雷肖飛 王志榮 康行

摘 要 文章分析陜煤力推的“四化”建設(shè)內(nèi)容，以“機械化減人，自動化換人”為思路，結(jié)合建莊實際，提出了建莊“四化”建設(shè)需要遵循的智慧建莊1234構(gòu)架體系，探析了實施智慧建莊新途徑的三個步驟：實時互聯(lián)、全面感知，自主學(xué)習(xí)、分析決策，動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，為建莊“四化”建設(shè)開辟新途徑。

關(guān)鍵詞 人機平衡;痕跡化;流程化;全面感知;分析決策;協(xié)同控制

引言

2019年建莊礦業(yè)積極響應(yīng)陜煤集團“四化”建設(shè)，以 “機械化減人，自動化換人”的建設(shè)思路，應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新裝備，對十大生產(chǎn)輔助系統(tǒng)進行自動化建設(shè)，引進、開發(fā)多套信息化系統(tǒng);進入2020年，國家八部委印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》也為智能礦山指明了方向，建莊礦業(yè)“四化”也進入了智能化建設(shè)的框架構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的設(shè)計階段，也在不斷探索研究中逐步成型，發(fā)揮作用。

1陜煤提出的“四化”建設(shè)是什么？

機械化、自動化、信息化、智能化。

2建設(shè)“四化”的意義

通過采用機械化的設(shè)備把職工從勞動密集型的體力勞動中解放出來，減少危險場所作業(yè)人員，減輕職工勞動強度;建立自動化系統(tǒng)使生產(chǎn)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，利用系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性自動完成流程操作，從而取消崗位操作，把人們從簡單枯燥的崗位上換下來，達到減人提效目的;通過信息化建設(shè)改變?nèi)藗児ぷ鞣绞?，提高辦公效率;通過構(gòu)建智能化管理平臺，從根本上改變企業(yè)的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營管理模式，把礦井變成本質(zhì)安全性礦井，使礦井經(jīng)營管理效益最大化[1]。

3機械化換人、自動化減人轉(zhuǎn)崗

3.1 機械化

機械化是指用機械來代替人工勞動完成生產(chǎn)作業(yè)。機械代入從煤礦發(fā)展的歷程看：

五六十年代一個30萬噸的煤礦職工在五六千人。

八九十年代一個100萬噸以下的煤礦職工在三四千人。

現(xiàn)在，一個500萬噸的煤礦職工只有一兩千人。

從圖1可看出，機械化就是用機械力代替人力，把人由密集型的重體力勞動者變?yōu)闄C器設(shè)備的崗位作業(yè)者，減少人員使用，降低了人身事故的發(fā)生。隨著各類先進的電氣技術(shù)如：柔性啟動、變頻器、PLC及CST、福伊特及高電壓、大功率的電氣設(shè)備在井下的應(yīng)用成為現(xiàn)實，這些設(shè)備的應(yīng)用改變了煤礦生產(chǎn)工藝。

建莊礦業(yè)建成了兩個工作面的遠距離供液供電系統(tǒng)，運輸皮帶電機改用永磁電機、井下工程用上防爆挖掘機、防爆裝載機[2]。

在實際生產(chǎn)中我們會發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象：機械設(shè)備在不斷地升級換代，人員減少卻并不明顯，這是因為機械化發(fā)展到一定程度，煤礦生產(chǎn)工藝相對固化，崗位相對固定，就會出現(xiàn)一個人機平衡的瓶頸，要打破這種瓶頸，就要實現(xiàn)煤礦自動化。

3.2 自動化（Automation）

自動化是指機器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過程。

（1）機械化發(fā)展到一定程度，就會出現(xiàn)人機平衡的發(fā)展瓶頸，只有通過實現(xiàn)煤礦自動化才能打破這種人機平衡局面，把職工從簡單枯燥的崗位上解放出來，把不動的崗位工變?yōu)閯討B(tài)的巡查巡檢工，保證了設(shè)備的正常運行，實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)安全、健康、良性的作業(yè)循環(huán)。

（2）煤礦實現(xiàn)自動化必須具備的條件：

1）機械化發(fā)展到一定程度，生產(chǎn)工藝相對固化。電氣設(shè)備遠程操作控制功能顯得尤為重要，變頻器起的作用不可小覷，如圖2、圖3。

2）電氣、機械設(shè)備的各項參數(shù)齊全準(zhǔn)確，如：電壓、電流、功率等;各項保護穩(wěn)定可靠如：欠壓、過流、漏電、震動、溫度等。

3）系統(tǒng)沿線保護必須齊全可靠如：過溫、跑偏、堆煤、撕裂、斷帶、風(fēng)電保護、瓦斯電保護等，視頻監(jiān)控作為一種輔助保護手段，重要位置必須加裝，視頻圖像清晰。

4）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境穩(wěn)定可靠，采用三層架構(gòu)，主干采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，各點必須配備電源確保網(wǎng)絡(luò)正常運行。

