水泥礦山的數(shù)字化智能礦山建設探討

摘要：以信息化、自動化和智能化帶動水泥礦山傳統(tǒng)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級，打造“安全、高效、智能、綠色”的新型礦山，提高企業(yè)核心競爭力，是數(shù)字化智能礦山建設的總體目標，也是中國礦業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。本文圍繞水泥礦山的數(shù)字化智能礦山建設背景，設計了“一個中心、三個平臺、一個系統(tǒng)”，重點論述了數(shù)字化智能礦山的總體建設方案、建設內(nèi)容以及建設成效，為水泥礦山的數(shù)字化、智能化建設提供參考。

關鍵詞：智能礦山；數(shù)字化；水泥礦山；生產(chǎn)管理

近年來，隨著智能制造2025的深入推進，水泥企業(yè)加大了數(shù)字化、信息化、智能化的轉(zhuǎn)型升級。在“兩山”理論的指導下，水泥礦山在綠色、環(huán)保、安全等方面的建設需求更為強烈，礦山數(shù)字化、智能化已成為水泥企業(yè)綠色礦山建設的必由之路。

本文提出的“數(shù)字化智能礦山”將升華當前“數(shù)字礦山”的概念，采用新一代寬帶無線技術、人工智能、自動化、在線檢測、三維可視化、北斗定位導航、優(yōu)化配礦、GIS、大數(shù)據(jù)、私有云等技術手段，實現(xiàn)礦山的整體智能化手段覆蓋，同時融合現(xiàn)有技術手段，結合地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等技術，提供面向現(xiàn)代礦山企業(yè)的智能決策支持系統(tǒng)。

1.數(shù)字化智能礦山建設總體方案

數(shù)字化智能礦山建設以資源開發(fā)利用為主線，貫穿礦山生產(chǎn)全過程。首先通過推進礦山自動化、數(shù)字化建設工作，在此基礎上穩(wěn)步推進生產(chǎn)及安全管控體系，借助精細化配礦系統(tǒng)，實現(xiàn)采礦、運輸、配礦水平的升級改造，并采用國內(nèi)外先進的信息技術，完成智能礦山建設工作。深化礦山企業(yè)降本增效，提升礦山智能化開采水平，增強企業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)礦山安全、高效、綠色生產(chǎn)以及經(jīng)濟效益最大化。

智能礦山建設包括“一個中心、三個平臺、一個系統(tǒng)”。一個中心是大數(shù)據(jù)中心：對生產(chǎn)相關的數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、安全環(huán)保數(shù)據(jù)等進行采集、存儲、處理。三個平臺一個系統(tǒng)：數(shù)字采礦軟件平臺、三維可視化管控平臺、智能管控平臺、卡車調(diào)度系統(tǒng)，以數(shù)字化的方式對采場地質(zhì)數(shù)據(jù)、儲量數(shù)據(jù)進行建模和管理，通過三維GIS平臺對采場的生產(chǎn)進行展示和管理，并通過智能化管控平臺對生產(chǎn)、設備、安全、資源儲量進行全方位的科學管控。

1.1層級規(guī)劃

數(shù)字化智能礦山建設包括五級內(nèi)容，數(shù)字化智能礦山建設主要集中在第三層級，包含智能管控平臺和三維可視化管控平臺及數(shù)字采礦軟件平臺。

數(shù)字化智能礦山層級

1.2系統(tǒng)整體架構

系統(tǒng)整體架構

系統(tǒng)采用多層SOA架構設計，能夠進行部署開發(fā)和系統(tǒng)擴展，同時系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)層，對采礦生產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、地質(zhì)勘測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的存儲、統(tǒng)計、管理。

建立應用服務層，系統(tǒng)集成Webservice、TCP/IP、OPC等標準通訊接口，能夠同其他信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互；應用展示層，主要是智能管控平臺（生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)），包括PC端和手機端，該系統(tǒng)采用我公司自主研發(fā)自有知識產(chǎn)權的eGoPlant平臺，平臺集成了報表引擎、審批工作流、預警服務等功能，對采礦生產(chǎn)、設備、資源儲量等進行科學化的管理。

數(shù)字采礦軟件平臺，采用國際先進的數(shù)字采礦軟件，在礦體模型建立、境界優(yōu)化、儲量計算方面處于行業(yè)領先地位。

數(shù)據(jù)采集層，通過通用采集程序，對各個通訊模塊的通訊狀態(tài)進行監(jiān)控，采集實時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行存儲，同時，負責同其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊。

