数字矿山建设与设备管理.pdf

SerialNo. 446 July. 2006 矿 业 快 报 EXPRESS I N A T I ON OF M I N I N G I NDU STRY 总第446期 2006年7月第7期 王汝杰,设备矿长,高级工程师, 114043辽宁省鞍山市。 数字矿山建设与设备管理 王汝杰 高景俊 鞍钢矿业公司齐大山铁矿 摘 要根据国内外矿山信息化发展趋势,结合鞍钢数字矿山建设总体规划以及鞍钢齐大山铁 矿多年来设备管理与信息化建设经验,对数字矿山建设的核心问题进行了探讨,并从采选自动化与 设备管理的角度分析了数字矿山的内容与关键技术。 关键词数字矿山;设备管理;自动化 中图分类号 TD8029 文献标识码A 文章编号 10092568320060720009204 D igitalM ine Construction and EquipmentManagement W ang Rujie Gao Jingjun Q idashan Iron M ine, M ining Co. , A nshan Iron Equipment management; A utomation 1 引言 国内外矿业生产实践证明,技术进步对于冶金 矿山生产的影响十分重大。不断涌现的新技术是未 来矿业发展的必由之路。其根本原因在于企业生存 需求①降低生产成本;②提升人员素质以及设备的 生产率;③延长矿山服务年限;④在生产、 安全环境 与资源利用上平衡相关利益的需求。 从采选生产的全过程来看,有限的技术投资主 要集中在短平快和增值较大的技术改造项目上。因 此,冶金矿山的生产重点已经转向高精度设备定位、 生产调度、 设备管理与维修、 企业资源整体优化与企 业管理决策等项目。提高设备的自动化程度与基于 信息技术的设备与生产管理已经成为矿山生产的核 心,是将各项技术以及矿山生产与管理的各个组成 部分有机地联系在一起的关键。 目前,鞍钢齐大山铁矿在信息技术的建设方面 已经取得了可喜的成效,已完成包括计算机网络在 内的硬件和软件基础设施建设。在采、 选设备自动 化、 设备零缺陷管理、 采矿生产调度、 能源管理控制 以及办公自动化方面均已进入实施应用阶段。分析 目前状况可以看出,存在的主要问题是数据与信息 存在孤岛,生产管理调度未能实现整体优化,各类业 务以及管理决策不能充分利用已有信息和知识。亟 待解决的是整合利用矿山生产过程中的各类数据、 信息和知识从系统的角度来优化生产与管理,为矿 山生产提供调度、 管理与决策支撑系统。 针对矿山采 选生产的特殊性,重点解决制约矿山生产调度、 决策 以及过程优化的一系列瓶颈问题,在已有控制系统、 调度系统、 专业应用以及信息管理系统之上,面向应 用主题,面向业务,为生产与管理服务。通过信息的 多层次融合,实现信息、 知识的集成化、 智能化管理、 深层次分析与应用,为矿山生产与管理提供完善的 解决方案。 2 数字矿山建设 信息技术带动传统产业发展是矿山发展的必由 之路。目前矿业信息技术发展状况可分为3个层次。 1在市场经济和不正当竞争冲击下,一部分矿 山企业面临困境,企业为维持就业和简单再生产已 9 十分艰难,有关技术创新与信息化建设的投入很少; 企业对信息和企业信息化的重要性,以及信息技术 对社会和经济的积极促进作用认识不足,对于如何 运用信息技术促进企业发展和提高企业的市场竞争 力缺乏统筹规划和战略考虑,企业不愿对信息化建 设进行投入。导致处于这个层次上的矿山企业在激 烈变化的市场竞争中和在以信息为主导的知识经济 面前无所适从。 2经济效益稍好、 现代化程度较高、 基础管理 较好的矿山企业,近几年来已开始进行了信息化建 设,包括计算机办公设备购置、 通讯网络改造、 局域 网建设等,网络带宽、 速度和结构等指标都是比较高 的。 