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“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

作者:天河道雲智慧礦山
“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構
“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

智能礦山

簡單講,智能礦山就是運用三維模組化、前端感覺及低延時資訊通信等技術,在電腦裡生成礦山的數字孿生體,再通過各種資訊通信技術、數字技術、物聯網技術,使虛拟礦山與實體礦山實作映射互動,進而達到礦山開采安全智能、綠色環保、礦山經營管理精細、礦産資源高效利用等目的。

從應用層面來看,礦山綠色智能化整體解決方案是實作礦山全要素模組化,能夠基于礦石流、能量流、資訊流、價值流和業務流,建立起實體實體對象的資料平台與數字虛拟模型的多元化對應關系,實作資料采集、數字傳輸、知識挖掘、資訊回報等全過程;實作原料采購、物流運輸、倉儲管理、生産過程到市場預測與産品銷售全流程;實作“人、機、物、法、環”全要素的整體數字融合,通過邊緣計算、雲計算、智慧管理和終端應用等多層面數字協同計算,為礦業企業提供智慧協同管控與決策分析的數字一體化解決方案。

“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

基于豐富的綠色智能礦山建設實踐經驗,天河道雲總結出現階段綠色智能礦山建設的科學架構——“1網”+“1化”+“3平台”。

“1網” — 礦用工業環網系統

在整個礦山智能化建設過程中,礦用工業環網建設,前端智能裝置應用,海量資訊資料的實時采集、傳輸、處理、存儲和分析能力,以及各類決策模型搭建水準和執行能力等因素,是整座礦山數字孿生體系實作精準互動、有效映射的核心關鍵。由上述因素決定的這種互動映射能力和最終效果,便是衡量智能礦山建設水準的核心名額。在這些決定因素裡,礦用工業環網屬于“插座式”基礎設施,其重要性不言而喻。

“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

目前,礦山服務日常辦公的通訊網絡雖已基本全覆寫,但帶寬、資料流通量和延時方面多有不足,難以滿足礦山綠色智能化建設要求,換句話說,大多數礦山智能化更新,都需要從通訊網絡更新或搭建區域網路着手。在這一點上,天河道雲與移動、聯通、電信有過很多合作。另外,礦山開采是一個動态掘進的過程,是以智能礦山建設就需要“采掘工作面前推一米,末端網絡搭建前進一步。”

“1化” — 礦山實景三維可視化

礦山實景三維可視化是礦山數字孿生體的基底,也是礦山綠色智能化各類應用的視覺載體。可視化系統高度內建礦山三維實景模型、礦山地質模型及各類監測監控系統(生産自動化、安全監控、環境監測、邊坡監測、人員定位、聲光報警、DCS系統監控資料、視訊監控)可視化,達到三維模型真實性的視覺體驗。和礦山工業環網一樣,礦山實景三維可視化也已成為礦山綠色智能化建設所必備基礎應用。因技術應用相對成熟,在此便不做展開分析。

“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

至此智能礦山建設算是完成前期建設準備。

“3平台” — 礦山三類應用平台

接下來,智能礦山建設就要着手搭建三類應用平台,礦山協同管理平台、礦山集中管控平台和大資料決策分析平台。在這一階段,智能礦山建設開始逐漸顯現其功能作用,智能礦山建設進入實質階段。

一類平台:礦山協同管理平台

礦山協同管理平台功能定義側重資訊管理和業務協同,通過平台應用,打破礦山多部門、多專業、多管理層級、多應用場景的資訊資料集中管理、共享的壁壘,打破“資訊孤島”,拆除業務協同障礙,一方面解決資訊精準采集、穩定傳輸流轉、集中存儲更新、智能統計分析、實時查詢調用等“資訊流”問題,實作多業務系統資料整合,讓“資料”變成“資料資産”;另一方面改造傳統礦業生産營運管理模式,推動礦企管理從過多依賴人的管理、制度管理,向更多依靠人工智能大資料動态診斷分析決策的轉變。該平台既是承載智能礦山初始“資訊流”的基礎設施,也是建構數字孿生礦山的基礎内容。

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建設應用關鍵點

  1. 礦企已有功能系統是否留有标準化的協定接口;
  2. 系統相對封閉的礦企所涉及第三方支援資料開放問題;
  3. 原始資料梳理、資料确權和統一資料了解問題;
  4. 礦企業務協同、業務習慣與平台資料資訊了解、導入、分析處理及結果呈現等功能 的有機銜接問題。

前三個問題基本屬于數字産業的共性問題,可通過借鑒數字化轉型更新程序快、效果好的行業的成功經驗。第四個問題則需要礦企與承建商這對“甲乙方”,共同努力克服“網際網路不懂工業、工業不懂網際網路”的行業名“梗”,這項工作的完成情況将決定智能礦山建設的資訊化基礎是否牢固。

