智能化助力矿山高质量运营——矿山信息化、数字化建设的思考与建议
陈兴海
矿山企业的信息化、数字化和智能化是以矿山系统为原型，以矿山科学技术、信息科学、人工智能和计算科学为理论基础，以高新矿山观测和网络技术为支撑，建立起一系列不同层次、可用多媒体和模拟仿真虚拟技术进行多维表达，同时具有高分辨率、海量数据和多种数据的融合及空间化、数字化、网络化、智能化和可视化的技术系统。
矿体品位估值三维图
矿山信息化、数字化和智能化现状
进入21世纪以来，随着矿山现代化建设的快速推进，矿山在生产计划编制、生产与设备运行、生产统计报表、月报成本分析、安全报表等方面均已实现信息覆盖，信息数据也都实现了电子化，表现为主要生产、成本、设备等指标数字化。设备配置的关键指标参数实现了数字化测量显示与控制，物料领用系统自动审批出库。主体设备、辅助设备大部分实现智能化控制，生产主工艺流程控制系统均实现了DCS中控控制，试验检测仪器和手段也在逐步智能化。
根据工程特点，选用可编程逻辑控制器（PLC），配备可靠、先进的检测元件及执行机构，完成对车间生产过程及设备的监控。监控系统可对生产过程参数和设备的运行情况数字化显示、累积、记录并进行调节、联锁和报警，还可自动生成报表。
现代化的数字和可视化监控系统监视所管辖区工艺生产过程（温度、压力、流量、料位、重量等）及主要机电设备运行状态（开、停、故障、电流和电压等）参数，并自动调节主要工艺参数，实现设备装置的控制管理及设备联锁启停保护等。
DCS（分散控制系统）遵循“控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调”的设计原则，从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，甚至最高层的战略决策，形成一个具有柔性、高度自动化的管控一体化系统，实现各工段生产过程检测参数显示及过程控制。
新型全自动剥片机组和控制系统软件实现了产品的高效生产，提升了产品的质量。
基于虚拟现实技术，采用三维矿业软件（3Dmine、Dimine、Minesight等）对矿山地表地形、工业场地等要素进行全三维建模。
通过实测数据的采集、转换在三维虚拟平台上显示地质、地形空间关系，查询采矿生成的时空发展位置、集成可扩展的多通道场景投影；导入地表数字模型和地质模型数据、各种实体模型和属性数据，综合水文、岩石力学、地压等采场信息，实现采矿相关数据与采场空间模型的集成显示。
矿车数据采集与管控调度系统已经应用于采剥生产。调度系统由移动终端、通信及差分和调度管理系统三部分组成，通过移动终端完成设备位置并获取状态信息，经由通信链路将信息传输到调度中心并进行分析处理，再将控制信息反馈到移动终端。系统在实时监控矿山设备的同时，全面采集生产信息，建立详细准确的生产数据库，实时全面展现生产信息并对生产过程进行分析决策。
边坡在线检测系统对边坡岩土体内部沉降、倾斜、错动、土壤湿度、孔隙水压力变化等进行连续监测，及时捕捉边坡性状变化的特征信息，通过数据分析和计算对边坡的整体稳定性进行判断，及时有效做出诸如山体边坡崩塌、滑坡等灾害发生的预警预报，提高矿山生产安全。
尾矿库在线监测系统对尾矿库区域进行实时自动化监测，并辅以现场巡视。实现对尾矿坝体变形、内部位移、浸润线、库水位、干滩、雨量、溢流井沉降、倾斜的实时监测。
目前信息化、数字化和智能化建设不足之处
目前矿山生产制造过程中，生产设备、检测仪表的信息采集及各控制系统的命令执行大多是采用模拟信号。控制系统采用的是PLC和DCS系统，没有采用全数字化的FCS控制系统。
生产计划与调度、工艺过程管理、设备管理等管理数字化主要还是停留在计算机和网络的应用，没有实现工业管理软件的覆盖。
生产过程中的预警如泵池、药剂罐、料液池液位、搅拌器、浓密机压力等设备运行的报警信息，还未完全实现智能化控制和传输，还需要通过加大巡查力度满足实际需要。
此外，不同地区网络承载能力也制约着数据、信息的传输。
信息化、数字化和智能化建设设想
总体设想是建设以PCS（过程控制系统）为代表的智能生产过程控制层，以MES（生产过程制造执行系统）为代表的生产过程运行优化层，以ERP（企业资源管理）为代表的企业生产经营优化层，以及企业管理分析决策系统。
以PCS（过程控制系统）为代表的智能生产过程控制层主要内容包括先进控制软件、软测量技术、实时数据库技术、可靠性技术、数据融合与数据处理技术、集散控制系统、多总线网络化控制系统、基于高速以太网和无线技术的现场控制设备、传感器技术、特种执行机构等。
