新一代信息技術(shù)在冶金礦山行業(yè)的應(yīng)用

在我國眾多冶金企業(yè)中，大部分企業(yè)具有良好的信息化基礎(chǔ)，并已經(jīng)開始從集團單一企業(yè)應(yīng)用擴展到全集團信息化整合應(yīng)用建設(shè)?，F(xiàn)階段我國冶金行業(yè)的信息化建設(shè)主要有以下幾個特點：信息化集成度仍不夠，大量“信息孤島”仍然存在，信息化管理覆蓋面不夠，信息化發(fā)展水平不平衡，信息化建設(shè)對推動企業(yè)創(chuàng)新力度不夠，信息資源的綜合開發(fā)利用程度不高。

在礦山領(lǐng)域，國外對數(shù)字礦山的研究較早，數(shù)字地球的概念由美國首先提出，隨后被許多專家學(xué)者引用。同時，世界上許多國家結(jié)合各自的實際，分別進一步提出了數(shù)字礦山的發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)目標。目前，礦業(yè)發(fā)達國家建設(shè)數(shù)字礦山的重點是實現(xiàn)遠程遙控和自動化采礦。

我國對數(shù)字礦山的研究始于20世紀末，主要科研資助機構(gòu)和相關(guān)行業(yè)相繼立項支持了一批數(shù)字礦山課題。國內(nèi)多所高等院校、科研院所、企事業(yè)單位相繼設(shè)立了與數(shù)字礦山有關(guān)的研究所、研究中心、實驗室或工程中心。山東新汶礦業(yè)集團泰山能源股份有限公司翟鎮(zhèn)煤礦是我國第一座數(shù)字礦山，在國內(nèi)開了數(shù)字化礦井技術(shù)應(yīng)用先河。翟鎮(zhèn)煤礦數(shù)字技術(shù)的成功研制，為我國礦山的數(shù)字化和信息化管理起到了示范作用。在數(shù)字礦山建設(shè)中，廣泛應(yīng)用各種先進的信息技術(shù)、有效提升了礦山企業(yè)的生產(chǎn)效率和管理水平。

冶金礦山行業(yè)信息化發(fā)展趨勢

從規(guī)模、內(nèi)容、作用、地位來看，我國冶金企業(yè)的信息化已經(jīng)發(fā)展到了需要進一步深化的階段。這個深化階段的特征就是信息化與工業(yè)化相互融合，相輔相成，相互促進。通過提升冶金企業(yè)的信息化水平，進一步提升冶金企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營水平；通過冶金企業(yè)信息化技術(shù)的創(chuàng)新，促進冶金工業(yè)企業(yè)管理水平的創(chuàng)新。促進管理創(chuàng)新，提升企業(yè)競爭力的方法很多，信息化是創(chuàng)新提升的基礎(chǔ)性、長效性方法。在礦山領(lǐng)域，隨著數(shù)字礦山應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，礦山行業(yè)的生產(chǎn)和組織方式將會變得越來越“安全、綠色、智能、高效”。冶金礦山行業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)將呈現(xiàn)出以下主要趨勢。

在多年的信息化建設(shè)過程中，冶金企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)慢慢意識到企業(yè)信息化要與企業(yè)的改革與發(fā)展相結(jié)合。在提高企業(yè)管理水平的基礎(chǔ)上，規(guī)劃信息系統(tǒng)的建設(shè)。目前，一些信息化程度較好的冶金企業(yè)在信息化的過程中已經(jīng)意識到了管理理念的重要性，并以企業(yè)信息化為契機大力改革企業(yè)機制，為信息化鋪平道路。

目前對于信息化基礎(chǔ)比較完善的企業(yè)，信息化建設(shè)逐漸向企業(yè)間協(xié)同的方向發(fā)展。由于市場競爭環(huán)境的變化，企業(yè)越來越強調(diào)相互之間的協(xié)同，因此，企業(yè)越來越強調(diào)信息系統(tǒng)與價值鏈和企業(yè)內(nèi)其他系統(tǒng)的集成能力。

經(jīng)過十幾年的信息化建設(shè)，我國的冶金企業(yè)信息化建設(shè)正在朝一個新的高度邁進。一個顯著的特征就是冶金企業(yè)對企業(yè)信息化的內(nèi)涵與意義有了新的認識，明顯感覺到信息資源一體化趨勢日益加強。

通過運用各種感知技術(shù)，能夠更加全面、準確、實時地感知人、物和環(huán)境的信息。例如，在數(shù)據(jù)采集方面，將會從手工錄入項自動采集，并且實現(xiàn)一次錄入，全員共享方向發(fā)展；在裝備方面，將會更加可靠、更加智能，故障修復(fù)將會從人工經(jīng)驗診斷、人工修復(fù)向自我診斷、系統(tǒng)自愈方向發(fā)展。

