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、卡車調度系統(tǒng)，以數(shù)字化的方式對采場地質數(shù)據(jù)、儲量數(shù)據(jù)進行建模和管理，通過三維GIS平臺對采場的生產進行展示和管理，并通過智能化管控平臺對生產、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，對采礦生產的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、地質勘測數(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、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。應用模塊具有高內聚和低耦合的特性。模塊內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)字采礦軟件能夠實現(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庫、自動化數(shù)據(jù)集成、生產過程數(shù)據(jù)集成、安全管理、生產作業(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)生產管理的管控，實現(xiàn)礦山生產全方位、精細化的管控，包括礦山的資源儲量的管理、生產的管理、設備管理、質量化驗管理、生產數(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)生產管理的數(shù)據(jù)層。

智能管控平臺

3.4卡車智能調度系統(tǒng)

建設卡車智能調度系統(tǒng)的目標是適應采礦生產過程中情況的變化，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，提高開采質量和資源利用率，優(yōu)化調度設備作業(yè)運行，提升大型運轉設備的使用效率，降低燃料和備件消耗，及時準確地掌握礦山的生產運行情況，形成礦山生產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)化生產過程，提高產量，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。

通過實施卡車調度系統(tǒng)，實時監(jiān)控和優(yōu)化調度礦山生產作業(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)代礦山調度指揮和全方位的采礦生產控制和管理及決策智能化的平臺。通過該平臺實現(xiàn)及時響應生產決策、及時提供調整生產依據(jù)，形成礦山生產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)化生產過程，提高產量，節(jié)能降耗，提高礦山安全生產和科學管理水平。優(yōu)化原有資源配置，按質按量優(yōu)化生產，及時適應生產條件的變化，對于設備故障和非正常生產情況及時調度，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、建立礦山三維地質模型，進行地質儲量計算，用于礦山開采計劃編制，實現(xiàn)礦產資源的數(shù)字化、精細化管理

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

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

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

6、實現(xiàn)全流程的質量監(jiān)控，保證礦山生產的質量和生產的穩(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，減少生產人員，提高生產管理的準確度

9、實現(xiàn)礦山的綠色、環(huán)保、安全生產

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