0.35%。使用了智能分选设备之后，依然挑选总矿量的70%作为废石直接舍弃，但是废石的含矿量完美的控制在了0.1%以下。大家可能觉得这个0.35%和0.1%，就差了0.25%而已，至于这么大张旗鼓的拿出来说么？考虑到这个矿厂一天采矿量为吨，一年工作天，一吨锑的售价为四万五，这0.25%累计一年的效益就是万人民币，同时由于采用的智能分选设备，原来的位女工只保留了4位女工，专门做设备的巡检，每年节省的人工费用大约为万人民币，这样一套设备为矿上创造的可量化价值就将近万人民币，这还未计算减少了尾渣排放等隐性的环保收益。
这一类智能分选设备为矿山这样古老的行业带来如此巨大的经济价值，一定程度上改变这个行业的工艺流程，也同样能为农业、物资回收等领域带来前所未有的改变。我们团队的梦想就是，用我们的设备和技术去分选出一个更为有序的世界，让这种有序去创造更多的价值，让我们在传统的工业、农业、环保物资回收领域的自动化进程中留下一点属于我们团队自己的痕迹！谢谢大家，我是来自北京霍里思特的童晓蕾。