智能化助力礦山高質(zhì)量運(yùn)營(yíng)
——礦山信息化、數(shù)字化建設(shè)的思考與建議

文章來(lái)源于：中國(guó)礦業(yè)報(bào)
作者：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(jì)算科學(xué)為理論基礎(chǔ)，以高新礦山觀測(cè)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(jìn)行多維表達(dá)，同時(shí)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(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著礦山現(xiàn)代化建設(shè)的快速推進(jìn)，礦山在生產(chǎn)計(jì)劃編制、生產(chǎn)與設(shè)備運(yùn)行、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、月報(bào)成本分析、安全報(bào)表等方面均已實(shí)現(xiàn)信息覆蓋，信息數(shù)據(jù)也都實(shí)現(xiàn)了電子化，表現(xiàn)為主要生產(chǎn)、成本、設(shè)備等指標(biāo)數(shù)字化。設(shè)備配置的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化測(cè)量顯示與控制，物料領(lǐng)用系統(tǒng)自動(dòng)審批出庫(kù)。主體設(shè)備、輔助設(shè)備大部分實(shí)現(xiàn)智能化控制，生產(chǎn)主工藝流程控制系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了DCS中控控制，試驗(yàn)檢測(cè)儀器和手段也在逐步智能化。

根據(jù)工程特點(diǎn)，選用可編程邏輯控制器（PLC），配備可靠、先進(jìn)的檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成對(duì)車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備的監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行情況數(shù)字化顯示、累積、記錄并進(jìn)行調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖和報(bào)警，還可自動(dòng)生成報(bào)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(guò)程（溫度、壓力、流量、料位、重量等）及主要機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（開(kāi)、停、故障、電流和電壓等）參數(shù)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)主要工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備裝置的控制管理及設(shè)備聯(lián)鎖啟停保護(hù)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(jì)原則，從最底層的實(shí)時(shí)控制、優(yōu)化控制上升到生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營(yíng)管理，甚至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個(gè)具有柔性、高度自動(dòng)化的管控一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各工段生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)參數(shù)顯示及過(guò)程控制。

新型全自動(dòng)剝片機(jī)組和控制系統(tǒng)軟件實(shí)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(shí)技術(shù)，采用三維礦業(yè)軟件（3Dmine、Dimine、Minesight等）對(duì)礦山地表地形、工業(yè)場(chǎng)地等要素進(jìn)行全三維建模。

通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換在三維虛擬平臺(tái)上顯示地質(zhì)、地形空間關(guān)系，查詢(xún)采礦生成的時(shí)空發(fā)展位置、集成可擴(kuò)展的多通道場(chǎng)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(shí)體模型和屬性數(shù)據(jù)，綜合水文、巖石力學(xué)、地壓等采場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)采礦相關(guān)數(shù)據(jù)與采場(chǎng)空間模型的集成顯示。

礦車(chē)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(dòng)終端、通信及差分和調(diào)度管理系統(tǒng)三部分組成，通過(guò)移動(dòng)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(jìn)行分析處理，再將控制信息反饋到移動(dòng)終端。系統(tǒng)在實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山設(shè)備的同時(shí)，全面采集生產(chǎn)信息，建立詳細(xì)準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)全面展現(xiàn)生產(chǎn)信息并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析決策。

邊坡在線檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)邊坡巖土體內(nèi)部沉降、傾斜、錯(cuò)動(dòng)、土壤濕度、孔隙水壓力變化等進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，及時(shí)捕捉邊坡性狀變化的特征信息，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，及時(shí)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(bào)，提高礦山生產(chǎn)安全。

尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)尾礦庫(kù)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并輔以現(xiàn)場(chǎng)巡視。實(shí)現(xiàn)對(duì)尾礦壩體變形、內(nèi)部位移、浸潤(rùn)線、庫(kù)水位、干灘、雨量、溢流井沉降、傾斜的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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(guò)程中，生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)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(hào)�？刂葡到y(tǒng)采用的是PLC和DCS系統(tǒng)，沒(méi)有采用全數(shù)字化的FCS控制系統(tǒng)。

生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、工藝過(guò)程管理、設(shè)備管理等管理數(shù)字化主要還是停留在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)管理軟件的覆蓋。

