智能化助力礦山高質(zhì)量運營
——礦山信息化,、數(shù)字化建設(shè)的思考與建議
◎? 陳興海
礦山企業(yè)的信息化,、數(shù)字化和智能化是以礦山系統(tǒng)為原型,，以礦山科學(xué)技術(shù),、信息科學(xué),、人工智能和計算科學(xué)為理論基礎(chǔ),，以高新礦山觀測和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐,，建立起一系列不同層次,、可用多媒體和模擬仿真虛擬技術(shù)進行多維表達,，同時具有高分辨率,、海量數(shù)據(jù)和多種數(shù)據(jù)的融合及空間化、數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化,、智能化和可視化的技術(shù)系統(tǒng)。
礦體品位估值三維圖
礦山信息化,、數(shù)字化和智能化現(xiàn)狀
進入21世紀以來,，隨著礦山現(xiàn)代化建設(shè)的快速推進，礦山在生產(chǎn)計劃編制,、生產(chǎn)與設(shè)備運行,、生產(chǎn)統(tǒng)計報表,、月報成本分析、安全報表等方面均已實現(xiàn)信息覆蓋,，信息數(shù)據(jù)也都實現(xiàn)了電子化,，表現(xiàn)為主要生產(chǎn)、成本,、設(shè)備等指標數(shù)字化,。設(shè)備配置的關(guān)鍵指標參數(shù)實現(xiàn)了數(shù)字化測量顯示與控制，物料領(lǐng)用系統(tǒng)自動審批出庫,。主體設(shè)備,、輔助設(shè)備大部分實現(xiàn)智能化控制，生產(chǎn)主工藝流程控制系統(tǒng)均實現(xiàn)了DCS中控控制,，試驗檢測儀器和手段也在逐步智能化,。
根據(jù)工程特點，選用可編程邏輯控制器（PLC）,，配備可靠,、先進的檢測元件及執(zhí)行機構(gòu)，完成對車間生產(chǎn)過程及設(shè)備的監(jiān)控,。監(jiān)控系統(tǒng)可對生產(chǎn)過程參數(shù)和設(shè)備的運行情況數(shù)字化顯示,、累積、記錄并進行調(diào)節(jié),、聯(lián)鎖和報警,，還可自動生成報表。
現(xiàn)代化的數(shù)字和可視化監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視所管轄區(qū)工藝生產(chǎn)過程（溫度,、壓力,、流量、料位,、重量等）及主要機電設(shè)備運行狀態(tài)（開,、停、故障,、電流和電壓等）參數(shù),，并自動調(diào)節(jié)主要工藝參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)備裝置的控制管理及設(shè)備聯(lián)鎖啟停保護等,。
DCS（分散控制系統(tǒng)）遵循“控制功能分散,、顯示操作集中、兼顧分而自治和綜合協(xié)調(diào)”的設(shè)計原則,，從最底層的實時控制,、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管理,，甚至最高層的戰(zhàn)略決策,，形成一個具有柔性,、高度自動化的管控一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)各工段生產(chǎn)過程檢測參數(shù)顯示及過程控制,。
新型全自動剝片機組和控制系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了產(chǎn)品的高效生產(chǎn),，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。
基于虛擬現(xiàn)實技術(shù),，采用三維礦業(yè)軟件（3Dmine,、Dimine、Minesight等）對礦山地表地形,、工業(yè)場地等要素進行全三維建模,。
通過實測數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換在三維虛擬平臺上顯示地質(zhì),、地形空間關(guān)系,，查詢采礦生成的時空發(fā)展位置、集成可擴展的多通道場景投影,；導(dǎo)入地表數(shù)字模型和地質(zhì)模型數(shù)據(jù),、各種實體模型和屬性數(shù)據(jù)，綜合水文,、巖石力學(xué),、地壓等采場信息，實現(xiàn)采礦相關(guān)數(shù)據(jù)與采場空間模型的集成顯示,。
礦車數(shù)據(jù)采集與管控調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于采剝生產(chǎn),。調(diào)度系統(tǒng)由移動終端、通信及差分和調(diào)度管理系統(tǒng)三部分組成,，通過移動終端完成設(shè)備位置并獲取狀態(tài)信息，經(jīng)由通信鏈路將信息傳輸?shù)秸{(diào)度中心并進行分析處理,，再將控制信息反饋到移動終端,。系統(tǒng)在實時監(jiān)控礦山設(shè)備的同時，全面采集生產(chǎn)信息,，建立詳細準確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫,，實時全面展現(xiàn)生產(chǎn)信息并對生產(chǎn)過程進行分析決策。
邊坡在線檢測系統(tǒng)對邊坡巖土體內(nèi)部沉降,、傾斜,、錯動、土壤濕度,、孔隙水壓力變化等進行連續(xù)監(jiān)測,，及時捕捉邊坡性狀變化的特征信息，通過數(shù)據(jù)分析和計算對邊坡的整體穩(wěn)定性進行判斷,，及時有效做出諸如山體邊坡崩塌,、滑坡等災(zāi)害發(fā)生的預(yù)警預(yù)報,，提高礦山生產(chǎn)安全。
尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)對尾礦庫區(qū)域進行實時自動化監(jiān)測,，并輔以現(xiàn)場巡視,。實現(xiàn)對尾礦壩體變形、內(nèi)部位移,、浸潤線,、庫水位、干灘,、雨量,、溢流井沉降、傾斜的實時監(jiān)測,。
目前信息化,、數(shù)字化和智能化建設(shè)不足之處
目前礦山生產(chǎn)制造過程中，生產(chǎn)設(shè)備,、檢測儀表的信息采集及各控制系統(tǒng)的命令執(zhí)行大多是采用模擬信號,。控制系統(tǒng)采用的是PLC和DCS系統(tǒng),，沒有采用全數(shù)字化的FCS控制系統(tǒng),。
生產(chǎn)計劃與調(diào)度、工藝過程管理,、設(shè)備管理等管理數(shù)字化主要還是停留在計算機和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,，沒有實現(xiàn)工業(yè)管理軟件的覆蓋。
生產(chǎn)過程中的預(yù)警如泵池,、藥劑罐,、料液池液位、攪拌器,、濃密機壓力等設(shè)備運行的報警信息,，還未完全實現(xiàn)智能化控制和傳輸，還需要通過加大巡查力度滿足實際需要,。
此外,，不同地區(qū)網(wǎng)絡(luò)承載能力也制約著數(shù)據(jù)、信息的傳輸,。
信息化,、數(shù)字化和智能化建設(shè)設(shè)想
總體設(shè)想是建設(shè)以PCS（過程控制系統(tǒng)）為代表的智能生產(chǎn)過程控制層，以MES（生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過程運行優(yōu)化層,，以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化層,，以及企業(yè)管理分析決策系統(tǒng)。
以PCS（過程控制系統(tǒng)）為代表的智能生產(chǎn)過程控制層主要內(nèi)容包括先進控制軟件、軟測量技術(shù),、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù),、可靠性技術(shù)、數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)處理技術(shù),、集散控制系統(tǒng),、多總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、基于高速以太網(wǎng)和無線技術(shù)的現(xiàn)場控制設(shè)備,、傳感器技術(shù),、特種執(zhí)行機構(gòu)等。
以MES（生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過程運行優(yōu)化層主要內(nèi)容包括先進建模與流程模擬技術(shù),、先進計劃與調(diào)度技術(shù),、實時優(yōu)化技術(shù)、故障診斷與健康維護技術(shù),、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù),、動態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動態(tài)成本控制與管理技術(shù)等,。
以ERP（企業(yè)資源管理）為代表的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營優(yōu)化層主要內(nèi)容包括企業(yè)資源管理（ERP）,、供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶關(guān)系管理（CRM),、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理（PqDM),、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、設(shè)備資源管理,、企業(yè)電子商務(wù)平臺等,。
企業(yè)管理分析決策系統(tǒng)則提供面向數(shù)據(jù)分析與決策支持的多種應(yīng)用手段或功能集成，以滿足從不同角度進行數(shù)據(jù)分析的需要,，如報表統(tǒng)計分析,、關(guān)鍵績效指標分析、數(shù)據(jù)采集與匯總分析等,。
信息化,、數(shù)字化和智能化建設(shè)主要表現(xiàn)為幾個具體功能的實現(xiàn)。對生產(chǎn)設(shè)備和檢測儀表的信息采集進行數(shù)字化升級處理,，控制系統(tǒng)數(shù)字化升級,，完成數(shù)據(jù)的收集與數(shù)字化轉(zhuǎn)換,；關(guān)鍵環(huán)節(jié)引入工業(yè)管理軟件,，融合設(shè)備運維、工藝控制,、計算機技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、管理科學(xué)，通過數(shù)字化賦能,，解決生產(chǎn)車間的核心環(huán)節(jié)問題,；在數(shù)字化信息化的基礎(chǔ)上，通過計算機技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化智慧化,；根據(jù)數(shù)字化對網(wǎng)絡(luò)的要求,，全面提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；開展數(shù)字化,、信息化,、智能化培訓(xùn)，結(jié)合已有的管理平臺,，打造數(shù)字化智能化工廠,。
