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“智慧礦山”——煤炭行業信息化發展新模式

時間:2011/11/29 16:05:24

    (陜西南梁礦業有限公司, 張 軍  陜西 府谷 719400)

    摘要:根據國家對煤炭行業對信息化的政策要求和行業發展實際需求,南梁礦業在分析了煤炭行業信息化建設現狀,總結自身信息化建設過程中的實踐經驗的基礎上,就如何利用新技術、新產品推動煤炭行業兩化深度融合,從而實現企業結構調整、資源優化配置,提升企業核心競爭力和經濟效益,做了深入的研究和探討,提出煤炭企業信息化建設的新模式——智慧礦山,將信息科學的先進技術與產品與煤礦安全生產相結合,實現煤炭行業技術持續創新,為企業高效運作注入活力。
關鍵詞:煤炭;智慧礦山;信息化

      引言
    “十二五”時期是我國煤炭工業提高科學化發展水平,加大結構調整力度,轉變發展方式的關鍵時期。面對機遇與挑戰,研究如何運用先進適用的信息化技術,推動和促進煤炭工業的安全、清潔、高效、多元發展,從而實現煤炭工業的兩化融合,走出具有中國特色的煤炭企業信息化建設道路,是我國煤炭企業重要任務之一。
    本文分析了我國煤炭行業信息化發展歷史和現狀,闡述了綜合自動化、數字礦山和感知礦山三種煤炭行業信息化建設模式;根據國家對煤炭行業各種方針政策要求和行業發展實際需要,通過總結陜西南梁礦業有限公司信息化建設工作實踐經驗,分析信息技術快速發展情況下,新技術、新產品對煤炭行業信息化建設的影響,嘗試探索煤炭行業信息化建設新模式,研究“十二五”煤炭行業信息化的發展趨勢。
    1. 我國煤炭行業信息化發展歷史和現狀
    隨著科學技術的發展,我國煤炭行業信息化建設歷經了綜合自動化、數字礦山和感知礦山三種建設模式。本章介紹三種信息化建設模式的內容;分析各自的架構、主要內容和關鍵技術;對比了三者間異同。
    1.1 綜合自動化
    煤礦綜合自動化系統,旨在利用先進的網絡技術將以前獨立控制的各生產、管理系統連接起來,結合自動化、網絡、通信、數據庫等新理論和新技術,將生產自動化、管理信息化的各項應用系統統一在一個網絡平臺上,以保證對全礦井安全狀況和生產過程進行實時監測、監視、控制和調度管理。其實質是依賴對礦井地理、生產、安全、設備、管理、和市場等方面的信息進行采集、傳輸、處理、應用和提升,達到信息增值的目的。其主要內容包括信息的采集(傳感器與檢測)、信息傳輸(通信)、信息處理(計算機)、信息的應用與集成(自動化) 等等。支撐實現的核心技術為集成化的數據管理、集成化的通訊、集成化的編程組態和底層設備的自動化、網絡化。
    綜合自動化的目的是實現礦山主要系統與機電設備的集中控制,集成各種礦山生產實時數據與管理信息。必須站在煤礦企業的高度去整體規劃和設計,根據“管控一體化”的思想,采用三層網絡結構,利用世界先進的自動化產品、網絡產品和工業控制軟件、數據庫軟件,使礦井在"采、掘、運、風、水、電、安全"等生產環節全面實現自動化控制,并將煤炭生產、管理的各個環節,統一在一個網絡平臺上,形成統一、完整的有機整體。
    1.2 數字礦山
    數字礦山是對真實礦山整體及相關現象的統一認識與數字化再現,即將礦山生產、安全、礦山地理、地質、礦山建設等綜合信息全面數字化,其目的是為了利用信息技術及現代控制理論與自動化技術去動態詳盡地描述與控制礦山安全生產與運營的全過程。以高效、安全、綠色開采為目標,保證礦山經濟的可持續增長,保證礦山自然環境的生態穩定[1]。
    數字礦山主要特征:
    1) 數字化基礎:已把礦山的所有內容處理成現代計算機可以接受、儲存、拷貝、加工和網絡傳輸的數字信息,并保證信息的完整性。
     2)精準適時采集:能準確地采集到任何地點、任何時間所需要的安全、生產和管理等信息,并保證信息的及時性。
