智能礦山建設(shè)規(guī)劃策略研究

尤占一，馬 超，江 洋，劉云鵬

(鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限公司曉明礦，遼寧 鐵嶺112000)

隨著社會化大生產(chǎn)的不斷擴(kuò)大，我國經(jīng)濟(jì)總量也有了全面提升。當(dāng)前，我國國內(nèi)生產(chǎn)已經(jīng)形成了良好的發(fā)展態(tài)勢，并在國際上獲得了相應(yīng)的地位，中國制造進(jìn)入了國際市場。隨著“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的強(qiáng)國政策實施，我國企業(yè)迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇，同時這對企業(yè)來說也是一個挑戰(zhàn)。企業(yè)要想在激烈的市場中脫穎而出，則要不斷進(jìn)行自身建設(shè)，提高市場活力才能保證競爭力，傳統(tǒng)企業(yè)要不斷進(jìn)行優(yōu)化升級，融入到國際市場行列。能源型企業(yè)在國防、民用等各個領(lǐng)域都擔(dān)任著重要的角色，隨著企業(yè)理念的更新，信息化與工業(yè)化也已經(jīng)深入開展起來，信息化建設(shè)，技術(shù)深度融合，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型勢在必行。當(dāng)下，聚焦國家發(fā)展戰(zhàn)略大背景以及地方產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展目標(biāo)建設(shè)，煤礦智能化發(fā)展已經(jīng)成為了一種趨勢。通過智能化建設(shè)，全面提高企業(yè)智能化、無人化運(yùn)行效率，是煤炭企業(yè)未來發(fā)展目標(biāo)，更是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的根本路徑。放眼煤炭行業(yè)發(fā)展的總趨勢，必須要向國際化靠攏。為了保證企業(yè)生存與發(fā)展，國內(nèi)外煤炭企業(yè)、科研院所和裝備廠商，均在煤礦智能開采上進(jìn)行了深入地研發(fā)，加大了投入力度，使智能化設(shè)備得到了良好的推廣和應(yīng)用，不斷向低碳環(huán)保方向靠近，推動煤炭生產(chǎn)向少人、無人方向發(fā)展。針對煤炭企業(yè)未來的發(fā)展，全面加快推進(jìn)數(shù)字化、智能化升級，建成智能煤礦生產(chǎn)管控體系是煤炭行業(yè)的必行之路。

1 智能化建設(shè)規(guī)劃基本思路

智能礦山規(guī)劃是一個復(fù)雜的過程，要全面根據(jù)自身的實際情況，進(jìn)行合理地優(yōu)化與建設(shè)，以此有效提升傳統(tǒng)生產(chǎn)力，保證生產(chǎn)的連續(xù)性與安全性。智能化建設(shè)是當(dāng)前最為熱門的課題，可以說，多數(shù)配套服務(wù)廠商把智能化當(dāng)成升級的總方向，進(jìn)行設(shè)計時也加入了信息化集成元素，進(jìn)行科學(xué)的統(tǒng)籌規(guī)劃，這種是當(dāng)前最為重要的方向。不同的角度對智能化的建設(shè)方向不同，各煤機(jī)應(yīng)用及制造企業(yè)重點放在發(fā)展單機(jī)裝備智能化上，通過單機(jī)設(shè)計的智能化改進(jìn)為突破口，全面提高全鏈條生產(chǎn)效率，使復(fù)雜環(huán)節(jié)變得更加安全簡便。但是，這種方式雖然對設(shè)備進(jìn)行了環(huán)節(jié)優(yōu)化，而銜接并不合理、能效匹配缺乏，在實際生產(chǎn)過程中，就容易出現(xiàn)子系統(tǒng)間、工藝銜接間、上下游設(shè)備間的不協(xié)調(diào)，運(yùn)行起來就會出現(xiàn)各自為營的不利局面，使生產(chǎn)安全質(zhì)量得不到保障。企業(yè)進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃時，往往是缺少全盤的考慮，沒有統(tǒng)籌好設(shè)備、工藝規(guī)劃方案，就會導(dǎo)致重復(fù)性投入，造成資金的浪費(fèi)，同時也很容易出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈條的斷裂。要全面突破子系統(tǒng)之間的“視野局限”，使不同的系統(tǒng)形成協(xié)調(diào)的運(yùn)行，就要納入整體規(guī)劃方案中。所以說，智能化建設(shè)必須要針對智能化升級改造進(jìn)行創(chuàng)新，以提高設(shè)備運(yùn)行效率為重點，實現(xiàn)以子系統(tǒng)或單機(jī)裝備為代表的獨(dú)立生產(chǎn)單元智能化，以此提高生產(chǎn)速度，保證質(zhì)量;或者是將各關(guān)聯(lián)工藝子系統(tǒng)間、上下游設(shè)備間進(jìn)行科學(xué)的銜接，使多機(jī)裝備形成智能化運(yùn)行，保證多機(jī)的協(xié)同聯(lián)動，通過對環(huán)節(jié)鏈條地改進(jìn)，最后實現(xiàn)整個系統(tǒng)的智能改進(jìn)，保證智能化決策的正確方向。