由于忽视了应用软件和信息资源的开发、 应用和 管理,导致没有形成符合本企业实际的软件体系;企 业基础信息的采集、 整理、 处理与利用工作做的不 够,结果造成资源的极大浪费,信息建设的投入也见 不到实效。 3经济效益较好的矿山企业近几年来在进行 信息工程建设时,比较合理地处理了资金投入比例。 由于缺少全局性统筹规划,在应用系统建设和信息 标准化建设方面出现了混乱局面。各基层单位的信 息化水平是提高了,但全局的整体信息化水平并没 有得到大的提升。企业基础信息无法实现网络共享 和互操作。 由于系统的差异和标准不一致,系统难以 兼容。 数字矿山是面向基础矿产资源勘探开发、 生产 管理与安全预警的综合信息平台;涉及矿产资源的 勘探、 开发、 储运、 销售等生产和经营活动的信息采 集、 传输交换整合以及分析处理应用。 把矿山空间相 关数据和信息组织起来,通过数字开采、 矿山生产安 全预警、 矿山生产的运营决策等领域的信息技术应 用,实现资源的优化配置和综合利用。 数字矿山的基 本构架包括3个层次信息获取与传输层、 信息资源 管理与整合交换层以及具有行业应用特点的业务支 撑平台。 根据目前我国矿山信息化建设的实际情况, 将首先解决数字矿山的关键技术,并以此推动数字 矿山的整体建设以及应用。 3 设备自动化与数字矿山 采选设备的自动化程度是数字矿山建设的基础 和标志。综合分析影响矿山生产效率主要瓶颈问题 的关键技术包括①用于工艺优化的信息和通讯技 术;②自动控制;③设备操作与维护;④单台设备作 业能力;⑤人的因素。 采选生产自动控制早就成为矿业研究与开发的 重点。遥控与无人操纵开采自动化控制技术一直处 于发展阶段。 从信息采集与控制的角度来看,自动化 控制与设备管理、 生产管理的集成与优化调度是生 产管理的基础,也是今后发展的重点。 从设备发展状况来看,有效的利用就成为设备 管理的主要走向。 随着装备水平的提高,采矿生产向 更好的维护、 污染控制以及操作熟练等方向发展。 通 过有效的操作与维护提高设备的性能和作业率,包 括重要部件的监控和维护计划,将设备诊断信息传 送给设备供货维修商得到实时服务等措施来保障设 备的安全高效运行。 1生产管理与设备管理的融合。 阿奎拉 AQU I LA公司、 卡特彼勒Caterpillar公司、 模块 采矿小松公司[M odular M iningKomatsu ] 在 GPS定位与操作监控技术的基础上开发出了电铲 监控系统。系统是根据作业区的地质条件与几何形 状向电铲司机提供一份设备位置平面图。电铲上的 各个传感器提供机械状况与生产作业的数据。 例如, 根据铲斗的运动和测量数据,机载计算机便可推断 出从爆堆中铲出并装入汽车内的物料量及其地质特 性。 然后,计算机根据已爆破台阶新形成的最大可能 形状修正测量数据。GPS定位信息和几何位置能帮 助电铲司机平整工作台阶。 2生产过程与管理自动化。 温科国际采矿系统 有限 公 司W encoInternational M ining System s L td. 和美国模块采矿M odularM ining公司供应 调度系统。系统包括无线电通信设备、 定位传感器 GPS和控制终端计算机 ; 历史档案数据库、 处理 报告生成器、 生产效率监控及优化算法。 可以采用一 种算法将汽车调度至装载站,并可按多种方案进行 优化。 最常用的方案是按汽车效率进行优化,假定条 件是如汽车利用率优化,则矿石产量便得到优化。 3设备监控与设备管理。 采选生产过程有大量 的数据,计算机网络与信息处理技术创造了一种信 息共享的环境,在这样的环境之下,随时可以方便地 获得最新数据。信息种类包括设备维检、 库存、 生 产、 采矿工程、 选矿生产过程信息、 设备信息以及设 备预算以及成本。 