汪義龍，李義朝，石芬芬，丁日佳

(1.華能煤炭技術(shù)研究有限公司，北京市豐臺區(qū)，100070;.華能煤業(yè)有限公司，北京市豐臺區(qū)，100070；3.中國礦業(yè)大學(北京)管理學院，北京市海淀區(qū)，100083)

作為向國際社會傳播先進實用的生產(chǎn)方式以及消除國際貿(mào)易技術(shù)壁壘的重要手段，國際標準已引起世界各國的廣泛重視。2019年，習近平總書記致第83屆IEC大會賀信中指出：“中國高度重視標準化工作，積極推廣應(yīng)用國際標準，以高標準助力高技術(shù)創(chuàng)新，促進高水平開放，引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展”。近年來隨著智能化技術(shù)與裝備加快迭代升級，新基建加快推進新一代信息技術(shù)與礦業(yè)開發(fā)技術(shù)深度融合，智慧礦山建設(shè)已經(jīng)成為礦山企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。將智慧礦山研究與國際標準研制相結(jié)合，可以有效促進智慧礦山技術(shù)的推廣應(yīng)用，并提高我國的國際競爭力；而如何在短期內(nèi)選擇一部分重點領(lǐng)域，取得相關(guān)國際標準的制定權(quán)或修改權(quán)，是值得我們探討的問題。基于此，本文提出了國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準的選擇策略，并以露天煤礦標準為案例驗證了該策略，以期更好地為智慧礦山國際標準研制、修訂工作提供決策依據(jù)。

1 國內(nèi)外智慧礦山標準發(fā)展現(xiàn)狀

當前，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，采礦國際標準化方向發(fā)生了巨大變化，礦業(yè)市場發(fā)展對標準化的對象提出了新要求，如對復雜機器的安全問題、可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)環(huán)境問題以及自動化的采礦機器問題等均需要標準化[1]。長期以來，我國采礦國際標準化程度較低，無論是在礦山機械、礦山安全，還是礦山環(huán)境、采礦自動化領(lǐng)域都尚未主導制定國際標準[2]。國際上與礦業(yè)相關(guān)的技術(shù)委員會有固體燃料委員會(ISO/TC 27)和采礦技術(shù)委員會(ISO/TC 82)。截至目前，固體燃料委員會已出版發(fā)布99項國際標準，正在制定中的標準有18項，涉及的主要領(lǐng)域有選煤方面的術(shù)語，煤質(zhì)分析中采樣和化驗方法等。采礦技術(shù)委員會目前已出版發(fā)布53項國際標準，涉及安全生產(chǎn)要求、礦井結(jié)構(gòu)、采礦事故分類等。國內(nèi)煤炭行業(yè)標準包括國家標準、行業(yè)標準以及少數(shù)的地方標準，部分煤炭企業(yè)也會制定自己的標準[3]。現(xiàn)行煤炭國家標準不足100項[4]，煤炭行業(yè)標準超過1 400項。

智慧礦山的建設(shè)是確保煤炭工業(yè)安全、高效、經(jīng)濟、綠色發(fā)展的必然選擇[5]，這與當前國際標準化追求的目標非常吻合。目前智慧礦山標準正處于初步完善階段，相關(guān)的國際標準僅有正在研制中的《自主運輸?shù)腇MS接口》(ISO/AWI 23725)以及一些關(guān)于信息化技術(shù)方面的標準(ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等)。國內(nèi)發(fā)布的智慧礦山標準主要有《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》《煤炭工業(yè)智能化礦井設(shè)計標準》《礦井感應(yīng)通信系統(tǒng)通用技術(shù)條件》《智慧礦山建設(shè)規(guī)范》《智能煤礦建設(shè)規(guī)范》《數(shù)字煤礦數(shù)據(jù)字典》等規(guī)范標準。2021年7月，中國煤炭學會發(fā)布了49項煤礦智能化立項標準。2021年10月，中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布了2022年煤炭行業(yè)團體標準制定計劃，共推進了59項團體標準的制定。2021年10月，中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布了2022年煤炭行業(yè)團體標準制定計劃，共推進了59項團體標準的制定。