     3)網絡化傳輸:所有信息包括實時數據、多媒體數據和管理數據可以通過局域網和廣域網進行準時、可靠、安全的傳輸,必要的數據要保證時鐘同步。
     4)規范化集成:通過標準的數據格式、開放的通信協議和統一的管理規范所定義的數據倉庫實現各種應用中信息的互連互通,確保數據的唯一入口和一致性。
     5)可視化展現:對于數據倉庫中的所有信息和模型均可用四維地理信息系統技術、虛擬現實技術、模擬仿真技術、多媒體技術和可視化分析技術進行表達和展現,實現透明管理。
     6)自動化操作:對于主要生產執行環節、監聽監視環節、時限性強、準確度高的環節以及環境惡劣、易疲勞環節實現操作自動化或無人化。
     7)智能化服務:在一些諸如危險辨識、災害預警、事故報警、方案設計、計劃編制、過程控制、經濟分析、調度優化等方面提供智能化工具和綜合決策支持,最大限度地降低腦力勞動強度,避免人為決策失誤。
     1.3 感知礦山
     作為物聯網應用的一個重要領域,“感知礦山”是通過各種感知手段,實現對真實礦山整體及相關現象的可視化、數字化及智慧化。即將礦山地理、地質、礦山建設、礦山生產、安全管理、產品加工與運銷、礦山生態等綜合信息全面數字化,將感知技術、傳輸技術、智能技術、信息技術、現代控制技術、現代信息管理等與現代采礦及礦物加工技術緊密相結合,構成礦山人與人、人與物、物與物相聯的網絡,動態詳盡地描述并控制礦山安全生產與運營的全過程 [2]。
     在煤礦綜合自動化建設的基礎上,感知礦山建設的核心問題是三個感知,即:感知礦山災害風險,實現各種災害事故的預警預報;感知礦工周圍安全環境,實現主動式安全保障;感知礦山設備工作健康狀況,實現預知維修。三個感知的目標是減災保安全。
     1.4 感知礦山、數字礦山與礦山綜合自動化的關系[2]
感知礦山概念是數字礦山、礦山綜合自動化等概念的升華。感知礦山物聯網是在綜合了這些概念的基礎上,更加具體、全面、動態、詳盡地描述真實礦山。
     比如說,在論述數字礦山時,要花很大的精力去解釋,數字礦山與地理信息系統的異同,數字礦山要將礦山生產過程、礦山安全信息集成在內的。而在實施礦山綜合自動化時,又要花許多時間去解釋,綜合自動化要有統一的網絡平臺和數據平臺,地理信息系統也是綜合自動化中的一個重要平臺,還要解釋網絡化控制是一種分布式控制等。
     而在物聯網礦山的概念下,這些都不需要去作任何解釋了。這是由于物聯網本身就是基于統一網絡的應用;物聯網本身就是要在GIS和GPS下實現定位的應用;物聯網本身就是控制與網絡一體化的應用;物聯網本身就是分布式應用;物聯網本身就是要對各種目標(包括移動目標)進行感知等等。此外,物聯網還明確提出了物與物相聯的概念,而在以前的數字礦山等諸多概念中,基本是人與人、人與物相聯的概念為主。因此,以前在綜合自動化礦山建設中對移動物體的監控相對較弱。而移動生產過程的監控正是礦山流動作業的特點,要實現礦山物與物相聯,需要更大范圍的無線自組網的能力,需要基于網絡的分布式感知能力。
     2.煤炭工業信息化“十二五”發展規劃的要求
煤炭工業信息化“十二五”發展規劃(征求意見稿)中指出,煤炭工業信息化“十二五”總體目標為建立行業信息化工作體系,明確行業信息化發展思路;加強行業信息化基礎建設,優化網絡基礎設施,擴大業務信息系統覆蓋面;推動煤炭企業健全信息化組織,完善和改進管理制度和流程;千萬噸以上煤炭企業具備信息化自主創新能力,形成一批具有示范作用的數字礦山,培養一批信息化水平達到國內先進行列的煤炭企業;信息技術在煤炭重點領域的應用有所突破。
    3.智慧礦山-煤炭行業信息化發展新模式
    3.1 陜西南梁礦業有限公司信息化實踐
