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“智慧矿山”——煤炭行业信息化发展新模式

时间:2011/11/29 16:05:24

    (陕西南梁矿业有限公司, 张 军  陕西 府谷 719400)

    摘要:根据国家对煤炭行业对信息化的政策要求和行业发展实际需求,南梁矿业在分析了煤炭行业信息化建设现状,总结自身信息化建设过程中的实践经验的基础上,就如何利用新技术、新产品推动煤炭行业两化深度融合,从而实现企业结构调整、资源优化配置,提升企业核心竞争力和经济效益,做了深入的研究和探讨,提出煤炭企业信息化建设的新模式——智慧矿山,将信息科学的先进技术与产品与煤矿安全生产相结合,实现煤炭行业技术持续创新,为企业高效运作注入活力。
关键词:煤炭;智慧矿山;信息化

      引言
    “十二五”时期是我国煤炭工业提高科学化发展水平,加大结构调整力度,转变发展方式的关键时期。面对机遇与挑战,研究如何运用先进适用的信息化技术,推动和促进煤炭工业的安全、清洁、高效、多元发展,从而实现煤炭工业的两化融合,走出具有中国特色的煤炭企业信息化建设道路,是我国煤炭企业重要任务之一。
    本文分析了我国煤炭行业信息化发展历史和现状,阐述了综合自动化、数字矿山和感知矿山三种煤炭行业信息化建设模式;根据国家对煤炭行业各种方针政策要求和行业发展实际需要,通过总结陕西南梁矿业有限公司信息化建设工作实践经验,分析信息技术快速发展情况下,新技术、新产品对煤炭行业信息化建设的影响,尝试探索煤炭行业信息化建设新模式,研究“十二五”煤炭行业信息化的发展趋势。
    1. 我国煤炭行业信息化发展历史和现状
    随着科学技术的发展,我国煤炭行业信息化建设历经了综合自动化、数字矿山和感知矿山三种建设模式。本章介绍三种信息化建设模式的内容;分析各自的架构、主要内容和关键技术;对比了三者间异同。
    1.1 综合自动化
    煤矿综合自动化系统,旨在利用先进的网络技术将以前独立控制的各生产、管理系统连接起来,结合自动化、网络、通信、数据库等新理论和新技术,将生产自动化、管理信息化的各项应用系统统一在一个网络平台上,以保证对全矿井安全状况和生产过程进行实时监测、监视、控制和调度管理。其实质是依赖对矿井地理、生产、安全、设备、管理、和市场等方面的信息进行采集、传输、处理、应用和提升,达到信息增值的目的。其主要内容包括信息的采集(传感器与检测)、信息传输(通信)、信息处理(计算机)、信息的应用与集成(自动化) 等等。支撑实现的核心技术为集成化的数据管理、集成化的通讯、集成化的编程组态和底层设备的自动化、网络化。
    综合自动化的目的是实现矿山主要系统与机电设备的集中控制,集成各种矿山生产实时数据与管理信息。必须站在煤矿企业的高度去整体规划和设计,根据“管控一体化”的思想,采用三层网络结构,利用世界先进的自动化产品、网络产品和工业控制软件、数据库软件,使矿井在"采、掘、运、风、水、电、安全"等生产环节全面实现自动化控制,并将煤炭生产、管理的各个环节,统一在一个网络平台上,形成统一、完整的有机整体。
    1.2 数字矿山
    数字矿山是对真实矿山整体及相关现象的统一认识与数字化再现,即将矿山生产、安全、矿山地理、地质、矿山建设等综合信息全面数字化,其目的是为了利用信息技术及现代控制理论与自动化技术去动态详尽地描述与控制矿山安全生产与运营的全过程。以高效、安全、绿色开采为目标,保证矿山经济的可持续增长,保证矿山自然环境的生态稳定[1]。
    数字矿山主要特征:
    1) 数字化基础:已把矿山的所有内容处理成现代计算机可以接受、储存、拷贝、加工和网络传输的数字信息,并保证信息的完整性。
     2)精准适时采集:能准确地采集到任何地点、任何时间所需要的安全、生产和管理等信息,并保证信息的及时性。