系統(tǒng)具備手機APP應用，支持Android和iOS系統(tǒng)，能夠通過移動端的輔助進行設備巡點檢，并進行安全隱患、爆破等流程的移動端管理。

軟件架構

1.3系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

2.數(shù)字化智能礦山建設軟件平臺

數(shù)字化智能礦山建設應用我公司自主研發(fā)的易構工廠管理平臺（eGoPlant）搭建水泥礦山智能化管控系統(tǒng)，完成水泥礦山的數(shù)字化、一體化管理。易構工廠管理平臺是具有完全自主知識產(chǎn)權的SAAS平臺，集成了工作流、消息機制、報表引擎、預警機制、多種數(shù)據(jù)通訊接口等基礎功能，能夠快速搭建企業(yè)信息化應用系統(tǒng)、采集底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)、同其他信息系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)）進行數(shù)據(jù)和業(yè)務的交互，基于平臺的系統(tǒng)應用搭建速度快、交互性和可擴展性好。

易構工廠管理平臺

eGoPlant技術架構

易構工廠管理平臺的特點：

1、實現(xiàn)了業(yè)務與技術的分離

系統(tǒng)提供了關于安全防護、性能優(yōu)化、事務處理、UI呈現(xiàn)、日志記錄、工作流處理等的技術實現(xiàn)，同時包含了大量的通用組件和應用模板。在基于平臺開發(fā)企業(yè)應用的時候，開發(fā)人員只需關注客戶業(yè)務的實現(xiàn)。

2、應用的模塊化開發(fā)

平臺支持應用的模塊化開發(fā)方式，不同業(yè)務的實現(xiàn)以模塊為單元進行組織。應用模塊具有高內(nèi)聚和低耦合的特性。模塊內(nèi)部各組成部分緊密銜接提供完整的業(yè)務功能實現(xiàn)。各模塊間相對獨立，某一模塊的業(yè)務更新和技術升級不影響其它模塊的使用。

3、支持大數(shù)據(jù)處理

平臺構建之初即面向大型企業(yè)的生產(chǎn)管理應用進行設計，同時支持多種關系型數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。融合數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)集市技術的，通過數(shù)據(jù)壓縮、索引優(yōu)化、智能緩存、并行處理等技術，保證在海量數(shù)據(jù)使用的高效。

4、支持分布式部署

通過系統(tǒng)配置，平臺可將不同的業(yè)務模塊和數(shù)據(jù)庫進行分布式部署以適應超大并發(fā)訪問處理的需求。平臺可根據(jù)企業(yè)組織結構的需要進行分級部署，支持集團型企業(yè)的多級管控模式。

5、第三方系統(tǒng)的無縫集成能力

平臺通過標準化的系統(tǒng)接口和數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)與第三方系統(tǒng)的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)集成。特別對于工業(yè)應用系統(tǒng)可以提供can、OPC、modbus等各種數(shù)據(jù)接口，具備與各種自動化系統(tǒng)的集成能力。

3.數(shù)字化智能礦山應用功能建設

3.1數(shù)字化采礦軟件平臺

數(shù)字采礦軟件是對礦產(chǎn)資源數(shù)字化的一個工具，對資源進行數(shù)字化、模型化、可視化的管理。使整個礦山的礦脈分布和礦山的開采現(xiàn)狀特別的直觀展現(xiàn)，對于采礦的設計、開采活動的指導非常有價值。

數(shù)字采礦軟件能夠?qū)崿F(xiàn)各種模型的創(chuàng)建，包括地表模型、礦體模型、夾石和剝離物模型等；具有采礦設計、爆破設計、鉆孔數(shù)據(jù)庫、資源儲量的管理等功能。

數(shù)字采礦軟件平臺

3.2三維可視化管控平臺

系統(tǒng)采用先進的三維GIS平臺，以web形式進行發(fā)布，使用先進的WebGL地圖引擎，系統(tǒng)的性能高、精度高，支持各種三維動畫仿真、粒子效果等特效。系統(tǒng)支持3D,2D,2.5D形式的地圖展示，提供良好的觸摸支持，且支持絕大多數(shù)的瀏覽器，并支持手機端的訪問。

系統(tǒng)以礦山基礎信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎，結合礦山資源與開采環(huán)境建立三維數(shù)據(jù)平臺，為礦場的生產(chǎn)過程和設備運行提供智能的監(jiān)控和管理服務，共包含六個方面：礦山三維虛擬仿真、礦山裝備模型庫及材質(zhì)庫、自動化數(shù)據(jù)集成、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)集成、安全管理、生產(chǎn)作業(yè)過程管控。