生產(chǎn)過(guò)程中的預(yù)警如泵池、藥劑罐、料液池液位、攪拌器、濃密機(jī)壓力等設(shè)備運(yùn)行的報(bào)警信息，還未完全實(shí)現(xiàn)智能化控制和傳輸，還需要通過(guò)加大巡查力度滿(mǎn)足實(shí)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(guò)程控制系統(tǒng)）為代表的智能生產(chǎn)過(guò)程控制層，以MES（生產(chǎn)過(guò)程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)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(yíng)優(yōu)化層，以及企業(yè)管理分析決策系統(tǒng)。

以PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）為代表的智能生產(chǎn)過(guò)程控制層主要內(nèi)容包括先進(jìn)控制軟件、軟測(cè)量技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)線技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備、傳感器技術(shù)、特種執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。

以MES（生產(chǎn)過(guò)程制造執(zhí)行系統(tǒng)）為代表的生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行優(yōu)化層主要內(nèi)容包括先進(jìn)建模與流程模擬技術(shù)、先進(jìn)計(jì)劃與調(diào)度技術(shù)、實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)、故障診斷與健康維護(hù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)校正技術(shù)、動(dòng)態(tài)質(zhì)量控制與管理技術(shù)、動(dòng)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(yíng)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(hù)關(guān)系管理（CRM)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)管理（PqDM)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、設(shè)備資源管理、企業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)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(mǎn)足從不同角度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的需要，如報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析、關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)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(gè)具體功能的實(shí)現(xiàn)。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和檢測(cè)儀表的信息采集進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)處理，控制系統(tǒng)數(shù)字化升級(jí)，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(yùn)維、工藝控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、管理科學(xué)，通過(guò)數(shù)字化賦能，解決生產(chǎn)車(chē)間的核心環(huán)節(jié)問(wèn)題；在數(shù)字化信息化的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化智慧化；根據(jù)數(shù)字化對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求，全面提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；開(kāi)展數(shù)字化、信息化、智能化培訓(xùn)，結(jié)合已有的管理平臺(tái)，打造數(shù)字化智能化工廠。

三維可視化平臺(tái)建設(shè)。通過(guò)Unity3D等虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)或者技術(shù)框架和大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，在采礦基本場(chǎng)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(shí)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(tái)賬信息、運(yùn)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(tái)，實(shí)現(xiàn)采選生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，重點(diǎn)設(shè)備重點(diǎn)關(guān)注，出現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)報(bào)警。通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析以及設(shè)備的運(yùn)行情況診斷（診斷模型），配合精細(xì)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)?ldquo;事前預(yù)測(cè)”，逐步提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少維護(hù)和運(yùn)行成本，最終達(dá)“實(shí)時(shí)監(jiān)視、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效”的目標(biāo)。

能耗管理通過(guò)建立能源計(jì)劃、計(jì)量和檢測(cè)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(lái)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(wèn)題，以利于采取節(jié)能措施。通過(guò)對(duì)能源數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)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(jì)劃和能源考核制度，進(jìn)而建立一整套科學(xué)有效的礦山生產(chǎn)能耗評(píng)估機(jī)制。

物資管理通過(guò)對(duì)生產(chǎn)物資的計(jì)量、運(yùn)輸、庫(kù)存數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析，建立礦山企業(yè)統(tǒng)一的物資信息平臺(tái)，避免人為篡改數(shù)據(jù)，減少運(yùn)輸過(guò)程中的物資流失，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存信息精準(zhǔn)記錄，信息動(dòng)態(tài)刷新、實(shí)時(shí)可查。清晰掌握金屬資源和生產(chǎn)物料的收、發(fā)、存，重點(diǎn)跟蹤關(guān)鍵物資，通過(guò)下鉆即可了解分析詳細(xì)的物資移動(dòng)信息，如實(shí)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(shí)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(jì)量精準(zhǔn)、運(yùn)輸透明、庫(kù)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(píng)體系，增強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)能力。通過(guò)便捷的移動(dòng)設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)安全檢查工作規(guī)范化；通過(guò)對(duì)生產(chǎn)隱患的全程跟蹤，實(shí)現(xiàn)安全工作的責(zé)任化，將安全檢查工作落到實(shí)處。通過(guò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)事故的快速上報(bào)、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(jī)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(píng)估機(jī)制，不斷優(yōu)化安全管理工作。

信息化、數(shù)字化和智能化實(shí)施方案旨在建立安全監(jiān)測(cè)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(jì)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(jìn)礦山開(kāi)采機(jī)械化，選冶工藝自動(dòng)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(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)，實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、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(duì)象，進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)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(jì)效益為目標(biāo)，對(duì)礦山企業(yè)整體系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

（作者系中鐵資源集團(tuán)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(zhǎng)，高級(jí)工程師。）