運用網(wǎng)絡(luò)、通信、交互、集成等技術(shù)，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物間的信息交互，以及系統(tǒng)間的橫向集成和縱向互通。例如，在通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，將會從有限的互聯(lián)網(wǎng)互通向泛在的互聯(lián)互通方向發(fā)展，帶寬將會越來越寬，網(wǎng)絡(luò)將會越來越穩(wěn)定、可靠；在系統(tǒng)人機界面方面，將會從二維平面向三維立體方向轉(zhuǎn)變，并且支持多種終端界面，例如，PDA、iPad、手機等；在信息系統(tǒng)方面，將會從煙囪式、孤島式信息系統(tǒng)向集成統(tǒng)一平臺方向發(fā)展，支持開發(fā)的協(xié)議，支持SOA架構(gòu)。

運用數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度指揮、資源預(yù)測、安全警示、突發(fā)事件處理等決策支持功能，實現(xiàn)礦山的智能化。例如，在控制技術(shù)方面，將會從手動干預(yù)、有人值守向自動控制、無人值守方向發(fā)展，從局部的、有限的控制向全局的、泛在的控制方向發(fā)展；在安全管理方面，將會由被動的、事后響應(yīng)式管理向主動的、事先預(yù)警、預(yù)控方向發(fā)展；在決策支持方面，將會從經(jīng)驗決策向智能化決策方向發(fā)展。

冶金礦山行業(yè)信息化構(gòu)架

基于新一代信息技術(shù)的冶金礦山信息化總體架構(gòu)分為三個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層主要是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)層主要是基于云計算技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)用層主要是涵蓋冶金礦山行業(yè)勘探、開采、冶煉、加工等整個產(chǎn)業(yè)鏈的信息系統(tǒng)應(yīng)用。

基于新一代信息技術(shù)的冶金礦山行業(yè)信息化架構(gòu)中應(yīng)用層是涵蓋勘探、采選、冶煉、加工等整個產(chǎn)業(yè)鏈的信息系統(tǒng)，主要用來支撐企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和管控，這些系統(tǒng)包括生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。

生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容包括剝離、采裝、運輸、生產(chǎn)等主要生產(chǎn)流程，也包括供電、供水、排水等輔助生產(chǎn)流程，還包括其他的安全保障系統(tǒng)。

生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)包括從生產(chǎn)計劃制定、生產(chǎn)計劃執(zhí)行到生產(chǎn)計劃執(zhí)行跟蹤全過程的閉環(huán)管理，包含了三維展示、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)智能調(diào)度管理、生產(chǎn)輔助設(shè)計、機電管理、安全管理、煤質(zhì)管理、節(jié)能環(huán)保管理及綜合分析管理。

經(jīng)營管理系統(tǒng)建設(shè)戶主要包括計劃與全面預(yù)算管理、ERP系統(tǒng)、供應(yīng)商關(guān)系管理系統(tǒng)、制度管理系統(tǒng)、本質(zhì)安全管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、審計管理系統(tǒng)、科技管理系統(tǒng)、節(jié)能減排管理系統(tǒng)、綜合統(tǒng)計系統(tǒng)、檔案管理系統(tǒng)、知識管理系統(tǒng)、行政后勤管理系統(tǒng)、黨群管理系統(tǒng)、煤炭安全管理系統(tǒng)等。

決策支持系統(tǒng)是基于數(shù)據(jù)倉庫/商業(yè)智能技術(shù)對信息進行收集、整合、分析和展現(xiàn)，為高層及管理人員提供及時、準確的分析報表和數(shù)據(jù)，以提升企業(yè)整體生產(chǎn)經(jīng)營決策水平，借此增強企業(yè)的核心競爭能力。

在基于新一代信息技術(shù)的冶金礦山行業(yè)信息化架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層起到傳輸、存儲和計算的作用。網(wǎng)絡(luò)層主要包括接入網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)、云計算、存儲服務(wù)、數(shù)據(jù)倉庫等。

在基于新一代信息技術(shù)的冶金礦山行業(yè)信息化架構(gòu)中，感知層起到信息采集和信號處理的作用。感知層主要包括各種類型的傳感器、控制器、讀卡器等設(shè)備以及M2M網(wǎng)關(guān)、M2M模塊等信息處理系統(tǒng)組成，如Sensor、攝像頭、讀卡器、路由節(jié)點和Sink節(jié)點等。