三維可視化管控平臺

系統(tǒng)支持傾斜攝影、正射航拍等航拍地圖數(shù)據(jù)的集成，表現(xiàn)形式更友好、畫面更逼真。

3.3智能管控軟件平臺

智能管控平臺是數(shù)字化智能礦山的重要組成部分，它把數(shù)字化的資源和數(shù)字化的活動及活動過程的各種工具、物資、能源等消耗結合起來，進行智能的管控，實現(xiàn)生產(chǎn)管理的管控，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)全方位、精細化的管控，包括礦山的資源儲量的管理、生產(chǎn)的管理、設備管理、質(zhì)量化驗管理、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、安全隱患管理等，同時，系統(tǒng)能夠同其他信息系統(tǒng)如物資系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等，做數(shù)據(jù)的交互和對接，從而打通企業(yè)生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)層。

智能管控平臺

3.4卡車智能調(diào)度系統(tǒng)

建設卡車智能調(diào)度系統(tǒng)的目標是適應采礦生產(chǎn)過程中情況的變化，在露天礦設備數(shù)量一定的情況下，達到精細化配礦，實現(xiàn)對卡車、挖機等設備的位置及工作狀態(tài)的實時跟蹤、判斷、顯示與及時的故障排查、維修，實現(xiàn)精細化配礦，提高開采質(zhì)量和資源利用率，優(yōu)化調(diào)度設備作業(yè)運行，提升大型運轉(zhuǎn)設備的使用效率，降低燃料和備件消耗，及時準確地掌握礦山的生產(chǎn)運行情況，形成礦山生產(chǎn)過程的實時信息管理及決策支持系統(tǒng)，達到優(yōu)化管理礦山設備和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)量，節(jié)省費用，充分發(fā)揮設備的效率，提高礦山的管理水平，取得較高經(jīng)濟效益之目的。

通過實施卡車調(diào)度系統(tǒng)，實時監(jiān)控和優(yōu)化調(diào)度礦山生產(chǎn)作業(yè)車輛、工程車輛等設備的運行，形成一種信息化、智能化、集成化的新型現(xiàn)代礦山調(diào)度指揮和全方位的采礦生產(chǎn)控制和管理及決策智能化的平臺。通過該平臺實現(xiàn)及時響應生產(chǎn)決策、及時提供調(diào)整生產(chǎn)依據(jù)，形成礦山生產(chǎn)過程的實時信息管理與決策支持，達到優(yōu)化管理礦山設備和優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)量，節(jié)能降耗，提高礦山安全生產(chǎn)和科學管理水平。優(yōu)化原有資源配置，按質(zhì)按量優(yōu)化生產(chǎn)，及時適應生產(chǎn)條件的變化，對于設備故障和非正常生產(chǎn)情況及時調(diào)度，減少卡車不必要的空跑，降低油耗，同時根據(jù)鏟裝能力、運輸能力、破碎能力的平衡，可以優(yōu)化設備的出動數(shù)量。

架構設計

集群及其他多媒體應用組網(wǎng)示意圖

4.結論

通過數(shù)字化智能礦山建設，為水泥礦山企業(yè)改變了礦山傳統(tǒng)的粗放式的生產(chǎn)管理模式，可幫助礦山企業(yè)實現(xiàn)如下效益：

1、合理規(guī)劃礦山開采，有效延長礦山壽命

2、建立礦山三維地質(zhì)模型，進行地質(zhì)儲量計算，用于礦山開采計劃編制，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的數(shù)字化、精細化管理

3、通過三維GIS平臺實現(xiàn)礦山礦產(chǎn)資源、實時生產(chǎn)狀態(tài)的展示與可視化管理

4、合理搭配礦石開采，在穩(wěn)定生產(chǎn)質(zhì)量的前提下，增加廢石搭配量，高效利用資源

5、實現(xiàn)車輛的智能調(diào)度，優(yōu)化車鏟比例，提高設備效率，降低生產(chǎn)能耗

6、實現(xiàn)全流程的質(zhì)量監(jiān)控，保證礦山生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)的穩(wěn)定

7、提升管理效益、降低維護成本、減少設備故障率

8、降低人員勞動強度，減少生產(chǎn)人員，提高生產(chǎn)管理的準確度

9、實現(xiàn)礦山的綠色、環(huán)保、安全生產(chǎn)

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