二類平台:礦山集中管控平台

礦山集中管控平台同樣是基于數字孿生理念、技術,以礦山三維實景地圖資料為基礎,融合礦山安全、環保、生産管理等資料設計的智能開采一體化方案。該方案通過高效合理組織一系列工業軟體系統和前端負責态勢感覺、資料采集的智能裝備(産品),實作礦山環境全感覺,裝置資料采集傳輸分析、裝置控制指令下達覆寫,是礦山建構全域感覺、邊緣計算、資料驅動和輔助決策的智慧礦山平台,是實作實體礦山實體與數字礦山孿生體之間的虛實映射與實時互動的載體,也是此前介紹的礦山協同管理平台的所需各類“實時資料”的來源。

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在這一平台,此前搭建好的工業環網和由它支撐運轉的系列工業軟體、物聯網技術、智能裝備以及其它參與要素單元,共同構成一個獨立礦山工業網際網路的主體,這個主體可以通過日常運轉生成海量的企業應用級感覺資料,滿足礦企動态把握礦山各部門組織管理對象、管理過程及結果狀态,實時掌握礦山是營運情況,并據此優化控制,即“虛實映射、實時互動”。

礦山集中管控平台所涉及的關鍵主線包括礦石流、能量流、資訊流、價值流和業務流,對比礦山協同管理平台來看,礦山集中管控平台的功能更多元,場景更複雜,是以要求更高。

建設應用關鍵點

  1. 不同種類的礦山、甚至是同種類礦山的個體差異性較大,就目前階段而言,礦山集中管控平台的标準化搭建還難以實作,基本屬于定制化服務,平台搭建除了要做好系統本身不同功能子產品的協同以外,還需要做好系統搭建過程中礦企與承建商的協同,是以承建商“懂”礦企很重要,否則”網際網路“就要對礦企做出令人不自在的“改造”。在深刻洞察服務對象業務特點的基礎上,為不同礦企的諸多具體應用場景提供差異化的解決方案,這是對智能礦山承建商市場經驗和技術産品儲備的綜合考驗。
  2. 礦企和承建商各有所長,一方更熟悉礦業,另一方更熟悉網際網路、智能裝備、工業軟體,一座智能礦山的誕生究竟是雙方陷入“不同專業方向較量”的結果,還是彼此了解、共同創造的結晶,考驗雙方團隊的格局和智慧。
  3. 智能裝備、工業軟體、大資料技術、物聯網技術、資訊通信技術等礦山工業網際網路主要技術應用都處于飛速發展階段,技術疊代更新甚至淘汰等為智能礦山建設帶來了不确定性,為降低風險,建議礦企要選擇視野更寬、前瞻性更好、專業能力更強、落地經驗更豐富的承建商,并采用延展性更好、未來可塑性更強、技術路線更偏主流的平台搭建方案。

三類平台:大資料決策分析平台

大資料分析平台依賴資料中台基礎,覆寫從資料接入、到資料模組化與處理、再到資料分析與挖掘整個資料應用全鍊路,為地下礦、露天礦山的報表應用、報告應用、展示應用及挖掘分析提供資料驅動型的礦山業務分析支撐。

“1+1+3”!綠色智能礦山建設的科學架構

建設應用關鍵點

  1. 以何種方式實作名額資料分析、多樣化定義名額,來滿足礦山管理名額的需求;如何将有關聯的名額根據需要劃分到名額主題中,形成适用于不同應用場景的名額模型,讓名額資料可直接用于平台的各種礦山分析應用場景中,這些問題則直接考驗行業應用和掌握大資料技術的能力水準,人才、經驗是兩個關鍵要素。
  2. 資料挖掘分析、多樣算法(包括分類分析,關聯分析,回歸分析,聚類分析,時間序列預測等),以及類似于使用拖拽式簡便操作和全程可視化展示,則取決于大資料技術本身的發展水準和行業應用情況。
  3. 決策模型輸出需要對應決策場景在一段時間内形成資料沉澱,礦企需依據平台輸出的資料分析決策模型,選擇恰當時機逐漸建立依“數”決策的信心和習慣。

在這樣一個“1+1+3”的架構下,綠色智能礦山的“骨骼”和基礎功能可充分滿足目前智能礦山建設的功能需求,且完全可以承載礦山未來高度智能化的想象。同時,良好的可塑性使它能夠跨越更長的時間次元,更大限度接納科技(通信、物聯網、大資料、人工智能)的快速發展,同時,它也可以憑借“優秀”的包容度,使得每一座礦山的"個性"可以得到更好的尊重。