由上述分析可知，目前智慧礦山國際標準數(shù)量較少且主要側(cè)重于信息技術(shù)領(lǐng)域標準的研制?，F(xiàn)階段，我國煤炭行業(yè)相關(guān)部門已經(jīng)開始逐步立項并發(fā)布與智慧礦山相關(guān)的標準，同時，我國煤炭、金屬、非金屬、有色金屬等不同領(lǐng)域的礦業(yè)企業(yè)研發(fā)了一系列采選、礦山環(huán)境修復、自動化/智能化等新技術(shù)新方法[6-9]，為礦山國際標準研制積累了寶貴經(jīng)驗。因此，我國應(yīng)抓住這一契機，積極參加國際標準化活動，向國際標準化組織(ISO)提交標準建議，輸出中國優(yōu)秀實踐，增強我國礦山企業(yè)的國際競爭力。

2 國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準的選擇策略研究

國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準選擇策略為：領(lǐng)域界定(D)-初步排除(P)-領(lǐng)域評價(E)-結(jié)果處理(H)，即DPEH選擇方法。領(lǐng)域界定的主要作用是構(gòu)建智慧礦山標準體系框架，初步確定研究領(lǐng)域；初步排除的主要作用是通過問卷調(diào)查，排除明顯不能體現(xiàn)智慧化以及形成標準的指標；領(lǐng)域評價主要作用是構(gòu)建智慧礦山國際標準潛力轉(zhuǎn)化評價指標體系，利用模糊綜合評價方法對重點領(lǐng)域進行打分；結(jié)果處理主要作用是根據(jù)領(lǐng)域評價結(jié)果，選擇重點研究方向。國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準選擇策略流程如圖1所示。

圖1 國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準選擇策略流程

2.1 領(lǐng)域確定

智慧礦山標準化所涉及的標準集合是一個復雜的多形態(tài)的標準體系，既有層次結(jié)構(gòu)，也有關(guān)系結(jié)構(gòu)。本文采用過程法和分類法相結(jié)合的方法，對依存主體的系統(tǒng)有序研究，并結(jié)合統(tǒng)一建模語言UML對相同屬性、約束和關(guān)系的一組對象進行概述[10-11]，研究標準之間的相互關(guān)系，最終形成智慧礦山標準體系框架。具體步驟為：分析智慧礦山標準依存主體→構(gòu)建智慧礦山標準靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型→分析智慧礦山標準研究領(lǐng)域→確定智慧礦山標準體系層級結(jié)構(gòu)→構(gòu)建智慧礦山標準體系框架。

2.2 初步排除

結(jié)合智慧礦山標準體系框架給出的初步研究領(lǐng)域，選取10位以上專家進行打分，對非重點領(lǐng)域進行排除，初步確定重點研究領(lǐng)域。首先進行專家評議，將智慧礦山研究領(lǐng)域及指標賦值為(0，100)區(qū)間，由專家進行打分；其次進行結(jié)果分析，去除得分60分以下領(lǐng)域及指標，最終得出重點研究領(lǐng)域。

2.3 領(lǐng)域評價

(1)確定因素集。本文借鑒國際標準重點領(lǐng)域選擇實踐經(jīng)驗，遵循目的性、科學實用性和開放性原則，經(jīng)過專家多次討論，從智慧礦山標準化領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)成果的界定、技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的實力、國際標準研制能力、技術(shù)成果轉(zhuǎn)化后的經(jīng)濟效益和社會(國家)效益5個方面入手，設(shè)計了國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準的潛力評價指標體系，該指標體系包含成果界定、轉(zhuǎn)化實力、國際標準研制能力、經(jīng)濟效益、社會(國家)效益5個一級指標、11個二級指標、22個三級指標，具體見表1。