煤炭行業信息化發展存在發展水平不平衡,管理體制不健全、信息化項目整體水平偏低、數字礦山理論和實踐推進緩慢等問題。南梁礦業作為中國煤炭進出口公司標準化示范煤礦,信息化、數字化建設一直走在行業發展的前列,為煤炭行業信息化、工業化深度融合發展進行了一系列有益的探索和卓有成效的實踐。
南梁煤礦信息化建設實踐證明,堅持以煤炭企業為主體的自主創新,有力保障了企業信息化建設進程,促進“兩化”深入融合,走出南梁礦業具有中國特色的煤炭行業信息化建設之路。
     1) 技術創新
     南梁礦業在信息化系統建設中,大膽引入新技術、新產品,與國內高新技術企業和科研院所合作,主持研究開發“數字化礦山”項目;擁有獨立自主的知識產權,為以企業為主體的煤炭行業自主創新探索新的方式。
     為了實現“零傷亡”的目標,南梁礦業提出了“無人則安”的理念,大力建設數字化礦井,通過數字化礦井的建設,逐步實現監測高密度、數據高可靠、處理自動化、人為最低化。南梁礦業數字化項目的建設將取得國內首創的煤礦專用“N網合一”綜合系統和國內首創的單兵數字化礦工等,并擁有全部獨立自主知識產權的煤礦專用安全移動監控平臺、具有定位廣播(包括點對點喊話)功能的WiFi基站、基于WiFi脫網通信的應急救援通信系統等產品。數字化礦井構建基于RFID技術的物聯網,通過智能終端,實現安全生產數據監測、視頻監控、通訊、人員定位、車輛定位管理、任務調度、就餐消費及門禁等一卡通。通過手機等移動終端設備,及時處理各類安全生產信息,實現移動辦公。通過對礦區的人(人員定位、無線通信)、設備(綜合自動化)、環境(安全監控、礦壓監控等)全面感知,最終實現無盲區調度管控。項目完成時,可取得以下成果:
①國內首創的煤礦專用“N網合一”綜合系統,將煤礦現有多個、復雜的信息化、自動化系統統一在一個平臺;
     ②國內首創的數字礦工;
     ③國內首創的煤礦專用安全移動監控平臺;
     ④國內首創的具有定位、廣播功能的WiFi基站;
     ⑤國內領先的礦山三維GIS系統;
     ⑥國內領先的基于WiFi脫網通信的應急救援通信系統;
     ⑦行業先進的多協議網關。
     2)管理創新
     南梁礦業在兩化深入融合的信息化建設中,引入“精益化”管理模式和“全面化”質量管理體系,為煤炭行業企業管理思想、管理模式和管理方法做了有益的嘗試。
     3.2 智慧礦山
     兩化深度融合是“十二五”國家對工業行業信息化發展的戰略方針和基本要求,也是煤炭行業改革發展的基本要求。根據國家對煤炭行業各種方針政策要求和行業發展實際需求,南梁礦業在分析了煤炭行業信息化建設現狀,總結自身信息化建設過程中的實踐經驗的基礎上,就如何利用新技術、新產品推動煤炭行業兩化深度融合,從而實現企業結構調整、資源優化配置,提升企業核心競爭力和經濟效益,做了深入的研究和探討,提出煤炭企業信息化建設的新模式——智慧礦山。
     1)概念
    “智慧礦山”指使用先進信息技術改善煤炭企業運作和生產技術,并以此來構建新的煤礦礦山運行模型的一個愿景。智慧的礦山的核心是以一種“更智慧”的方法來改進公司、人們相互交互的方式,以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度。“智慧礦山”的主要內容是把新一代信息技術充分運用在煤炭企業的管理和生產活動中,充分發掘和利用企業信息資源。實現安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、管理駕駛艙功能,實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。
     2)特征
     新一代信息技術的發展為“智慧礦山”的實現創造了可能,它能夠更透徹的感知和度量,更全面的互聯互通,更深入的智能化。通過它,我們可以實現智慧礦山的遠景目標——轉變個人、企業、組織交互的方式,使其更加智慧(也就是更加清晰、效率更高、響應更靈活更及時),這將為煤炭企業日后的發展帶來新的機會。