2 能效驗證分析必要性

煤炭生產(chǎn)企業(yè)更加看重設(shè)備的運(yùn)行效果，所以說，設(shè)備設(shè)計能力一定要遠(yuǎn)高于實際應(yīng)用能力，這樣才能在生產(chǎn)中體現(xiàn)優(yōu)勢，使企業(yè)能夠自主運(yùn)行，提高生產(chǎn)整體效率。如2 個區(qū)間重疊或部分重疊，則可以進(jìn)行優(yōu)化簡化，通過對比預(yù)留智能化升級空間，使經(jīng)濟(jì)效益最大化，減少運(yùn)行的程序;若2 個區(qū)間不重疊，但運(yùn)行的效果不好，那么就需在智能化升級改造中全面提高設(shè)備的運(yùn)行效率，以此確保設(shè)備整體能力提高。能效驗證分析至關(guān)重要，特別是對于一些建設(shè)早、經(jīng)歷多次改擴(kuò)建的大型煤企，一定要對現(xiàn)有的情況進(jìn)行分析，通過驗證重新核算工作質(zhì)量。

從專業(yè)角度看，企業(yè)需要對既有系統(tǒng)做好信息化集成統(tǒng)籌分析，通過規(guī)劃設(shè)計，拿出最為合理的設(shè)計方案。較多的企業(yè)是停留在對既有資源整合分析上，缺乏能效匹配統(tǒng)籌驗證，所以優(yōu)化后的效果也很難達(dá)到預(yù)期增效降本效果。煤企智能化升級整體規(guī)劃，不論是哪種分析，都要對整個生產(chǎn)工藝鏈條做系統(tǒng)效能驗證，不但要對子系統(tǒng)或單機(jī)裝備做單元能效分析，還要做好整個工藝鏈條各獨(dú)立生產(chǎn)單元的能效分析，這樣才能夠在有效范圍內(nèi)無縫銜接最優(yōu)匹配關(guān)系，有效改變生產(chǎn)組織、調(diào)整設(shè)備運(yùn)行、改造淘汰更新落后產(chǎn)能，確保各生產(chǎn)單元銜接匹配度更好。在整個生產(chǎn)工藝鏈條匹配度最優(yōu)模式下，再開展針對單機(jī)裝備智能化升級、多機(jī)裝備智能協(xié)同聯(lián)動改造，才能最大程度地提高智能化應(yīng)用水平，有效保證企業(yè)的效益。

3 單機(jī)裝備的智能化建設(shè)

