智能礦山未來發(fā)展趨勢(shì)有哪些？

以下介紹的是智能礦山 未來三大發(fā)展趨勢(shì)。

1.智能礦山產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1.1 數(shù)字孿生技術(shù)平臺(tái)化服務(wù)趨勢(shì)

數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展問題

數(shù)字孿生技術(shù)作為礦山生產(chǎn)的底層基礎(chǔ)，既是礦山時(shí)空生產(chǎn)對(duì)象的數(shù)字化映射，也是各類智能 化系統(tǒng)的載體，充當(dāng)著圍繞生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的中臺(tái)。數(shù)字孿生技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，將為智能 化礦山的發(fā)展構(gòu)建良好的基礎(chǔ)。數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展需要解決表面三維建模與地質(zhì)建模融合、數(shù) 字孿生建模空間計(jì)算、數(shù)字孿生高效低成本構(gòu)建等三個(gè)方面的問題。

表面三維建模與地質(zhì)建模的融合問題： • 可見部分露天礦的地表建模、井工礦的巷道建模與不可見的地質(zhì)建模需進(jìn)行有效融合，以實(shí)現(xiàn) 全面的數(shù)字孿生模型構(gòu)建。大部分其他場(chǎng)景的數(shù)字孿生技術(shù)公司并不熟悉礦山行業(yè)的三維地質(zhì) 建模，這類數(shù)字孿生模型僅能搭建生產(chǎn)環(huán)境，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象的時(shí)空數(shù)字定義功能。 ◆ 數(shù)字孿生建模空間計(jì)算問題： • 礦山數(shù)字孿生體作為生產(chǎn)對(duì)象，要為礦山設(shè)計(jì)、進(jìn)度、質(zhì)量等方面的數(shù)字化管理提供精確定義 和計(jì)算支持。目前，大部分三維建模技術(shù)未能匹配融合基于CAD的空間計(jì)算引擎，同時(shí)也未能 實(shí)現(xiàn)二維、三維視圖之間的切換，導(dǎo)致三維模型主要被用于展示而非實(shí)際的業(yè)務(wù)操作。二、三 維圖紙協(xié)同等基本功能也是當(dāng)前亟需解決的問題。 ◆ 數(shù)字孿生高效低成本構(gòu)建問題： • 不同于制造業(yè)，礦山的數(shù)字孿生體會(huì)隨著生產(chǎn)作業(yè)推進(jìn)而實(shí)時(shí)發(fā)生變化。模型的高效快速且低 成本構(gòu)建是其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問題。礦山柔性化、精細(xì)化生產(chǎn)的起點(diǎn)來自于生產(chǎn)計(jì)劃編制、 質(zhì)量進(jìn)度核驗(yàn)的周期縮短，高效低成本模型供應(yīng)也是智能礦山柔性生產(chǎn)的基本條件。

數(shù)字孿生技術(shù)平臺(tái)化服務(wù)模式

數(shù)字孿生技術(shù)平臺(tái)化服務(wù)模式通過專業(yè)化、規(guī)模化模型服務(wù)來降低數(shù)字孿生建模成本，提高效 率和技術(shù)專業(yè)化。 ◆ 首先，建設(shè)區(qū)域級(jí)服務(wù)平臺(tái)可為礦山密集區(qū)域提供大規(guī)模的建模服務(wù)。這種服務(wù)模式有助于降 低單個(gè)礦山建模的成本，并克服了各礦山自行購買設(shè)備和處理技術(shù)瓶頸所帶來的低效問題，尤 其是解決了因人員技術(shù)限制而難以進(jìn)行進(jìn)一步專業(yè)化處理的問題。 ◆ 其次，服務(wù)平臺(tái)通過融合衛(wèi)星、無人機(jī)、礦區(qū)雷達(dá)等多源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型的多維度數(shù)據(jù)采集， 結(jié)合衛(wèi)星的大面積普查能力、無人機(jī)的高精度詳查優(yōu)勢(shì)以及地面雷達(dá)的高實(shí)時(shí)監(jiān)察功能，使得 不同建模技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以互補(bǔ)。 ◆ 最后，服務(wù)平臺(tái)為智能礦山其他系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)模型，基于模型為各類系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)串聯(lián)提供平 臺(tái)，同時(shí)賦予時(shí)空數(shù)據(jù)這一新的維度，為智能礦山綜合管控奠定數(shù)字化基礎(chǔ)。 ◆ 平臺(tái)化的建設(shè)也為智能礦山管理部門提供數(shù)據(jù)支撐，解決了礦山生產(chǎn)運(yùn)營與監(jiān)管的信息對(duì)稱問 題，降低了監(jiān)管成本以及監(jiān)管工作對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的影響，為無人化礦山的安全評(píng)估提供了空天地 視角和可追溯數(shù)據(jù)支撐，特別為無人化礦山運(yùn)營的監(jiān)管制度提供了便捷手段。