设备维修信息,可以包括设备档案或机况,是由 设备上的机械状况传感器获得的。传感器用于帮助 设备供应公司保证设备能够保持设备合同所规定的 技术性能,这些信息还可用于优化设备维修工作。 通过采取机况维护、 预测性维修与预防性维修 等措施,可以将机械状况与设备档案信息用于优化 01 总第446期 矿业快报 2006年7月第7期 维修工作。只有在分析设备操作与维修档案数据的 条件下才能进行预测性维修,因此必须掌握与储存 大量的相关数据。然后运用算法来预测进行设备维 修的最佳时间。 机况监控也是如此,因为这是根据新 的信息和变化的信息设计的一组用以不断再优化维 修过程的程序。 预防性维修也需要详细可靠的信息, 因为设备的作业时数必须跟踪记录,以便确定车辆 何时需要进行保养。 这项信息、 可以很容易地从大多 数调度系统以及其他与生产有关的数据来源获得。 4 鞍钢数字矿山建设整体规划 411 数字矿山建设现状 鞍钢齐大山铁矿是我国较早提出数字矿山建设 的企业。在矿山基础信息化方面已经投入了大量的 资金,在信息采集、 网络环境、 软件的引进、 开发和应 用方面做了大量的前期工作,初步形成了数字矿山 所需要的基础条件。 1系统基础条件。 已经完成了覆盖齐矿主体生 产车间网络建设;实现了管理和控制两类网络的建 设。各类服务器、 小型机和磁盘阵列齐备。 2采矿部分。完成了采场的GPS系统建设;完 成了采掘设备的控制和操作系统改造,为移动设备 运行状态的数据采集提供前提;完成了采场矿床地 质模型的数据采集,录入工作。 3选矿部分。 选厂的自动控制实时信息传入到 公司指挥中心;实现了选矿浮选工艺过程自动控制 功能。 4管理部分。 建立了全矿包括生产、 质量、 设备 管理、 安全管理的生产支持系统;建立了设备点检定 修计算机管理系统,实现了设备备件按生命周期 进行动态管理;建立了全矿能源消耗数据采集、 统计 系统。 412 数字矿山建设规划 鞍钢数字矿山建设的宗旨是以矿山资源数字化 为基础,以网络为依托,以信息技术为手段,以推动 地质、 测量、 采矿、 选矿、 烧结生产科研创新、 优化生 产运行、 规范经营管理、 提升科学决策水平。鞍钢数 字矿山是以矿山生产为核心,针对矿山地质、 测量、 采矿、 选矿、 烧结生产的实际需求,研究涵盖生产流 程核心业务的信息资源规划、 数据采集、 信息集成、 综合应用等数字矿山技术应用体系;解决数据采集 与传输、 数据交换与共享、 智能调度优化与决策资 源、 采矿、 选矿、 烧结等关键技术问题,通过矿山生产 核心业务的数据中心与生产综合应用以及生产智能 调度优化与决策系统的建设。 达到资源优化配置、 工 艺布局合理、 设备运行高效,实现 “资源清晰、 精准采 矿、 智能配矿、 优化控制” 的目的,为鞍钢建立精品原 料基地。在鞍钢初步建成涵盖露天和地下采矿、 选 矿、 烧结的示范数字矿山。见图1。 5 数字矿山建设的关键技术 1设备数据采集与传输技术。 矿山生产采矿设 备大多为移动设备,生产工程作业数据采集的流动 性非常强,从降低数据通信成本角度出发,可能会选 择不同的传输方式,但是环境条件的变化,数据通信 方式可能发生改变,管理需要采集设备,移动设备数 据采集与传输技术是项目研究的难点之一。 图1 数字矿山网络 2矿山生产调度优化研究。 矿山生产调度涉及 到地质、 采矿、 选矿、 烧结等多个核心业务的多个子 系统,通过对每个子系统进行资源优化,系统化地研 究包括地质、 采矿、 选矿、 烧结等核心业务的矿山生 产调度模型与策略研究。同时通过生产调控优化与 控制研究,实现调度过程的协调统一和优化,开展涵 盖矿山工程作业资源优化、 矿山采矿、 选矿系统运行 等在内的矿山日常生产优化调度技术和应急调度优 化技术研究工作是数字矿山走向实用的基础。 