三維可視化平臺建設(shè)。通過Unity3D等虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺或者技術(shù)框架和大數(shù)據(jù)管理平臺,，在采礦基本場景模型的基礎(chǔ)上,，綜合各種傳感器數(shù)據(jù)、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)和礦山管理數(shù)據(jù)等,，實現(xiàn)礦山全景三維展現(xiàn),、漫游監(jiān)視功能。
礦山生產(chǎn)資源管理系統(tǒng)涵蓋設(shè)備管理,、能耗管理,、物資管理等。設(shè)備管理以設(shè)備基礎(chǔ)臺賬信息,、運行信息為基礎(chǔ),，建立符合礦山設(shè)備管理業(yè)務(wù)需求的設(shè)備綜合管理平臺，實現(xiàn)采選生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)的實時,、遠程監(jiān)控,，重點設(shè)備重點關(guān)注，出現(xiàn)問題自動報警,。通過對設(shè)備的運行數(shù)據(jù)分析以及設(shè)備的運行情況診斷（診斷模型）,，配合精細化的檢維修管理，提高設(shè)備故障預(yù)判能力,，將設(shè)備管理由“事后維修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆虑邦A(yù)測”,，逐步提高設(shè)備的運行效率，減少維護和運行成本,，最終達“實時監(jiān)視,、安全可靠、經(jīng)濟高效”的目標,。
能耗管理通過建立能源計劃,、計量和檢測網(wǎng)絡(luò),，幫助礦山企業(yè)摸清耗能情況，弄清礦山生產(chǎn)中的能源構(gòu)成及其來龍去脈,，從而了解能源損失的大小與分布,、損失的原因和存在的問題，以利于采取節(jié)能措施,。通過對能源數(shù)據(jù)的精準集采和分析,，掌握能源的有效利用率，余能資源率,，及產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù),，幫助礦山企業(yè)制訂合理的能源消耗計劃和能源考核制度，進而建立一整套科學(xué)有效的礦山生產(chǎn)能耗評估機制,。
物資管理通過對生產(chǎn)物資的計量,、運輸、庫存數(shù)據(jù)的實時采集和分析,，建立礦山企業(yè)統(tǒng)一的物資信息平臺,，避免人為篡改數(shù)據(jù)，減少運輸過程中的物資流失,，實現(xiàn)庫存信息精準記錄,，信息動態(tài)刷新、實時可查,。清晰掌握金屬資源和生產(chǎn)物料的收,、發(fā)、存,，重點跟蹤關(guān)鍵物資,，通過下鉆即可了解分析詳細的物資移動信息，如實反映物資流向,，從而揭露生產(chǎn)薄弱環(huán)節(jié),，為指導(dǎo)生產(chǎn)提供翔實可靠的數(shù)據(jù)資料，最大限度地合理利用資源,，最終幫助礦山企業(yè)建立一套計量精準,、運輸透明、庫存精確的科學(xué)化物資管理體系,。
礦山安全管理系統(tǒng)是幫助礦山企業(yè)建立一套安全教育培訓(xùn)的考評體系,，增強企業(yè)安全生產(chǎn)能力。通過便捷的移動設(shè)備與標準的業(yè)務(wù)流程,，實現(xiàn)安全檢查工作規(guī)范化,；通過對生產(chǎn)隱患的全程跟蹤，實現(xiàn)安全工作的責(zé)任化,，將安全檢查工作落到實處,。通過實現(xiàn)生產(chǎn)事故的快速上報、高效處理以及事故后的還原,、總結(jié)和分析,，不斷豐富事故的預(yù)防機制，減少事故的發(fā)生率,，不斷提升應(yīng)急處理能力,，最大限度減少損失，從而逐步完善礦山生產(chǎn)的安全評估機制,，不斷優(yōu)化安全管理工作,。
信息化、數(shù)字化和智能化實施方案旨在建立安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),，涵蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的建立和管理,、模型的構(gòu)建、設(shè)計與優(yōu)化,、 執(zhí)行與控制,、管理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等,，從而推進礦山開采機械化,，選冶工藝自動化、智能化,，關(guān)鍵生產(chǎn)工藝流程數(shù)控化率不低于70%,，推動產(chǎn)業(yè)綠色升級，實現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn),、經(jīng)營,、管理的信息化。
信息化,、數(shù)字化和智能化建設(shè)是以礦產(chǎn)資源,、人員、物料,、設(shè)備,、資金、信息等要素組成的整體系統(tǒng)為對象,，進行規(guī)劃,、設(shè)計、評價和創(chuàng)新,，以提高礦山企業(yè)效率,、降低成本、保證人員安全健康,、增加經(jīng)濟效益為目標,，對礦山企業(yè)整體系統(tǒng)進行優(yōu)化的一項綜合性工程,，是資源可持續(xù)發(fā)展的重要基石，也是建設(shè)現(xiàn)代化綠色礦山要實現(xiàn)的目標,。
（作者系中鐵資源集團華剛礦業(yè)股份有限公司副總工程師兼生產(chǎn)技術(shù)部部長,，高級工程師。）
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