信息標準體系大的建設(shè)是信息系統(tǒng)開發(fā)成功和得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素，是信息化建設(shè)中的一項基礎(chǔ)性的系統(tǒng)工程。在標準體系的建設(shè)過程中，應(yīng)著重關(guān)注云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)標準的制定、采集和完善。新一代信息技術(shù)在礦山冶金行業(yè)的應(yīng)用必須遵守一定的標準，才能使感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的信息交互，實現(xiàn)本質(zhì)意義上的信息統(tǒng)一；才能有效利用數(shù)據(jù)進行分析、決策和使用。

信息安全體系由信息安全組織體系、管理體系和技術(shù)體系構(gòu)成。信息安全組織體系明確信息安全領(lǐng)導(dǎo)、信息安全監(jiān)管和信息安全執(zhí)行的崗位和職責，確保公司的信息安全工作能夠有效運轉(zhuǎn)。信息安全管理體系從流程和制度上來細化和固化信息安全管理要求，冶金企業(yè)和礦山企業(yè)需要按照《信息安全等級保護管理辦法》對企業(yè)在運行和在建的體統(tǒng)進行評級，并根據(jù)不同等級設(shè)置保護策略。信息安全技術(shù)體系是針對信息安全不同層面的防護需求設(shè)置多維的技術(shù)防御手段，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全及備份恢復(fù)等方面。

運維管理體系是以ITIL運維架構(gòu)為知道，以保障和維護信息系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行為基礎(chǔ)，以提升用戶服務(wù)質(zhì)量為根本，以建成上下貫通、左右協(xié)同、資源共享的一體化運維管理體系為核心。實現(xiàn)IT運維管理的自動化、可視化、規(guī)范化、高效化、一體化和智能化。

冶金礦山行業(yè)的信息化應(yīng)用

新一代信息技術(shù)在冶金行業(yè)的應(yīng)用，推進了冶金企業(yè)的研發(fā)和設(shè)計協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化、生產(chǎn)過程智能化和企業(yè)管理信息化，加強了集散控制、現(xiàn)場總線控制、柔性制造、敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)化制造等技術(shù)的應(yīng)用，強化了生產(chǎn)過程的在線監(jiān)測、預(yù)警和控制，實現(xiàn)了冶金企業(yè)的節(jié)能環(huán)保、精確管理、安全生產(chǎn)和高效運營。

其中首鋼礦業(yè)就是很好的行業(yè)應(yīng)用典范。首鋼礦業(yè)公司以計算機數(shù)字技術(shù)為中心，以網(wǎng)絡(luò)通信為手段，以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，形成了基礎(chǔ)裝備數(shù)字化、 生產(chǎn)過程數(shù)字化、 生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化、企業(yè)資源計劃數(shù)字化、辦公自動化的數(shù)字化礦山，在我國冶金礦山行業(yè)實現(xiàn)了歷史性突破。

同時，首鋼礦業(yè)公司注重數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，為礦山數(shù)字化提供硬件平臺。廣泛采用數(shù)字化計量設(shè)備和智能化儀器儀表，采、選、球、燒四大主流程和物料運輸系統(tǒng)檢測、計量數(shù)字化儀表達到14800塊，為從數(shù)據(jù)源頭自動采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各層面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口創(chuàng)造了條件。分期搭建網(wǎng)絡(luò)和硬件平臺，共敷設(shè)光纖150多公里，形成一個主干帶寬1000M、桌面100M的高速企業(yè)網(wǎng)，覆蓋公司各個單位。建成廠礦級網(wǎng)站45個，車間級網(wǎng)站73個，覆蓋300多個班組，聯(lián)網(wǎng)計算機達到2600多臺。

實施礦山生產(chǎn)流程管控數(shù)字化，提高自動化水平。建立了覆蓋采礦、選礦、燒結(jié)、球團、運輸?shù)裙ば虻挠嬃繖z測、設(shè)備驅(qū)動和生產(chǎn)過程控制的數(shù)字化系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化和智能化。采礦應(yīng)用Surpac礦山工程軟件，進行資源評估、礦山規(guī)劃、開拓設(shè)計、決策管理等模擬、仿真和過程分析。自主開發(fā)應(yīng)用礦車自動調(diào)度系統(tǒng)，自動進行車流規(guī)劃、優(yōu)化派車，合理分配車流。選礦應(yīng)用球磨自控系統(tǒng)，對球磨機工藝流程運行參數(shù)進行檢測和監(jiān)控。自主開發(fā)球團流程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)配料、造球、鏈篦機、回轉(zhuǎn)窯、環(huán)冷機和噴煤等五大區(qū)域?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控和預(yù)警管理。自主開發(fā)燒結(jié)流程監(jiān)控系統(tǒng)。通過對現(xiàn)場工控基礎(chǔ)信息的采集和再加工，實現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)不落地和閉環(huán)管理，形成全流程800多個點位數(shù)據(jù)集中監(jiān)控，為生產(chǎn)決策及操作提供了實時支持。自主開發(fā)燒結(jié)智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)燒結(jié)礦自動配料、混合料自動加水、燒結(jié)機點火自動調(diào)節(jié)、燒結(jié)終點自動控制、燒結(jié)礦強度與能耗自動控制、燒結(jié)異常數(shù)據(jù)調(diào)整六大功能。

