新疆尼勒克縣松湖鐵礦智能化建設(shè)規(guī)劃與展望

張洪偉，尚 麗，王齊亮

(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第七地質(zhì)大隊，新疆 烏蘇 833300)

隨著“制造中國2025”[1]和“互聯(lián)網(wǎng)+”的不斷推進，許多企業(yè)都在將產(chǎn)業(yè)的工業(yè)制造與智能化及自動化協(xié)調(diào)運行，促進企業(yè)的快速發(fā)展。國家積極發(fā)展鐵礦智能化建設(shè)，明確了我國智慧鐵礦發(fā)展的技術(shù)內(nèi)容，建成各類鐵礦基本實現(xiàn)智能化；建成多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的智慧鐵礦系統(tǒng)；最終建立感應(yīng)智能化、計劃智能化以及自動化的鐵礦智能化系統(tǒng)。

筆者通過全面梳理松湖鐵礦所面臨的實際問題，分析了松湖鐵礦目前來說智能化維護程度良莠不齊,功效變化效率很低,科技革新認(rèn)識不強。系統(tǒng)地提出了智慧鐵礦建設(shè)的總體目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容，闡述了松湖鐵礦智能化建設(shè)未來的發(fā)展模式，為松湖鐵礦后續(xù)智慧鐵礦建設(shè)提供了參考。

1 松湖鐵礦智能化現(xiàn)狀分析

新疆天華礦業(yè)有限公司成立于2006年10月，是一家集鐵礦石開采、礦業(yè)投資、礦業(yè)技術(shù)咨詢服務(wù)、礦產(chǎn)品加工、銷售為一體的中型國有控股企業(yè)。新疆天華礦業(yè)有限公司致力于綜合利用人員和鐵礦資源，保證礦山環(huán)境的保護和企業(yè)生產(chǎn)的安全。目前來看，企業(yè)通過建設(shè)三維礦山的模型，用時時可監(jiān)測的數(shù)據(jù)和監(jiān)測環(huán)境建立了三維實景模型，這樣更有利于企業(yè)的決策層做出計劃。利用智能生產(chǎn)減少工作人員，加快松湖鐵礦智能化建設(shè)。

在此背景下，松湖鐵礦緊跟時代進步潮水，踴躍呼應(yīng)國家智能制造指導(dǎo)精神，以三維建模平臺建立智能數(shù)據(jù)庫，包括地形地質(zhì)實景建模、鉆孔數(shù)據(jù)庫建模、地質(zhì)剖面建模、礦體及品位建模、地下井巷工程建模及地球物理數(shù)據(jù)庫建模。實現(xiàn)礦井設(shè)計、地質(zhì)勘查、采礦、運輸、安全保障和生產(chǎn)管理，一切發(fā)展智慧鐵礦建筑任務(wù)，為松湖鐵礦的智能化建筑打下了根底。

2 松湖鐵礦智能化總體建設(shè)規(guī)劃

2.1 存在問題

2.1.1 應(yīng)用數(shù)據(jù)利用率低。松湖鐵礦各傳感器及硬件設(shè)備監(jiān)測的大量數(shù)據(jù)沒有得到深入應(yīng)用，只是簡單的數(shù)據(jù)展示，利用率極低。

2.1.2 各環(huán)節(jié)缺乏互通。松湖鐵礦的各個層面單獨工作，沒有做到合理化的聯(lián)結(jié)，這導(dǎo)致無法共享和交換信息、復(fù)雜的系統(tǒng)操作和嚴(yán)重的應(yīng)用程序孤島。

2.1.3 分析決策不合理。松湖鐵礦的整個分析決策層主要依靠專業(yè)人員的經(jīng)驗，缺少相應(yīng)的專業(yè)化依據(jù)，各部門難以做出宏觀的決策分析和指標(biāo)規(guī)劃。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

2.2.1 應(yīng)用的深度互通管理。鑒于物聯(lián)網(wǎng)平臺，建立科學(xué)合理的技能架構(gòu)，處理傳感感知齊整、產(chǎn)業(yè)自動化齊整及安穩(wěn)，各個部門協(xié)調(diào)進步，構(gòu)建一體化數(shù)字孿生應(yīng)用平臺，實現(xiàn)全方位精準(zhǔn)可視、智能調(diào)度、控制、預(yù)測預(yù)警、分析及多級多域高效管理。

2.2.2 數(shù)據(jù)的可視化管理。依托三維建模平臺，構(gòu)建覆蓋設(shè)計、安全、運營，多環(huán)節(jié)、多系統(tǒng)的三維空間可視圖，融合鐵礦各類工程數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)指標(biāo)，實現(xiàn)“人-機-環(huán)”的可視化平臺。議定學(xué)問圖譜明白數(shù)據(jù)間的干系相關(guān)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)反面的深層含義，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可視化圖表，幫助鐵礦企業(yè)更加容易地發(fā)現(xiàn)和理解其中的模式和規(guī)律。