矿山生产应急调度技术研究中,针对矿山采矿、 选矿、 烧结生产应急调度的及时性要求,研究基于智 能自律分散的应急调度技术。研究非结构化案例的 表征、 管理、 推理与案例修正技术,并结合调度经验 和应急调度模型的构建,实现基于案例推理的动态 应急调度与调度优化。 同时开展生产、 运输等其它核 心业务的应急调度特征研究,形成适用于不同业务 的应急调度技术,保证矿山生产核心业务在紧急情 况下的有效进行。 3矿山生产智能决策技术研究。 矿山生产需要 11 王汝杰 高景俊数字矿山建设与设备管理 2006年7月第7期 解决矿山决策方案设计,需要支持生产调度和决策 方案设计的高效率智能辅助决策平台。传统的矿山 生产调度决策技术对于具有确定模型的局部性静态 决策问题,能给出优化的决策方案。对于系统性、 全 局性的复杂大系统,具有不确定性、 分散性的矿山实 时生产调度与动态决策问题,由于问题的复杂性、 信 息的不完备、 数据不准确,难以给出合理的优化决策 方案。 充分挖掘和合理利用已有的知识,实现矿山生 产调度与智能决策。充分利用矿山生产过程中积累 的大量历史数据和信息,开展矿山数据挖掘与可视 化技术研究,形成有针对性的数据挖掘技术体系,为 生产调度提供决策支持;从认知的角度来模拟专家 的调度过程,开展元调度与元决策策略的形成机制 研究,形成基于认知的元决策策略。 4矿山生产智能调度优化与辅助决策应用系 统建设。基于上述研究成果,采用数据包络分析、 多 智能体以及基于组件的软件采矿、 选矿、 烧结生产技 术,建立涵盖矿山工程作业资源优化、 矿山运输系统 运行等在内的矿山日常生产调度和应急调度的智能 调度优化与辅助决策应用系统。 5采选生产过程建模与仿真。 利用采选生产过 程控制系统采集生产数据,建立过程的数学模型进 行仿真分析数据,实现对生产过程的最优化控制,既 可以用实际数据,也可以对新的工艺流程进行初始 的物性参数设定后进行仿真研究,避免了生产试验 的风险。 仿真系统可以进行局部细化分析、 整个过程 重现、 提供过程故障分析平台,比生产试验具有更强 的针对性。 它还可以解决科研与生产的矛盾,能够对 不同数学模型做出比较、 评价,为新的控制系统设计 提供必要的技术支撑。 随着计算机技术的迅猛发展, 目前的仿真技术已推向整个采选生产过程系统的仿 真,包括设备、 控制、 生产过程、 运营管理等。仿真技 术与生产过程控制技术的结合将会为矿山生产带来 显著的经济和社会效益。 6 结语 利用先进的信息技术开发建设数字矿山,完成 采选设备状态信息、 生产与管理信息整合,通过数 据、 信息与知识的综合分析处理,实现设备状态评 估、 故障诊断,维修规划、 采矿生产调度、 计划和方案 动态调整、 矿粉质量评估预测、 产量与需求预测与各 类决策和业务支撑技术是数字矿山建设的根本目 标。鞍钢集团鞍山矿业公司齐大山铁矿将在已有控 制系统、 调度系统、 计算机网络、 以及应用软件的基 础上,通过多层次信息整合与应用整合,实现矿山生 产调度、 管理控制一体化。 将前沿技术与生产实际相 结合,根据现代矿山生产管理决策流程,构建智能化 矿山生产调度与优化支撑平台,实现生产过程整合, 建设智能化矿山生产制成平台。 参 考 文 献 [1] Choon Yeul Lee A know ledge management scheme for meta2 dataanination structuregraphDecisionSupport System s Volume 36, Issue 4, M arch 2004, Pages 341～354. 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