3.1 具備深度感知能力

煤炭生產(chǎn)工藝鏈條是一個整體結(jié)構(gòu)，是由多個獨(dú)立生產(chǎn)單元構(gòu)成的，個體的設(shè)備功能決定了整體的速度與質(zhì)量，要提高整體運(yùn)行質(zhì)量，必須要在單機(jī)設(shè)計上下功夫。針對每個獨(dú)立生產(chǎn)單元要做好設(shè)計優(yōu)化，這樣才能使諸多功能設(shè)備組合體效率提升。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計要推進(jìn)整體智能化藍(lán)圖設(shè)計，單機(jī)裝備是智能化基礎(chǔ)，只有保證了單機(jī)裝備智能化改進(jìn)，才可以全面實現(xiàn)組合聯(lián)動。單機(jī)優(yōu)化要保證深度的感知能力，以此實現(xiàn)單機(jī)智能改進(jìn)。調(diào)和感知是運(yùn)行的基礎(chǔ)。設(shè)備運(yùn)行安全最為關(guān)鍵，那么設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時的本身狀態(tài)實時自檢最為主要，通過實現(xiàn)功能檢測，保證設(shè)備良好的穩(wěn)定運(yùn)行，同時還需要做好上游關(guān)聯(lián)設(shè)備狀態(tài)、物料介質(zhì)流信息等的分析，通過預(yù)判全面建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制。

3.2 具備記憶與思維能力

單機(jī)運(yùn)行要降低故障率，才能確保工作連續(xù)性，針對設(shè)備的記憶設(shè)計，一定要全面保證設(shè)備本身數(shù)據(jù)積累、功能質(zhì)量數(shù)據(jù)積累全面達(dá)標(biāo)。設(shè)備自身運(yùn)行與狀態(tài)數(shù)據(jù)是設(shè)備管理的基礎(chǔ)，主要為設(shè)備全壽命周期進(jìn)行科學(xué)的管理提供充分依據(jù);同時，通過數(shù)據(jù)的分析還能解決故障問題，對故障進(jìn)行技術(shù)性診斷，全面做好故障的提前預(yù)判;功能質(zhì)量數(shù)據(jù)能夠為工藝調(diào)整進(jìn)行決策，這是設(shè)備運(yùn)行的核心需求，通過全面的運(yùn)行，積累相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，全面預(yù)判設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時計算出設(shè)備的情況。

3.3 具備行為決策能力

設(shè)備基本思維預(yù)判得到分析結(jié)果后，要能夠進(jìn)行充分驗證復(fù)核，這樣才能全面確定故障的情況，使問題得到全面解決。設(shè)備本身運(yùn)行狀態(tài)不好，容易出現(xiàn)偏差，則必須進(jìn)行閉環(huán)糾偏;設(shè)備本身故障的問題，需要按等級做好緊急保障;上游物料及介質(zhì)流變化不夠穩(wěn)定，則要通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù)確保質(zhì)量。所以設(shè)備在進(jìn)行參數(shù)設(shè)計完成后，遇到此類型的問題，就能夠在無人的情況下進(jìn)行解決，保證設(shè)備良好運(yùn)行。

3.4 具備自學(xué)與自適應(yīng)能力

設(shè)備運(yùn)行中對于一般功能性運(yùn)行，有固定設(shè)置，能夠全面保證正常的運(yùn)行狀態(tài)。但是，在運(yùn)行時往往容易產(chǎn)生特殊的異常，面臨復(fù)雜的運(yùn)行過程，故障在所難免。智能化運(yùn)行前，大部分設(shè)備運(yùn)行是靠人工完成的，人工完成容易出現(xiàn)故障，影響到設(shè)備的速度與運(yùn)行質(zhì)量。智能化改進(jìn)則是在無人的情況下完成各種操作指令，出現(xiàn)特殊情況就必須要求進(jìn)行正確的處理，所以只有實現(xiàn)自適應(yīng)能力，才能確保設(shè)備安全可控。類似問題再次發(fā)生必須自動識別，并能夠有效解決好，進(jìn)而全面保證設(shè)備按照程序運(yùn)行。