首鋼礦業(yè)公司積極變革礦山管理模式和手段，推進管理信息化。在創(chuàng)建數(shù)字化冶金礦山的實踐活動中，搭建了縱向四級、橫向四塊的數(shù)字化礦山整體框架。形成以GIS地理信息系統(tǒng)、MES生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、ERP企業(yè)資源管理系統(tǒng)、OA信息系統(tǒng)四塊為重點，現(xiàn)場裝備數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化、企業(yè)資源計劃數(shù)字化四級為基礎(chǔ)的數(shù)字化礦山框架。促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與信息化的融合，推進了生產(chǎn)經(jīng)營的高效化，提高了企業(yè)核心競爭力。

智慧礦山建設(shè)現(xiàn)狀和任務(wù)

作為新一代信息技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，“智慧礦山”是通過各種感知、信息傳輸與處理技術(shù)，實現(xiàn)對真實礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的可視化、數(shù)字化及智慧化。其總體目標是：將礦山地理、地質(zhì)、礦山建設(shè)、礦山生產(chǎn)、安全管理、產(chǎn)品加工與運銷、礦山生態(tài)等綜合信息全面數(shù)字化，將感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、信息處理、智能計算、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代信息管理等與現(xiàn)代采礦及礦物加工技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成礦山中人與人、人與物物與物相連的網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)、詳盡地描述并控制礦山安全生產(chǎn)與運營的全過程。以高效、安全、綠色開采為目標，保證礦山經(jīng)濟的可持續(xù)增長，保證礦山自然環(huán)境的生態(tài)穩(wěn)定。

智慧礦山大體上經(jīng)歷了初級階段、衍生階段和智能遙控階段。

初級階段主要是構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施和相應(yīng)的信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)、運營等數(shù)據(jù)的共享和深度應(yīng)用。衍生階段主要是虛擬礦山，是通過虛擬空間技術(shù)和井下大量傳感監(jiān)控設(shè)備，將真實礦山的整體以及和它相關(guān)的現(xiàn)象整合起來，以數(shù)字的形式表現(xiàn)出來，從而了解整個礦山動態(tài)的運作和發(fā)展情況。智能遙控階段，就是礦山地面和井下的、人類從事礦產(chǎn)資源開采的各種動態(tài)、靜態(tài)的信息都能夠數(shù)字化，而且用計算機網(wǎng)絡(luò)來管理，同時利用空間技術(shù)、自動定位和導(dǎo)航技術(shù)實現(xiàn)遠程遙控和自動化采礦。

目前我國智慧礦山的建設(shè)還處于智慧化階段的初級階段。智慧礦山的建設(shè)還處在礦山勘察、規(guī)劃設(shè)計、生產(chǎn)監(jiān)控調(diào)度、安全生產(chǎn)檢測以及礦山綜合管理等各個系統(tǒng)的建設(shè)階段，還不能完全實現(xiàn)各種信息的全面共享和深度應(yīng)用。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，用信息技術(shù)武裝礦山企業(yè)是大勢所趨，同時，信息技術(shù)也是提高礦山企業(yè)科學(xué)管理的有力手段。云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在智慧礦山中均有廣泛的 應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧礦山中的應(yīng)用包括礦山中物與物、物與人、所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，以實現(xiàn)識別、管理和控制。其中智能安全應(yīng)用實現(xiàn)包括礦井作業(yè)面人員考勤及定位，高危作業(yè)安全自動監(jiān)控，工程基建現(xiàn)場安全質(zhì)量遠程監(jiān)控，重大基礎(chǔ)設(shè)施安全防護，重點企業(yè)門禁系統(tǒng)；智能物流應(yīng)用實現(xiàn)包括產(chǎn)成品倉儲物流智能管理，運輸車輛智能調(diào)度與監(jiān)控；智能環(huán)保應(yīng)用實現(xiàn)包括企業(yè)排污智能化遠程監(jiān)測監(jiān)控，煙塵黑度分析及智能預(yù)警。

（本文摘自《新一代信息技術(shù)在兩化深度融合中的應(yīng)用》一書，由電子工業(yè)出版社出版）