5）根據(jù)不同的系統(tǒng)需求，選用適合的正版組態(tài)軟件（人機交互界面），因破解版和試用版很多功能是受限制。把參數(shù)點表導(dǎo)入軟件，按照系統(tǒng)啟動流程進行配置，并與給各類保護進行關(guān)聯(lián)，這樣系統(tǒng)就可以實現(xiàn)一鍵啟動或條件化啟動了。一般常用的組態(tài)軟件有組態(tài)王、MCGS 、InTouch、WinCC、NI Lookout。3.2.2.6、綜合自動化首先是要做好單點、單系統(tǒng)的自動化穩(wěn)定運行（近控）。

其次才是一條沿線、一個面的自動化系統(tǒng)的建設(shè)。（遠控）如圖4、圖5。

3.3 建莊礦業(yè)公司自動化現(xiàn)狀

（1）網(wǎng)絡(luò)

2019年對中心機房進行改造，已建成了覆蓋井上、井下三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的工業(yè)環(huán)網(wǎng)（核心、匯聚萬兆主干環(huán)網(wǎng)，千兆接入）;企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙機熱備的萬兆網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);瓦斯檢測、運銷管理采用獨立網(wǎng)絡(luò)運行;與陜煤集團、蒲白礦業(yè)建成兩條網(wǎng)絡(luò)專線，各網(wǎng)絡(luò)間通過網(wǎng)閘關(guān)聯(lián)，確保整個礦區(qū)網(wǎng)絡(luò)體系的安全運行。如圖6所示。

（2）自動化系統(tǒng)

建設(shè)自動化項目34項，涉及皮帶運輸、供電監(jiān)測、礦井排水、礦井通風(fēng)、瓦斯抽放、局扇、洗煤廠、污水處理、自動裝車、凈水車間等十大生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。

2020年規(guī)劃：建成快速掘進、智能開采系統(tǒng)、主斜井皮帶機器人巡檢[3]。

4信息化提升管理效率

信息化是以現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，對所研究對象各要素匯總至數(shù)據(jù)庫，供特定人群生活、工作、學(xué)習(xí)、輔助決策等和人類息息相關(guān)的各種行為相結(jié)合的一種技術(shù)，使用該技術(shù)后，可以極大地提高各種行為的效率，為推動人類社會進步提供極大的技術(shù)支持。

（1）信息化就是把各類痕跡信息加上時間標(biāo)簽通過網(wǎng)絡(luò)通道上傳至數(shù)據(jù)庫，按照管理的需求進行統(tǒng)計分析，用表格、圖形、曲線進行展示分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這個痕跡可是人的痕跡、也可以是物的痕跡，同時也可以是環(huán)境的痕跡。

（2）信息化系統(tǒng)就是把我們?nèi)粘９ぷ髦械男袨榉绞?，通過科學(xué)總結(jié)形成流程化的模式，把這個流程化的模式用計算機技術(shù)開發(fā)出來并應(yīng)用到工作中去，成為我們工作的“工具”，讓數(shù)據(jù)跑不讓人跑，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

（3）信息化的特點：痕跡化、流程化、圖表化、工具化、唯一性、快速性、共享性、交互性、權(quán)限性。

公司現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)共有14套，涉及人員管理、安全管理、財務(wù)管理、物資管理、銷售管理、環(huán)境監(jiān)測管理等多個方面。

5智能化改變礦井的管理模式

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能動地滿足人的各種需求的屬性。

5.1? 人工智能

2016年3月，谷歌公司推出最新研制的圍棋機器人AlphaGo來挑戰(zhàn)人類，在“人機”大戰(zhàn)開始前，全世界都認為僅憑AlphaGo自身的智能運算肯定無法擊敗人類，然而一場4：1的比分卻驚呆了世界，曾經(jīng)的圍棋世界冠軍被AlphaGo擊敗。

從上述可以看出，機器的運算和靈活的運動都有了質(zhì)的飛躍。在《不可阻擋的浪潮》里有這么一段話：“21世紀(jì)，我們迎來一個科技創(chuàng)新層出不窮的時代，從工業(yè)4.0到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，人們發(fā)明了更強大、更實時的數(shù)字化控制設(shè)備，一步步讓機器、工件乃至原材料告別了‘聾啞開始‘ 開口說話了，初步‘知曉人意，感知更加準(zhǔn)確了。技術(shù)是‘融合的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實體經(jīng)濟深度融合的‘大殺器”。

5.2 智慧建莊1234構(gòu)架體系

一個體系（標(biāo)量管理體系），兩個通道（網(wǎng)絡(luò)、通訊），三個平臺（綜合自動化管理平臺、企業(yè)經(jīng)營管理綜合管理平臺、綜合監(jiān)測監(jiān)控管理平臺），四個要素（人、物、環(huán)、管）。統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一人員編碼、統(tǒng)一地址碼，消除信息孤島、打通數(shù)據(jù)鏈條、構(gòu)建模型管理、用大數(shù)據(jù)分析決策，實現(xiàn)礦井智能化管理。如圖7所示。