4 多機(jī)裝備的智能化協(xié)同

4.1 實現(xiàn)“智能決策”

要全面建設(shè)平臺系統(tǒng)，通過智能單機(jī)裝備間互聯(lián)互通，保證平臺的合理運(yùn)行?！爸悄軟Q策”能保證平臺良好運(yùn)行。

井工開采及選煤領(lǐng)域是一個重要的環(huán)節(jié)，要保證這個環(huán)節(jié)的工藝流程更加科學(xué)，才能實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)性。正常情況下的生產(chǎn)組織方式是固定不變的，但是智能化應(yīng)用后，各生產(chǎn)工藝組合最優(yōu)化，哪一個生產(chǎn)節(jié)點若出現(xiàn)物料或介質(zhì)流瞬變，由智能單機(jī)裝備進(jìn)行自行智能調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高質(zhì)量運(yùn)行。實際生產(chǎn)中，往往并不是按照設(shè)計進(jìn)行的，不排除出現(xiàn)某套獨(dú)立生產(chǎn)單元出現(xiàn)故障，這就要使用“智能決策”來進(jìn)行控制，通過系統(tǒng)平臺的分析，給出最優(yōu)、科學(xué)、有效的生產(chǎn)組織方案，最終達(dá)到完全無需人為干預(yù)或只需人為審核執(zhí)行，達(dá)到一鍵智能運(yùn)行、自主科學(xué)決策的生產(chǎn)組織模式。

4.2 提高組織靈活性

露天開采領(lǐng)域離散型生產(chǎn)工藝中，能夠大大提高生產(chǎn)組織機(jī)動靈活性，通過智能化改進(jìn)，全面提升車、鏟匹配隨機(jī)調(diào)整。在平臺建設(shè)上，要全面考慮到各種問題，不同的設(shè)備采購、投用、維修、保養(yǎng)、批次、修程不同，在性能上存在很多的差異化，不同獨(dú)立生產(chǎn)模塊單元(1 鏟及輔助+N 車及輔助)運(yùn)行工況差異大，智能化改進(jìn)，要全面針對露天開采大型礦機(jī)裝備智能化建設(shè)，全面做好分析，解決好各種難題，進(jìn)行改造前要考慮老舊設(shè)備相關(guān)改造性價比、投入產(chǎn)出比。所以露天開采領(lǐng)域要實現(xiàn)離散工藝多機(jī)裝備協(xié)同智能化，要根據(jù)企業(yè)自身需求來解決，要全面滿足實際生產(chǎn)量，通過全面的論證，解決好平臺建設(shè)問題，做好需要長期改進(jìn)的準(zhǔn)備，做好系統(tǒng)設(shè)計與整體規(guī)劃，這樣才能在進(jìn)一步做好相關(guān)投入后得到應(yīng)有的回報。

5 智能裝備與智能機(jī)器人的定向開發(fā)

智能化升級要做好藍(lán)圖構(gòu)架的分析設(shè)計，通過與生產(chǎn)的協(xié)調(diào)，圍繞生產(chǎn)工藝主鏈條作好技術(shù)性分析與方案設(shè)計，要在實踐中總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善，才能實現(xiàn)原有固定工作崗位及各級調(diào)度指揮崗位無人化、智能化建設(shè)，有效解放生產(chǎn)力，降低企業(yè)管理成本。企業(yè)在加緊建設(shè)智能礦山主構(gòu)架同時，更要在智能設(shè)備上做好改進(jìn)，通過設(shè)備的改進(jìn)優(yōu)化生產(chǎn)流程，保證配套主工藝鏈各個子模塊及輔助生產(chǎn)模塊更加智能。跟進(jìn)技術(shù)發(fā)展，逐步配置或定制開發(fā)智能采礦裝備及采礦專用機(jī)器人，使重復(fù)性高、作業(yè)量大和風(fēng)險性高的作業(yè)工序?qū)崿F(xiàn)無人操作，利用人工智能解決生產(chǎn)問題。