     3)网络化传输:所有信息包括实时数据、多媒体数据和管理数据可以通过局域网和广域网进行准时、可靠、安全的传输,必要的数据要保证时钟同步。
     4)规范化集成:通过标准的数据格式、开放的通信协议和统一的管理规范所定义的数据仓库实现各种应用中信息的互连互通,确保数据的唯一入口和一致性。
     5)可视化展现:对于数据仓库中的所有信息和模型均可用四维地理信息系统技术、虚拟现实技术、模拟仿真技术、多媒体技术和可视化分析技术进行表达和展现,实现透明管理。
     6)自动化操作:对于主要生产执行环节、监听监视环节、时限性强、准确度高的环节以及环境恶劣、易疲劳环节实现操作自动化或无人化。
     7)智能化服务:在一些诸如危险辨识、灾害预警、事故报警、方案设计、计划编制、过程控制、经济分析、调度优化等方面提供智能化工具和综合决策支持,最大限度地降低脑力劳动强度,避免人为决策失误。
     1.3 感知矿山
     作为物联网应用的一个重要领域,“感知矿山”是通过各种感知手段,实现对真实矿山整体及相关现象的可视化、数字化及智慧化。即将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生产、安全管理、产品加工与运销、矿山生态等综合信息全面数字化,将感知技术、传输技术、智能技术、信息技术、现代控制技术、现代信息管理等与现代采矿及矿物加工技术紧密相结合,构成矿山人与人、人与物、物与物相联的网络,动态详尽地描述并控制矿山安全生产与运营的全过程 [2]。
     在煤矿综合自动化建设的基础上,感知矿山建设的核心问题是三个感知,即:感知矿山灾害风险,实现各种灾害事故的预警预报;感知矿工周围安全环境,实现主动式安全保障;感知矿山设备工作健康状况,实现预知维修。三个感知的目标是减灾保安全。
     1.4 感知矿山、数字矿山与矿山综合自动化的关系[2]
感知矿山概念是数字矿山、矿山综合自动化等概念的升华。感知矿山物联网是在综合了这些概念的基础上,更加具体、全面、动态、详尽地描述真实矿山。
     比如说,在论述数字矿山时,要花很大的精力去解释,数字矿山与地理信息系统的异同,数字矿山要将矿山生产过程、矿山安全信息集成在内的。而在实施矿山综合自动化时,又要花许多时间去解释,综合自动化要有统一的网络平台和数据平台,地理信息系统也是综合自动化中的一个重要平台,还要解释网络化控制是一种分布式控制等。
     而在物联网矿山的概念下,这些都不需要去作任何解释了。这是由于物联网本身就是基于统一网络的应用;物联网本身就是要在GIS和GPS下实现定位的应用;物联网本身就是控制与网络一体化的应用;物联网本身就是分布式应用;物联网本身就是要对各种目标(包括移动目标)进行感知等等。此外,物联网还明确提出了物与物相联的概念,而在以前的数字矿山等诸多概念中,基本是人与人、人与物相联的概念为主。因此,以前在综合自动化矿山建设中对移动物体的监控相对较弱。而移动生产过程的监控正是矿山流动作业的特点,要实现矿山物与物相联,需要更大范围的无线自组网的能力,需要基于网络的分布式感知能力。
     2.煤炭工业信息化“十二五”发展规划的要求
煤炭工业信息化“十二五”发展规划(征求意见稿)中指出,煤炭工业信息化“十二五”总体目标为建立行业信息化工作体系,明确行业信息化发展思路;加强行业信息化基础建设,优化网络基础设施,扩大业务信息系统覆盖面;推动煤炭企业健全信息化组织,完善和改进管理制度和流程;千万吨以上煤炭企业具备信息化自主创新能力,形成一批具有示范作用的数字矿山,培养一批信息化水平达到国内先进行列的煤炭企业;信息技术在煤炭重点领域的应用有所突破。
    3.智慧矿山-煤炭行业信息化发展新模式
    3.1 陕西南梁矿业有限公司信息化实践