3 分析決策的優(yōu)化管理

通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)充分檢索整個鐵礦行業(yè)的智能決策，建立大數(shù)據(jù)鐵礦知識庫、數(shù)據(jù)分析模型庫和分析決策處理庫，利用大數(shù)據(jù)為松湖鐵礦提供更加全面和準(zhǔn)確的智能化決策。

松湖鐵礦智慧鐵礦建設(shè)仍處于起步階段，更多技術(shù)的引進只能使各個子系統(tǒng)的獨立運行，缺乏整體技術(shù)構(gòu)架的設(shè)計和體系結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致實際應(yīng)用效率低下，子系統(tǒng)傳輸協(xié)作割裂，信息無法共享等問題。

通過上述分析可見，筆者借鑒物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)典體系架構(gòu)角度提出了一種基于自主感知控制層，數(shù)據(jù)傳輸共享層，分析決策系統(tǒng)層及生產(chǎn)經(jīng)營管理層的智慧鐵礦建設(shè)系統(tǒng)架構(gòu)，其特點在于各層之間分工明確，統(tǒng)一通信協(xié)議，各個系統(tǒng)間能夠互通，如圖1所示。

圖1 智慧鐵礦的體系結(jié)構(gòu)

4 松湖鐵礦智能化建設(shè)內(nèi)容

4.1 智能傳感與控制技術(shù)

智慧鐵礦基于自主感知控制層對鐵礦整體環(huán)境的監(jiān)測、感知和控制，包括控制器、傳感器、視頻監(jiān)控、基站和其他設(shè)備。

智慧鐵礦的自主感知控制層的傳感器和控制器主要應(yīng)對整個松湖鐵礦進行全方位的實時監(jiān)控和預(yù)控，利用多種傳感器對松湖鐵礦中人員、設(shè)備與環(huán)境的各種力的作用、位置信息等進行獲取，如圖2所示。利用數(shù)據(jù)傳輸共享層，對整個松湖鐵礦的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一采集和統(tǒng)一傳輸，在分析決策系統(tǒng)層，實現(xiàn)對傳輸數(shù)據(jù)的深度集合和快速鏈接，在物聯(lián)網(wǎng)操作平臺實時顯示出整個松湖鐵礦的整體情況。當(dāng)面對突發(fā)情況時，實現(xiàn)不同層次通過建立智能的區(qū)域災(zāi)害評估模型，發(fā)揮各模塊之間的協(xié)調(diào)控制，推動控制向前發(fā)展[2]。

圖2 感應(yīng)傳感器及監(jiān)測數(shù)據(jù)

4.2 物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺

面對現(xiàn)代鐵礦智能化的建設(shè)和發(fā)展，系統(tǒng)可視化和綜合管理平臺的需求越來越突出。物聯(lián)網(wǎng)作為現(xiàn)代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，適應(yīng)松湖鐵礦智能化發(fā)展和鐵礦石改革的要求，因此本研究提出建立物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺。其中，包括施工數(shù)據(jù)檢測中心、空間數(shù)據(jù)云中心和運營管理中心。

物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺主要實現(xiàn)以下功能：①通過物聯(lián)網(wǎng)管控鐵礦設(shè)備，共享設(shè)備，規(guī)劃建設(shè)方案。②鐵礦數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲進行大數(shù)據(jù)分析[3]。③通過統(tǒng)一門戶和服務(wù)中心進行協(xié)作調(diào)度。④通過應(yīng)用模板規(guī)范統(tǒng)一系統(tǒng)實現(xiàn)，進行統(tǒng)一鐵礦監(jiān)控和運營。

通過建立實時顯示、公開透明的松湖鐵礦整個工作環(huán)境和工作狀況的全系統(tǒng)場景平臺是物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺的基礎(chǔ)。其中主要是鐵礦人員的位置信息和設(shè)備環(huán)境的監(jiān)測，實時保證各系統(tǒng)間的位置確定和精準(zhǔn)控制。面向松湖鐵礦智能化的建設(shè)與發(fā)展，加快建設(shè)開發(fā)、安全、有效的智慧鐵礦綜合管理平臺是重中之重。具體來說開工數(shù)據(jù)監(jiān)測中心是指松湖鐵礦職員和配置的位置訊息監(jiān)測。用來對整個松湖鐵礦的工作數(shù)據(jù)和實時施工過程進行記錄；空間數(shù)據(jù)云中心是對整個鐵礦空間位置的實時記憶與傳輸；運營管理中心是對松湖鐵礦的日常工作管理的數(shù)據(jù)記錄。深化鐵礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新[4]、使用翻新和處分翻新，對鐵礦的工況進行分析、跨層級的生意伙伴和音訊資源進行共享。