6 智能化建設(shè)相關(guān)建議

6.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計

當(dāng)前，我國大部分能源型企業(yè)都?xì)v經(jīng)了1 次自動化、數(shù)字化升級改造，但是我國能源企業(yè)多數(shù)還較為傳統(tǒng)，各個崗位用人量相對較大，要想全面提高智能化建設(shè)水平，則需要一個過程，通過智能化、無人化或少人化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，全面推動企業(yè)進(jìn)行一次真正的新工業(yè)技術(shù)革命。為了更加有效保證智能化建設(shè)的實現(xiàn)，企業(yè)就要根據(jù)自身的發(fā)展水平，從日常的、基礎(chǔ)性的工作著手，立足長遠(yuǎn)、統(tǒng)籌謀劃，關(guān)注前沿技術(shù)，抓好細(xì)節(jié)、打牢基礎(chǔ)。

一是投入與產(chǎn)出同步。要有整體性的戰(zhàn)略規(guī)劃，從強(qiáng)化目標(biāo)入手，做好整體規(guī)劃引領(lǐng)，優(yōu)化智慧礦山建設(shè)投資結(jié)構(gòu)比例，全面轉(zhuǎn)變建設(shè)理念、系統(tǒng)架構(gòu)、綜合管理、智能技術(shù)與裝備研發(fā)各項工作，以自身的條件，先建立示范煤礦，凝練出可復(fù)制的智能化技術(shù)改進(jìn)方式，總結(jié)好智能裝備、生產(chǎn)模式、管理方法等經(jīng)驗，然后再不斷進(jìn)行推廣。二是堅持宏觀與微觀并重。不斷強(qiáng)化科技含量，推動技術(shù)改進(jìn)，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)效率變革。煤炭企業(yè)要全面把握好市場導(dǎo)向，著力補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項，制定煤礦智能化發(fā)展行動方向、實施路徑和政策措施，有效促進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，提高煤礦智能化水平。三是供給和需求并舉。引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、AI 技術(shù)、5G 技術(shù)等，全面發(fā)揮現(xiàn)代技術(shù)優(yōu)勢，在煤炭工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，不斷創(chuàng)新發(fā)展智能煤礦。

6.2 建立智能煤礦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

通過煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，進(jìn)一步引領(lǐng)發(fā)展方向。一方面國家要加快開展煤礦專項智能化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，從技術(shù)綱要、技術(shù)規(guī)范、管理規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用架構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施、信息安全等方面，全面實現(xiàn)流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。加強(qiáng)技術(shù)解讀，為智能化發(fā)展?fàn)I造良好氛圍。另一方面對“卡脖子”技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究。推動云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)等技術(shù)應(yīng)用，并與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，實施重大專項、重點項目研發(fā)，支持科技成果在實踐中的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

6.3 著力培養(yǎng)礦山高素質(zhì)人才

人才是創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力，要想全面建立智慧礦山，就需要構(gòu)建人才團(tuán)隊，支持和鼓勵煤炭類高等院校加快煤礦智能化相關(guān)專業(yè)學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)具備礦業(yè)工程、信息工程、人工智能等復(fù)合型人才。實現(xiàn)企校合作，通過培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)企業(yè)需要的人才，優(yōu)化煤礦管理型、知識型、技能型體系建設(shè)，為煤礦智能化發(fā)展提供智力支撐。

7 結(jié)束語

大型礦山企業(yè)智能化建設(shè)是未來發(fā)展的趨勢，是提高生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)，只有全面做好整體性智能礦山建設(shè)規(guī)劃，才能找到可實現(xiàn)的路徑。礦山企業(yè)智能化升級是一個漫長過程，需要結(jié)合自身的優(yōu)勢，不斷探索研究，最終實現(xiàn)智能設(shè)備、智能決策的無人或少人化生產(chǎn)目標(biāo)。