1.2 無人駕駛技術(shù)模塊化運(yùn)營趨勢(shì)

無人駕駛大規(guī)模落地瓶頸問題

無人駕駛作為礦山無人化裝備技術(shù)中的重要組成部分，是礦山數(shù)字化技術(shù)鏈條的終端和執(zhí)行端。 無人駕駛技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，目前在部分礦山中已經(jīng)開始大規(guī)模落地應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化無人 運(yùn)行、動(dòng)態(tài)多編組運(yùn)行。無人駕駛車輛與有人車輛的混合編組也能夠較好地融合運(yùn)行，技術(shù)上 已具備落地的可行性。然而，礦山無人駕駛?cè)匀幻媾R全鏈條數(shù)字化未能貫通、生產(chǎn)過程企業(yè)參 與度不足以及成本較高等問題。

無人駕駛技術(shù)環(huán)節(jié)未能與智能礦山系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全鏈條數(shù)字化貫通： • 在生產(chǎn)計(jì)劃端，無人駕駛企業(yè)較少與智能礦山整體框架融合。例如，卡車調(diào)度系統(tǒng)尚未與智能 礦山的任務(wù)分派環(huán)節(jié)有效連接。在運(yùn)營端，無人駕駛企業(yè)與主機(jī)廠的產(chǎn)業(yè)鏈合作模式在多樣性 現(xiàn)狀下尚未形成高效的協(xié)同。無人駕駛設(shè)備的開發(fā)和運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)化仍在探索之中，無人駕駛企業(yè) 與工程運(yùn)營企業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分工合作模式也尚未明確。 ◆ 智能礦山系統(tǒng)下生產(chǎn)對(duì)象和生產(chǎn)工具的技術(shù)發(fā)展缺少生產(chǎn)過程企業(yè)深度參與： • 數(shù)字孿生和透明地質(zhì)保障等生產(chǎn)對(duì)象技術(shù)以及無人駕駛和遠(yuǎn)程控制等生產(chǎn)工具技術(shù)正在快速發(fā) 展，但礦山產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)——工程運(yùn)營承包企業(yè)的數(shù)字化水平尚未達(dá)到較高水平。工程 企業(yè)對(duì)于無人駕駛技術(shù)的未來交付車輛或技術(shù)不夠熟悉，限制了生產(chǎn)對(duì)象與生產(chǎn)工具的有效銜 接，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)作業(yè)全鏈條的貫通。 ◆ 短期內(nèi)無人駕駛運(yùn)營的成本仍然大幅高于有人運(yùn)營： • 目前無人化工程運(yùn)營受限于自身技術(shù)效率和投入運(yùn)營的規(guī)模經(jīng)濟(jì)不足，成本遠(yuǎn)高于有人工程運(yùn) 營。只有實(shí)現(xiàn)整體礦坑無人化獲得噸煤安全費(fèi)用降低的彌補(bǔ)，才能快速實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地的經(jīng)濟(jì) 可行性。此外，還應(yīng)關(guān)注無人礦卡以外的其他相關(guān)設(shè)備的無人化，加速礦山整體無人化方案的 實(shí)施和落地。

無人駕駛技術(shù)模塊化運(yùn)營商業(yè)模式

以上三方面問題并非單一企業(yè)能夠解決。礦山無人化工程運(yùn)營是一個(gè)基于礦山場(chǎng)景的綜合問題， 涉及企業(yè)較多，在傳統(tǒng)技術(shù)框架下已經(jīng)形成了一定的產(chǎn)業(yè)鏈分工模式。基于數(shù)字化背景下的產(chǎn) 業(yè)鏈重組需要通過產(chǎn)業(yè)平臺(tái)來逐步推動(dòng)。中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)成立的礦山無人化運(yùn)營產(chǎn)業(yè)服務(wù) 平臺(tái)就是圍繞這一目標(biāo)，引導(dǎo)各方思想行動(dòng)，爭(zhēng)取逐步化解以上問題。 ◆ 首先，在典型示范礦山項(xiàng)目上將智能礦山頂層設(shè)計(jì)與無人駕駛系統(tǒng)進(jìn)行融合。項(xiàng)目啟動(dòng)之初即 以實(shí)現(xiàn)礦山業(yè)務(wù)鏈全流程數(shù)字化為目標(biāo)，整合智能礦山的綜合管理平臺(tái)、無人駕駛的云控制平 臺(tái)、5G通信技術(shù)以及超融合數(shù)據(jù)中心等，形成統(tǒng)一的配置體系。這一整合旨在減少各系統(tǒng)間的 重復(fù)配置成本，并確保礦山環(huán)境、安全監(jiān)測(cè)、管理數(shù)據(jù)與無人駕駛業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及其他相關(guān)信息的 數(shù)據(jù)貫通。特別是對(duì)于道路平整、粉塵處理設(shè)備的統(tǒng)一調(diào)度管理，可有效降低無人駕駛的環(huán)境 復(fù)雜度以及感知難度。