圖3 多專業(yè)協(xié)同處理技術(shù)示意

松湖鐵礦的物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺依托三維建模平臺，三維建模礦業(yè)工程軟件改變了傳統(tǒng)的以專業(yè)為界限的孤島數(shù)據(jù)管理方式，通過三維圖形數(shù)據(jù)庫協(xié)同互動技術(shù)，打通了地質(zhì)、采礦、測量、環(huán)境等多個專業(yè)的數(shù)據(jù)壁壘，為松湖礦山消費企業(yè)供應(yīng)了更加嶄新、全新及全面的三維可視化生產(chǎn)管理方案和設(shè)想方式。解決了松湖鐵礦的三維實景建模和數(shù)據(jù)庫的建立，主要是對采礦中的設(shè)計、挖掘工程的計劃、炮孔排距的設(shè)計及GPS測量。整個系統(tǒng)滿足了松湖鐵礦行業(yè)設(shè)想、生產(chǎn)、科研工作的需求[5]。同時，該平臺實行的是安全監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警判辨和各類危險的信息追蹤處理[6]，對松湖鐵礦中的企業(yè)危險源和隱患等數(shù)據(jù)的定位紀(jì)錄和約束，可能在發(fā)現(xiàn)救濟和危險事件時為決策者供應(yīng)出整個的救急決策數(shù)據(jù)扶助，最大水平消沉產(chǎn)生問題的概率和減削問題所釀成的虧損。

4.3 大數(shù)據(jù)分析決策技術(shù)

松湖鐵礦大數(shù)據(jù)的主要源自內(nèi)部和外部兩個地方，如圖4所示。對于松湖鐵礦內(nèi)部的數(shù)據(jù)，重要是經(jīng)過礦井配置及傳感器供給的安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)、配置的運轉(zhuǎn)與維持?jǐn)?shù)據(jù)、配置的監(jiān)控數(shù)據(jù)以及管理部門的決議數(shù)據(jù)。對于外部數(shù)據(jù)，主要是讓松湖鐵礦與整個礦業(yè)市場結(jié)合，深度分析當(dāng)前鐵礦市場信息、供應(yīng)商信息以及政府公開信息，以便于分析決策部門和管理人員做出相應(yīng)的、符合市場的決策安排。

圖4 智慧鐵礦大數(shù)據(jù)來源

目前，松湖鐵礦建設(shè)過程中，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散，精度不高，數(shù)據(jù)誤差較大且應(yīng)用率低，因為市面上各種軟件和硬件系統(tǒng)之間沒有辦法兼容與匹配，所以這樣就會誕生信息孤島，導(dǎo)致系統(tǒng)無法有效指導(dǎo)精準(zhǔn)操作。

基于大數(shù)據(jù)分析和決策技術(shù)的松湖鐵礦智能化建設(shè)將數(shù)據(jù)按類型和來源分類，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。其中，智能決策系統(tǒng)是對松湖鐵礦的故障診斷、應(yīng)急管理、成本分析、動態(tài)決策等進行處理決策。智能應(yīng)用系統(tǒng)是對松湖鐵礦生產(chǎn)調(diào)度、安全管控、安全監(jiān)控、機電管理等進行處理和管測[7]。松湖鐵礦智能化建設(shè)應(yīng)充分利用數(shù)據(jù)傳輸和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。在數(shù)字化和自動化的基礎(chǔ)上，利用大數(shù)據(jù)分析完成智能鐵礦石的獨立決策。

5 結(jié)束語

本研究找出了松湖鐵礦智能化建設(shè)中存在的問題，針對問題，提出了松湖鐵礦智能化建設(shè)規(guī)劃，給出了明確的建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容，得出了以下結(jié)論：①松湖鐵礦存在應(yīng)用數(shù)據(jù)利用率低、各環(huán)節(jié)缺乏互通、分析決策不合理3個問題。②松湖鐵礦智能化建設(shè)總體框架應(yīng)分為自主感知控制層、數(shù)據(jù)傳輸共享層、分析決策系統(tǒng)層、生產(chǎn)經(jīng)營管理層。③松湖鐵礦智能化建設(shè)的內(nèi)容包括智能傳感與控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺、大數(shù)據(jù)分析決策技術(shù)3個方面。④未來智慧鐵礦逐步邁向自主感知、自主決策、自主執(zhí)行的少人無人化階段。松湖鐵礦未來智能化建設(shè)仍需要將信息化與工作化相結(jié)合，為其他智慧鐵礦建設(shè)提供參考。