(2)確定評語集。從專家打分的角度將評價等級分為優(yōu)、良、中、差4個等級，將評語集表示為V=(優(yōu)，良，中，差)。

(3)確定單因素評價矩陣。通過問卷調(diào)查，采用模糊隸屬度賦值法對定性指標進行評價，由專家組按照指標體系對評價對象的每一個指標進行相應(yīng)等級的評價，則隸屬度Rij=判斷某指標屬于相應(yīng)等級專家個數(shù)/專家總數(shù)，此評價值是介于0和1之間的數(shù)值。

(4)確定指標權(quán)重。結(jié)合已有的研究結(jié)論[12-13]，并通過問卷調(diào)查的方式，利用層次分析法確定出各指標權(quán)重(見表1)，其中一級指標權(quán)重設(shè)為ai，二級指標權(quán)重設(shè)為aij，三級指標權(quán)重設(shè)為aijk(i=1，2，…n；j=1，2，…n；k=1，2，…n)。

表1 國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準的指標體系

(5)進行綜合評價。首先，對準則層中的成果界定作一級模糊綜合評價。成果界定包含轉(zhuǎn)化可行性和推廣必要性2個要素指標，設(shè)為uij(i=1,j=1,2)。當j=1時，對轉(zhuǎn)化可行性u11進行一級模糊評價。其中u11的因素重要程度子集為A11=a111，u11中因素的模糊評價矩陣為R11=[r111,r112,r113,r114]，因此，對轉(zhuǎn)化可行性綜合評價為：B11=A11×R11=[b111,b112,b113,b114]。根據(jù)隸屬度最大原則，B11中最大的數(shù)對應(yīng)于哪一等級，說明專家組對該智慧礦山重點領(lǐng)域在“轉(zhuǎn)化可行性”上的評價為哪一等級。同理得到當j=2時，對推廣必要性u12進行一級模糊綜合評價：B12=A12×R12=[b121,b122,b123,b124]。

2.4 結(jié)果處理

根據(jù)各領(lǐng)域評價的結(jié)果，按綜合評價的分值大小進行排序，確定出智慧礦山國際標準的重點研究方向。

3 案例分析

目前，我國智慧露天煤礦的建設(shè)標準還不是很完善，國際上與露天煤礦智慧化標準相關(guān)性較強標準有《采礦和土方機械——自動和半自動機械系統(tǒng)安全》(ISO 17757)以及《公路自動駕駛系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語的分類法和定義》(SAE J3016)等相關(guān)標準，國內(nèi)針對智慧露天煤礦標準主要有《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸交換控制技術(shù)要求》《智慧露天煤礦建設(shè)指南》《煤炭工業(yè)露天礦節(jié)能設(shè)計規(guī)范》等標準以及中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布的團體標準技術(shù)中的《露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第1部分：總則》《露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第2部分：無人駕駛礦車技術(shù)要求》《露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第3部分：無人駕駛道路技術(shù)要求》等16項智慧露天煤礦標準。由此可見，智慧露天煤礦中的自動化、無人駕駛、信息技術(shù)等方面已經(jīng)得到國內(nèi)外的重點關(guān)注，下面以露天煤礦標準為例，驗證智慧礦山標準化領(lǐng)域可轉(zhuǎn)化為國際標準方法的可行性。

3.1 露天煤礦標準研究領(lǐng)域初步界定

3.1.1 露天煤礦標準靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

基于過程法，將露天煤礦標準劃分為基礎(chǔ)標準、檢測評價系統(tǒng)標準、信息支撐系統(tǒng)標準、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)標準、穿爆系統(tǒng)標準、采裝系統(tǒng)標準、運輸系統(tǒng)標準、排土系統(tǒng)標準、地面生產(chǎn)系統(tǒng)標準、綜合管理系統(tǒng)標準等，是確定智慧露天煤礦標準系統(tǒng)的依存主體。根據(jù)露天煤礦標準系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分析與其依存主體系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)造出基本的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 露天煤礦標準靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

3.1.2 露天煤礦標準化領(lǐng)域分析

露天煤礦標準化領(lǐng)域分析要經(jīng)歷抽取常用詞匯、明確初步類圖、對類分組、形成組合或聚合4個步驟。

(1)抽取常用詞匯。關(guān)于依存主體的結(jié)構(gòu)和行為以及行為結(jié)果，通過對依存主體的分析和描述，可以找到并抽取出大量相關(guān)的名詞和動詞。