其次，生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、任務(wù)分派數(shù)據(jù)和運(yùn)力調(diào)度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全鏈條貫通。礦山無人駕駛與社會(huì)場(chǎng) 景無人駕駛主要區(qū)別在于礦山無人駕駛未能解決運(yùn)輸對(duì)象即“客人”的來源和去向問題，這些 都需要依靠生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)來定義。只有以生產(chǎn)計(jì)劃為起點(diǎn)，從工程管理企業(yè)現(xiàn)有的人員車 輛管理、物料管理、運(yùn)距管理、成本管理等系統(tǒng)出發(fā)，構(gòu)建數(shù)字化的工程管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，推進(jìn) 工程運(yùn)營的成本管理實(shí)現(xiàn)精細(xì)化計(jì)量，從根本上運(yùn)籌優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)車輛的配置和物料等候，才能最 大限度提高無人化工程運(yùn)營的全鏈條數(shù)字化成本優(yōu)勢(shì)，從而為未來執(zhí)行柔性生產(chǎn)管理奠定數(shù)字 化基礎(chǔ)。 ◆ 最后，通過中國產(chǎn)業(yè)促進(jìn)會(huì)、中國礦業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)推動(dòng)政府部門出臺(tái)相關(guān)政策，包括基于礦山 無人化工程場(chǎng)景下的行業(yè)發(fā)展指引以及安全操作規(guī)程、無人化礦山安全監(jiān)管辦法以及無人駕駛 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等一系列政策法規(guī)，逐步建立礦山無人化工程場(chǎng)景合法化的制度體系，從根本上為無 人化運(yùn)營提供制度保障，并逐步推動(dòng)礦山安全費(fèi)用對(duì)于無人化運(yùn)營的政策補(bǔ)貼扶持。

3.一體化協(xié)同管理智慧中臺(tái)趨勢(shì)

綜合管控平臺(tái)現(xiàn)有問題

智能礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求大部分礦山企業(yè)配備綜合管控平臺(tái)系統(tǒng)。綜合管控平臺(tái)系統(tǒng)作為礦山各 個(gè)子系統(tǒng)集成中心和數(shù)據(jù)融合管理中心，與5G、超融合數(shù)據(jù)中心等系統(tǒng)共同成為智能礦山系統(tǒng) 的基礎(chǔ)設(shè)施和公共平臺(tái)。從礦山實(shí)際應(yīng)用的情況看，綜合管控平臺(tái)等同類系統(tǒng)仍需要解決業(yè)務(wù) 與職能管理一體化缺失、多源數(shù)據(jù)未以時(shí)空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)以及數(shù)字化一體化融合不完善等問題。

平臺(tái)建設(shè)未能基于業(yè)務(wù)管理及職能管理的一體化、精細(xì)化流程優(yōu)化： • 智能化系統(tǒng)的建設(shè)本質(zhì)上是要提高礦山精益管理以及柔性生產(chǎn)水平，礦山從設(shè)計(jì)到開采等各個(gè) 環(huán)節(jié)的流程優(yōu)化和一體化設(shè)計(jì)是智能化綜合管控的根源和基礎(chǔ)。然而，目前大多數(shù)系統(tǒng)僅停留 在數(shù)據(jù)信息集成階段，通過中控大屏提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以輔助人為管理。在部署這些系統(tǒng)之前，礦 山企業(yè)往往沒有對(duì)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)管理和職能管理進(jìn)行流程梳理和優(yōu)化，更未能充分考慮數(shù)字化帶 來的新方法和工具以及對(duì)管理職能的重塑。 ◆ 目前的多源數(shù)據(jù)融合未能以時(shí)空數(shù)據(jù)為平臺(tái)基礎(chǔ)： • 時(shí)空數(shù)據(jù)作為礦山工程的生產(chǎn)對(duì)象以及作業(yè)環(huán)境，是各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)。缺 少時(shí)空維度將導(dǎo)致生產(chǎn)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)缺少足夠的信息支撐，來進(jìn)行實(shí)時(shí)管理和可視化管理，限制 智能化決策的迭代。因此，融合時(shí)空數(shù)據(jù)，尤其是三維地質(zhì)模型等關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)，已成為新疆 等地區(qū)智能化礦山建設(shè)文件明確的關(guān)鍵技術(shù)需求。但從現(xiàn)實(shí)情況來看，不同廠商之間對(duì)此尚有 藩籬，由于軟件企業(yè)銷售模式的限制，很難輕易將數(shù)據(jù)交給其他企業(yè)進(jìn)行融合乃至互動(dòng)。