5.2 實施智慧建莊分三個步驟

（1）實時互聯(lián)、全面感知

打通兩通道，一是網(wǎng)絡(luò)通道，將工業(yè)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、無線網(wǎng)融合起來，建立礦區(qū)大帶寬、低延時的高速網(wǎng)絡(luò)通道，與礦業(yè)公司、集團公司網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)雛形;二是通信通道，將調(diào)度電話、行政電話、應(yīng)急廣播、無線通信、沿線喊話系統(tǒng)及人員定系統(tǒng)融合起來，建立井下無盲區(qū)調(diào)度指揮通訊體系，確保調(diào)度指令能夠及時下發(fā)到每一個職工。

將系統(tǒng)歸類管理，建立綜合自動化平臺、經(jīng)營管理平臺、綜合監(jiān)測監(jiān)控平臺，統(tǒng)一接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)打通各個自動化系統(tǒng)，以人的唯一性為標(biāo)準(zhǔn)打通經(jīng)營管理各個系統(tǒng)，建立礦井GIS體系打通監(jiān)測監(jiān)控各個系統(tǒng)，消除信息孤島，對三平臺進行融合。用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)去感知礦井，這個感知可以是人的、物的、環(huán)境的，也可以是礦井的管理體系，同時，用這些數(shù)據(jù)構(gòu)筑煤礦模型管理。

（2）自主學(xué)習(xí)、分析決策

建立標(biāo)量管理體系，在這個體系里納入煤礦管理的有關(guān)法律、法規(guī)、行業(yè)規(guī)范及各項制度流程，建立一個煤礦管理的知識庫和煤礦管理標(biāo)準(zhǔn)。由于煤礦生產(chǎn)的未知性與各煤礦的異樣性，如：地質(zhì)、水文、環(huán)境、設(shè)備、人員，等等，因此，在不違反煤礦有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范的前提下，系統(tǒng)在運行中不斷地學(xué)習(xí)去適應(yīng)一個煤礦特殊管理，形成這個煤礦的管理標(biāo)準(zhǔn)體系，這就是系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)的過程。系統(tǒng)通過不斷學(xué)習(xí)，形成的管理標(biāo)準(zhǔn)體系也越來越適應(yīng)這個礦井，各平臺在運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與管理體系發(fā)生偏差時系統(tǒng)就會預(yù)警，同時，會給出相應(yīng)的解決方案，這就是系統(tǒng)分析決策形成的過程。

（3）動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)

系統(tǒng)在全面感知、分析決策中逐漸成熟，形成系統(tǒng)自主的管理體系，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析可以動態(tài)預(yù)測礦井的狀態(tài)，我們只需在調(diào)度集控中心輸一條命令或按一個鍵，系統(tǒng)就會對人員、安全、環(huán)境、設(shè)備進行綜合分析判斷，多系統(tǒng)融合聯(lián)動，整條生產(chǎn)線設(shè)備自動運行，達到協(xié)同控制的智能化系統(tǒng)。

5.3 國家對煤礦智能化發(fā)展的3個階段性目標(biāo)要求

（1） 2021年，建成多種類型、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術(shù)體系，基本實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監(jiān)控。

（2）2025年，大型煤礦和災(zāi)害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、采掘（剝）、運輸、通風(fēng)、洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行，井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。

（3）2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

6結(jié)束語

煤炭行業(yè)作為我國重要的傳統(tǒng)能源行業(yè)，是我國國民經(jīng)濟的重要組成部分，其智能化建設(shè)直接關(guān)系我國國民經(jīng)濟和社會智能化的進程。建莊礦業(yè)作為其中一員，按照國家、集團的要求大力開展“四化”建設(shè)，培養(yǎng)“四化”建設(shè)人才，掌握先進技術(shù)，將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、分析決策、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）、運輸、通風(fēng)、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行，使企業(yè)安全、生產(chǎn)、經(jīng)營效益最大化。

參考文獻

[1] 李衛(wèi)星.淺析我國煤礦信息化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].科技與企業(yè)，2016（7）：178.

[2] 趙文啟.煤炭企業(yè)信息化建設(shè)的探索與嘗試[J].煤炭經(jīng)濟研究，2010（5）：64-65.

[3] 熊德健.煤炭企業(yè)信息化建設(shè)的問題及對策研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2008（10）：352-353.

作者簡介

雷肖飛（1971-），男，陜西蒲城人;學(xué)歷：大專，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦安全管理。

王志榮（1966-）男，陜西蒲城人;學(xué)歷：中專，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦信息化建設(shè)與管理。

康行（1989-）男，陜西延川人;學(xué)歷：本科，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：陜西蒲白西固煤業(yè)有限責(zé)任公司，研究方向：煤礦信息化建設(shè)與管理。