(2)明確初步類圖。大量的詞匯要經(jīng)過篩選、轉(zhuǎn)換、更高一級的抽象，才有可能成為智慧礦山標準系統(tǒng)中的類。

(3)對類分組。對于建立了初步類圖的所有無序的類，需要進行類的分組，也就是將所有無序的類歸入幾個高一級的抽象類組。

(4)形成組合或聚合。對于系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)，在對類分組后，需要建立類和類之間的關(guān)聯(lián)，形成聚集和組合關(guān)系。

3.1.3 露天煤礦標準體系框架

結(jié)合圖2 以及對露天煤礦標準領(lǐng)域分析，可得出露天煤礦標準體系框架，其中第一層由基礎(chǔ)標準、支持標準組成。第二層由基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)標準、生產(chǎn)輔助系統(tǒng)標準、穿爆系統(tǒng)標準、采裝系統(tǒng)標準、運輸系統(tǒng)標準、排土系統(tǒng)標準、地面生產(chǎn)系統(tǒng)標準、綜合管理系統(tǒng)標準8個專業(yè)組成，每一類標準都依賴于基礎(chǔ)標準和支持標準。第三層主要由20個專業(yè)門類標準構(gòu)成，結(jié)果如圖3所示。

圖3 智慧露天煤礦標準體系框架

3.2 確定露天煤礦標準重點研究領(lǐng)域

根據(jù)構(gòu)建的標準體系框架，通過初步排除以及專家訪談等方法，進一步凝練出露天煤礦國際標準重點研究領(lǐng)域，見表2。

表2 露天煤礦國際標準重點研究領(lǐng)域

3.3 露天煤礦標準研究領(lǐng)域綜合評價

根據(jù)已有文獻的研究[14-18]，專家選取的人數(shù)一般為10位以上，本文選取了13位有關(guān)專家進行綜合評價，并以“基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)標準”所對應(yīng)的“信息通訊標準”領(lǐng)域為例進行說明，其中“信息通訊標準”的細分領(lǐng)域包含礦井工業(yè)以太網(wǎng)、煤礦無線網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)、5G通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全等研究內(nèi)容，專家根據(jù)經(jīng)驗以及有關(guān)資料對“信息通訊標準”領(lǐng)域進行等級評價，并按照隸屬度計算公式進行計算，結(jié)果見表3。

表3 信息通訊標準指標隸屬度

續(xù)表3

根據(jù)領(lǐng)域評價步驟對“信息通訊標準”領(lǐng)域進行綜合評價，計算得出,B=A×R=[0.243,0.535,0.181,0.041]，其中B中最大的數(shù)為0.535，對應(yīng)于“良”，說明專家組對該領(lǐng)域的綜合評價為“良”，量化后可得出Z=B×Q=[0.243,0.535,0.181,0.041]×(95,85,75,65)T=84.843。由此可知，“信息通訊標準”領(lǐng)域的總評分為84.843分。同理，對其他15個領(lǐng)域進行計算，結(jié)果見表4。

表4 重點研究領(lǐng)域得分

3.4 露天煤礦國際標準研制方向分析

根據(jù)表4的重點研究領(lǐng)域綜合得分結(jié)果進行排序，結(jié)果如圖4所示。

圖4 智慧露天煤礦標準重點研制領(lǐng)域綜合得分情況

由圖4可以看出，排名前3的領(lǐng)域有綠色管理標準(86.199分)、無人駕駛標準(85.921分)、信息通訊標準(84.843分)，針對這3個重點標準領(lǐng)域的細分領(lǐng)域進行分析，結(jié)果如圖5、圖6和圖7所示，其他細分領(lǐng)域的分析方法類似。