從采礦設(shè)計(jì)到工程進(jìn)度計(jì)劃鏈條尚未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和一體化融合： • 傳統(tǒng)的采礦設(shè)計(jì)主要是基于CAD等工具的二維設(shè)計(jì)，目前已逐步向三維設(shè)計(jì)軟件過渡，三維地 質(zhì)建模、儲(chǔ)量計(jì)算和礦體估值技術(shù)都取得了較大的進(jìn)步。然而，在三維采礦設(shè)計(jì)完成后，三維 模型并未能有效傳遞至其他業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃和進(jìn)度安排未能與塊體模型建立數(shù)字化的 聯(lián)系。與建筑行業(yè)通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的協(xié)同管理相比，礦山行業(yè)尚未應(yīng)用類似的一體化管理平 臺(tái)，業(yè)務(wù)流程之間依然依賴于圖紙交換而非模型數(shù)據(jù)交換，主要在于礦山行業(yè)缺少能夠?qū)崿F(xiàn)模 型數(shù)據(jù)交互的協(xié)同管理平臺(tái)。

礦山綜合管控平臺(tái)向協(xié)同管理方向發(fā)展

◆ 綜合管控平臺(tái)是整個(gè)智能礦山的核心系統(tǒng)，也將隨著礦山智能化進(jìn)程不斷迭代和演進(jìn)。基于目 前各類相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，綜合管控平臺(tái)將進(jìn)一步向協(xié)同管理平臺(tái)的方向發(fā)展。 ◆ 首先，融合三維地質(zhì)建模的礦山數(shù)字孿生技術(shù)是礦山各類系統(tǒng)的基礎(chǔ)，基于時(shí)空數(shù)據(jù)的多源數(shù) 據(jù)融合中臺(tái)為礦山業(yè)務(wù)管理和職能管理提供多維度的數(shù)據(jù)可行性。中國礦業(yè)大學(xué)推動(dòng)的數(shù)字空 間底座平臺(tái)，為低成本、高效率的數(shù)字孿生提供了基礎(chǔ)，促進(jìn)礦山各類數(shù)據(jù)的融合，將極大增 強(qiáng)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)功能維度和可視化管理便捷性。

其次，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，礦山的業(yè)務(wù)管理和職能管理存在較大的優(yōu)化空間。高效率的測(cè) 量和建模可提高生產(chǎn)計(jì)劃的更新頻率，相關(guān)的安全管理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理從相對(duì)業(yè)務(wù)后端逐步與 生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)同步，使得風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警提示和安全管理措施在動(dòng)態(tài)進(jìn)展的綜合管控平臺(tái)上實(shí)時(shí)可見。 以往基于各個(gè)專業(yè)知識(shí)和管理要求建立的職能部門，存在一崗多能、綜合管理等方面優(yōu)化的空 間。智能化、無人化礦山的建設(shè)，將通過技術(shù)驅(qū)動(dòng)管理職能逐步匹配適應(yīng)智能化、無人化。

最后，從三維礦山設(shè)計(jì)到生產(chǎn)計(jì)劃、工程進(jìn)度計(jì)劃，基于三維地質(zhì)模型的數(shù)字孿生平臺(tái)可實(shí)現(xiàn) 作業(yè)空間運(yùn)籌優(yōu)化，通過礦體的模型對(duì)象數(shù)字化實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)計(jì)、計(jì)劃編制、任務(wù)分配一體化建 模管理。基于三維數(shù)字孿生模型的一體化管理，是礦山精細(xì)化、柔性化生產(chǎn)管理的成熟狀態(tài)， 也是智能礦山建設(shè)過程中智能化決策的基礎(chǔ)。從一體化的管理到無人駕駛等一體化的作業(yè)執(zhí)行， 全鏈條數(shù)字化將使礦山生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)前所未有的效率提升。相較于傳統(tǒng)管理系統(tǒng)，整個(gè)數(shù)字化系統(tǒng) 的優(yōu)勢(shì)在于克服傳統(tǒng)管理模式下人才水平、專業(yè)能力的客觀限制，將專家經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突?shù)化， 進(jìn)而推動(dòng)協(xié)同管理下的智能調(diào)度、柔性生產(chǎn)。 ◆ 為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)展方向，需要基于數(shù)字空間底座等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)一步整合各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，融 合精益管理理念，對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行數(shù)字化再造。因此，以中國礦業(yè)大學(xué)為依托建立智慧礦業(yè)創(chuàng) 新集群以及礦山無人運(yùn)營服務(wù)平臺(tái)將提高整個(gè)生態(tài)的協(xié)同進(jìn)化，將最大限度提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)， 降低各類礦山應(yīng)用成本，并奠定大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的效率提升基礎(chǔ)。