    智慧的礦山具有如下的特征:更透徹的感知,更廣泛的互聯互通,更深入的智能化。
    ①更透徹的感知
    這里的“更透徹的感知”是超越傳統傳感器、RFID的更為廣泛的一個概念。具體來說,它是指利用任何可以隨時隨地感知、測量、捕獲和傳遞信息的設備、系統或流程。通過使用這些新設備,從井下工人的脈搏跳動到生產設備的狀況或公司財務數據等任何信息都可以被快速獲取并進行分析,便于立即采取應對措施和進行長期規劃。
    ②更全面的互聯互通
互聯互通是指通過各種形式的高速的高帶寬的通信網絡工具,將個人電子設備、各個系統、企業和組織信息系統中收集和儲存的分散的信息及數據連接起來,進行交互和多方共享。從而更好地對環境和業務狀況進行實時監控,從全局的角度分析形勢并實時解決問題,使得工作和任務可以通過多方協作來得以遠程完成,從而徹底地改變了整個煤礦的運作方式。
     ③更深入的智能化
智能化是指深入分析收集到的數據,以獲取更加新穎、系統且全面的洞察來解決特定問題。這要求使用先進技術(如數據挖掘和分析工具、科學模型和功能強大的運算系統、管理駕駛艙)來處理復雜的數據分析、匯總和計算,以便整合和分析海量數據和信息,并將特定的知識應用到特定業務,特定的場景,特定的解決方案中,以更好地支持決策和行動。
     3)核心內涵
     南梁礦業圍繞四個核心——新銳洞察、智能運作、動態架構和綠色節能,構建“智慧的礦山”,同時也構成了智慧的企業必備的四大競爭力,構建一個智慧的動態業務機制,以期幫助煤炭企業降低成本和風險,簡化并整合企業各業務系統,使企業運營更加高效,更加快速響應市場。
     ①新銳洞察
     企業需要獲得嶄新的智能和洞察,利用眾多來源提供的豐富實時信息,做出更明智的決策。通過獲得透徹的洞察力,企業可以獲得更明晰的信息以支持決策。
     ②智慧運作
企業需要開發和設計新的業務和流程需求,實現靈活和動態流程支持下的運作,通過智慧的運作,企業可以靈活適應瞬息萬變的市場。
    ③動態架構
企業需要建立一種可以降低成本、具有智能化和安全特性、并能夠與當前的業務環境同樣靈活、動態的基礎設施。通過智能的基礎架構,企業可以更為快速地響應業務環境的變化。
    ④綠色未來
企業利用自動化和信息化技術,對企業生產經營各環節實施動態監控和管理,改進和優化資源平衡,從而實現系統性節能降耗。
    4. 結論
    南梁礦業在“兩化”深入融合的建設工作中,始終堅持以煤炭企業為主體的自主創新,擁有全部的知識產權,掌握信息化建設的主動權;以管理創新為基礎,不斷探索現代企業管理制度,引入先進的管理理念和方法;以技術創新為手段,將信息科學的先進技術與產品與煤礦安全生產相結合,實現煤炭行業技術持續創新,為企業高效運作注入活力。
    南梁礦業在總結自身信息化建設與發展實踐經驗的基礎上,堅持理論與實踐相結合,從實踐中總結經驗,與國家、行業政策、法規和要求相結合,以科學的思想做指導,探索煤炭行業信息化發展規律;以南梁礦業信息化建設實踐為驗證,檢驗理論的正確性,并不斷完善和發展南梁“智慧礦山”模式,為煤炭行業信息化體系理論建設做有益的探索。
    參考文獻
    [1] 盧新明、尹紅,數字礦山的定義、內涵與發展[J]. 煤炭科學技術,2010年1月,第1期(第38卷):48-52.
    [2] 張申、丁恩杰、徐釗等,論感知礦山與數字礦山、礦山綜合自動化[J].

    (作者簡介:張軍,男,陜西**人,陜西南梁礦業公司信息管理部經理,高級信息管理師與電子技術工程師,北京航空航天大學 “產業信息化”方向工程碩士。)

作者:不詳 來源:網絡
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