煤炭行业信息化发展存在发展水平不平衡,管理体制不健全、信息化项目整体水平偏低、数字矿山理论和实践推进缓慢等问题。南梁矿业作为中国煤炭进出口公司标准化示范煤矿,信息化、数字化建设一直走在行业发展的前列,为煤炭行业信息化、工业化深度融合发展进行了一系列有益的探索和卓有成效的实践。
南梁煤矿信息化建设实践证明,坚持以煤炭企业为主体的自主创新,有力保障了企业信息化建设进程,促进“两化”深入融合,走出南梁矿业具有中国特色的煤炭行业信息化建设之路。
     1) 技术创新
     南梁矿业在信息化系统建设中,大胆引入新技术、新产品,与国内高新技术企业和科研院所合作,主持研究开发“数字化矿山”项目;拥有独立自主的知识产权,为以企业为主体的煤炭行业自主创新探索新的方式。
     为了实现“零伤亡”的目标,南梁矿业提出了“无人则安”的理念,大力建设数字化矿井,通过数字化矿井的建设,逐步实现监测高密度、数据高可靠、处理自动化、人为最低化。南梁矿业数字化项目的建设将取得国内首创的煤矿专用“N网合一”综合系统和国内首创的单兵数字化矿工等,并拥有全部独立自主知识产权的煤矿专用安全移动监控平台、具有定位广播(包括点对点喊话)功能的WiFi基站、基于WiFi脱网通信的应急救援通信系统等产品。数字化矿井构建基于RFID技术的物联网,通过智能终端,实现安全生产数据监测、视频监控、通讯、人员定位、车辆定位管理、任务调度、就餐消费及门禁等一卡通。通过手机等移动终端设备,及时处理各类安全生产信息,实现移动办公。通过对矿区的人(人员定位、无线通信)、设备(综合自动化)、环境(安全监控、矿压监控等)全面感知,最终实现无盲区调度管控。项目完成时,可取得以下成果:
①国内首创的煤矿专用“N网合一”综合系统,将煤矿现有多个、复杂的信息化、自动化系统统一在一个平台;
     ②国内首创的数字矿工;
     ③国内首创的煤矿专用安全移动监控平台;
     ④国内首创的具有定位、广播功能的WiFi基站;
     ⑤国内领先的矿山三维GIS系统;
     ⑥国内领先的基于WiFi脱网通信的应急救援通信系统;
     ⑦行业先进的多协议网关。
     2)管理创新
     南梁矿业在两化深入融合的信息化建设中,引入“精益化”管理模式和“全面化”质量管理体系,为煤炭行业企业管理思想、管理模式和管理方法做了有益的尝试。
     3.2 智慧矿山
     两化深度融合是“十二五”国家对工业行业信息化发展的战略方针和基本要求,也是煤炭行业改革发展的基本要求。根据国家对煤炭行业各种方针政策要求和行业发展实际需求,南梁矿业在分析了煤炭行业信息化建设现状,总结自身信息化建设过程中的实践经验的基础上,就如何利用新技术、新产品推动煤炭行业两化深度融合,从而实现企业结构调整、资源优化配置,提升企业核心竞争力和经济效益,做了深入的研究和探讨,提出煤炭企业信息化建设的新模式——智慧矿山。
     1)概念
    “智慧矿山”指使用先进信息技术改善煤炭企业运作和生产技术,并以此来构建新的煤矿矿山运行模型的一个愿景。智慧的矿山的核心是以一种“更智慧”的方法来改进公司、人们相互交互的方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。“智慧矿山”的主要内容是把新一代信息技术充分运用在煤炭企业的管理和生产活动中,充分发掘和利用企业信息资源。实现安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、管理驾驶舱功能,实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。
     2)特征
     新一代信息技术的发展为“智慧矿山”的实现创造了可能,它能够更透彻的感知和度量,更全面的互联互通,更深入的智能化。通过它,我们可以实现智慧矿山的远景目标——转变个人、企业、组织交互的方式,使其更加智慧(也就是更加清晰、效率更高、响应更灵活更及时),这将为煤炭企业日后的发展带来新的机会。