以MES（生产过程制造执行系统）为代表的生产过程运行优化层主要内容包括先进建模与流程模拟技术、先进计划与调度技术、实时优化技术、故障诊断与健康维护技术、数据挖掘与数据校正技术、动态质量控制与管理技术、动态成本控制与管理技术等。
以ERP（企业资源管理）为代表的企业生产经营优化层主要内容包括企业资源管理（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM)、产品质量数据管理（PqDM)、数据仓库技术、设备资源管理、企业电子商务平台等。
企业管理分析决策系统则提供面向数据分析与决策支持的多种应用手段或功能集成，以满足从不同角度进行数据分析的需要，如报表统计分析、关键绩效指标分析、数据采集与汇总分析等。
信息化、数字化和智能化建设主要表现为几个具体功能的实现。对生产设备和检测仪表的信息采集进行数字化升级处理，控制系统数字化升级，完成数据的收集与数字化转换；关键环节引入工业管理软件，融合设备运维、工艺控制、计算机技术、网络技术、管理科学，通过数字化赋能，解决生产车间的核心环节问题；在数字化信息化的基础上，通过计算机技术实现生产线的智能化智慧化；根据数字化对网络的要求，全面提升网络系统；开展数字化、信息化、智能化培训，结合已有的管理平台，打造数字化智能化工厂。
三维可视化平台建设。通过Unity3D等虚拟现实开发平台或者技术框架和大数据管理平台，在采矿基本场景模型的基础上，综合各种传感器数据、生产执行数据和矿山管理数据等，实现矿山全景三维展现、漫游监视功能。
矿山生产资源管理系统涵盖设备管理、能耗管理、物资管理等。设备管理以设备基础台账信息、运行信息为基础，建立符合矿山设备管理业务需求的设备综合管理平台，实现采选生产设备运行状态的实时、远程监控，重点设备重点关注，出现问题自动报警。通过对设备的运行数据分析以及设备的运行情况诊断（诊断模型），配合精细化的检维修管理，提高设备故障预判能力，将设备管理由“事后维修”转变为“事前预测”，逐步提高设备的运行效率，减少维护和运行成本，最终达“实时监视、安全可靠、经济高效”的目标。
能耗管理通过建立能源计划、计量和检测网络，帮助矿山企业摸清耗能情况，弄清矿山生产中的能源构成及其来龙去脉，从而了解能源损失的大小与分布、损失的原因和存在的问题，以利于采取节能措施。通过对能源数据的精准集采和分析，掌握能源的有效利用率，余能资源率，及产品的能耗数据，帮助矿山企业制订合理的能源消耗计划和能源考核制度，进而建立一整套科学有效的矿山生产能耗评估机制。
物资管理通过对生产物资的计量、运输、库存数据的实时采集和分析，建立矿山企业统一的物资信息平台，避免人为篡改数据，减少运输过程中的物资流失，实现库存信息精准记录，信息动态刷新、实时可查。清晰掌握金属资源和生产物料的收、发、存，重点跟踪关键物资，通过下钻即可了解分析详细的物资移动信息，如实反映物资流向，从而揭露生产薄弱环节，为指导生产提供翔实可靠的数据资料，最大限度地合理利用资源，最终帮助矿山企业建立一套计量精准、运输透明、库存精确的科学化物资管理体系。
矿山安全管理系统是帮助矿山企业建立一套安全教育培训的考评体系，增强企业安全生产能力。通过便捷的移动设备与标准的业务流程，实现安全检查工作规范化；通过对生产隐患的全程跟踪，实现安全工作的责任化，将安全检查工作落到实处。通过实现生产事故的快速上报、高效处理以及事故后的还原、总结和分析，不断丰富事故的预防机制，减少事故的发生率，不断提升应急处理能力，最大限度减少损失，从而逐步完善矿山生产的安全评估机制，不断优化安全管理工作。
信息化、数字化和智能化实施方案旨在建立安全监测监控系统，涵盖基础数据的建立和管理、模型的构建、设计与优化、 执行与控制、管理系统、决策支持系统等，从而推进矿山开采机械化，选冶工艺自动化、智能化，关键生产工艺流程数控化率不低于70%，推动产业绿色升级，实现矿山企业生产、经营、管理的信息化。
信息化、数字化和智能化建设是以矿产资源、人员、物料、设备、资金、信息等要素组成的整体系统为对象，进行规划、设计、评价和创新，以提高矿山企业效率、降低成本、保证人员安全健康、增加经济效益为目标，对矿山企业整体系统进行优化的一项综合性工程，是资源可持续发展的重要基石，也是建设现代化绿色矿山要实现的目标。
（此文发表于《中国矿业报》2022-08-01 作者系中铁资源集团华刚矿业股份有限公司副总工程师兼生产技术部部长，高级工程师。）