圖5 綠色管理標準細分領(lǐng)域

圖6 無人駕駛標準細分領(lǐng)域

圖7 信息通訊標準細分領(lǐng)域

由圖5可以看出，綠色管理標準的細分領(lǐng)域包含粉塵智慧化管控、疏干水再利用、生態(tài)治理等方面，其中69.23%的專家認為粉塵智慧化管控最有可能成為國際標準，目前國際上針對粉塵的管理和測定成立過工作組(ISO/TC27/SC1/WG13)并發(fā)布過相應(yīng)的國際標準《選煤-煤塵/粉關(guān)系的測定》(ISO 20905:2004)，在一定程度上說明國際上對粉塵的管理較為重視，而露天煤礦綠色管理應(yīng)實現(xiàn)礦山粉塵、有毒有害物質(zhì)的全方位在線監(jiān)測和綜合治理，因此可以重點選擇粉塵智慧化管控標準制定為國際標準。

由圖6可以看出，無人駕駛標準的細分領(lǐng)域包含無人駕駛系統(tǒng)、精確定位技術(shù)、跟馳避障建模、車輛控制決策等方面，其中78.57%的專家認為無人駕駛系統(tǒng)最有可能成為國際標準。目前國際上針對無人駕駛技術(shù)的標準側(cè)重于公路上和飛機上的應(yīng)用研究，與之相關(guān)性較強的國際標準有《土方機械和采礦——自動和半自動機械系統(tǒng)安全》(ISO 17757)，且在國內(nèi)，中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布了多項關(guān)于無人駕駛的團體標準制定計劃，例如《露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第1部分：總則》《露天礦無人駕駛運輸系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第2部分：無人駕駛礦車技術(shù)要求》等，因此可以重點選擇無人駕駛相關(guān)標準制定為國際標準。

由圖7可以看出，信息通訊標準的細分領(lǐng)域包含礦井工業(yè)以太網(wǎng)、煤礦無線網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)、5G通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全等方面，其中76.92%的專家認為5G通訊網(wǎng)絡(luò)最有可能成為國際標準。對露天煤礦而言，5G網(wǎng)絡(luò)可解決網(wǎng)絡(luò)傳輸信息延時大、丟包多、成本高等問題，讓礦山的遠程操作、無人駕駛、無人機巡檢視頻傳輸實現(xiàn)真正的實時傳輸，更好地實現(xiàn)露天煤礦建設(shè)和開采目標。目前國內(nèi)發(fā)布立項了相應(yīng)的團體標準，例如《F5G網(wǎng)絡(luò)功能技術(shù)要求》《煤礦5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入通用技術(shù)條件》等，且國外也發(fā)布過信息技術(shù)標準，如ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等，因此可以重點選擇5G通訊網(wǎng)絡(luò)制定為國際標準。

4 結(jié)語

國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準選擇策略能夠有效識別目前智慧礦山標準領(lǐng)域可轉(zhuǎn)為國際標準的可能性。根據(jù)分析結(jié)果可知，該選擇策略識別出的三大領(lǐng)域都具有一定的標準研制基礎(chǔ)，且有國際標準制定的需求。同時，該選擇策略具有易操作性，將定性指標進行定量化處理，能夠直觀反映出目前智慧礦山標準制定的重點領(lǐng)域。

此外，煤炭領(lǐng)域國際標準研制在當前和今后一段時期有較大的國際市場需求，發(fā)展前景廣闊。國內(nèi)智慧礦山標準可轉(zhuǎn)化為國際標準選擇策略的研究一是有利于煤炭企業(yè)從宏觀層面直觀地了解企業(yè)智慧礦山領(lǐng)域標準的構(gòu)成現(xiàn)狀(已有的、空缺的、未來應(yīng)發(fā)展的)和更好地考慮國際標準研制、修訂工作提供決策依據(jù)；二是有利于實現(xiàn)我國在煤礦領(lǐng)域國際標準的參與和突破，逐步形成懂標準、用標準的良好氛圍，聚集一批有國際標準化工作實際經(jīng)驗的專家，為以后大量參與研制國際標準工作創(chuàng)造好的基礎(chǔ)條件；三是有利于促進煤炭產(chǎn)業(yè)先進技術(shù)研發(fā)與標準研制相互融合與推廣，通過技術(shù)標準加速技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品市場化進程，提高我國煤炭產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。