    智慧的矿山具有如下的特征:更透彻的感知,更广泛的互联互通,更深入的智能化。
    ①更透彻的感知
    这里的“更透彻的感知”是超越传统传感器、RFID的更为广泛的一个概念。具体来说,它是指利用任何可以随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程。通过使用这些新设备,从井下工人的脉搏跳动到生产设备的状况或公司财务数据等任何信息都可以被快速获取并进行分析,便于立即采取应对措施和进行长期规划。
    ②更全面的互联互通
互联互通是指通过各种形式的高速的高带宽的通信网络工具,将个人电子设备、各个系统、企业和组织信息系统中收集和储存的分散的信息及数据连接起来,进行交互和多方共享。从而更好地对环境和业务状况进行实时监控,从全局的角度分析形势并实时解决问题,使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成,从而彻底地改变了整个煤矿的运作方式。
     ③更深入的智能化
智能化是指深入分析收集到的数据,以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术(如数据挖掘和分析工具、科学模型和功能强大的运算系统、管理驾驶舱)来处理复杂的数据分析、汇总和计算,以便整合和分析海量数据和信息,并将特定的知识应用到特定业务,特定的场景,特定的解决方案中,以更好地支持决策和行动。
     3)核心内涵
     南梁矿业围绕四个核心——新锐洞察、智能运作、动态架构和绿色节能,构建“智慧的矿山”,同时也构成了智慧的企业必备的四大竞争力,构建一个智慧的动态业务机制,以期帮助煤炭企业降低成本和风险,简化并整合企业各业务系统,使企业运营更加高效,更加快速响应市场。
     ①新锐洞察
     企业需要获得崭新的智能和洞察,利用众多来源提供的丰富实时信息,做出更明智的决策。通过获得透彻的洞察力,企业可以获得更明晰的信息以支持决策。
     ②智慧运作
企业需要开发和设计新的业务和流程需求,实现灵活和动态流程支持下的运作,通过智慧的运作,企业可以灵活适应瞬息万变的市场。
    ③动态架构
企业需要建立一种可以降低成本、具有智能化和安全特性、并能够与当前的业务环境同样灵活、动态的基础设施。通过智能的基础架构,企业可以更为快速地响应业务环境的变化。
    ④绿色未来
企业利用自动化和信息化技术,对企业生产经营各环节实施动态监控和管理,改进和优化资源平衡,从而实现系统性节能降耗。
    4. 结论
    南梁矿业在“两化”深入融合的建设工作中,始终坚持以煤炭企业为主体的自主创新,拥有全部的知识产权,掌握信息化建设的主动权;以管理创新为基础,不断探索现代企业管理制度,引入先进的管理理念和方法;以技术创新为手段,将信息科学的先进技术与产品与煤矿安全生产相结合,实现煤炭行业技术持续创新,为企业高效运作注入活力。
    南梁矿业在总结自身信息化建设与发展实践经验的基础上,坚持理论与实践相结合,从实践中总结经验,与国家、行业政策、法规和要求相结合,以科学的思想做指导,探索煤炭行业信息化发展规律;以南梁矿业信息化建设实践为验证,检验理论的正确性,并不断完善和发展南梁“智慧矿山”模式,为煤炭行业信息化体系理论建设做有益的探索。
    参考文献
    [1] 卢新明、尹红,数字矿山的定义、内涵与发展[J]. 煤炭科学技术,2010年1月,第1期(第38卷):48-52.
    [2] 张申、丁恩杰、徐钊等,论感知矿山与数字矿山、矿山综合自动化[J].

    (作者简介:张军,男,陕西**人,陕西南梁矿业公司信息管理部经理,高级信息管理师与电子技术工程师,北京航空航天大学 “产业信息化”方向工程硕士。)

作者:不详 来源:网络
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