基于6S,的智慧化露天煤矿体系构建
时间：2022-12-09 19:35:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
林 淋
（中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司，辽宁 沈阳 110015）
随着云计算、人工智能、区块链、大数据等先进技术对传统产业的积极引导与融合，为煤炭行业注入澎湃动力的同时也为以创新、发展、智慧型为标志型的露天煤矿转型升级带来了新的契机。
大力加深煤炭行业智能化建设进程，客观上对构建智慧化露天煤矿提出了越来越高的要求。智慧型露天煤矿是集采矿技术、信息处理、人工智能、计算机技术高度结合的产物，智慧化露天煤矿的本质是实现安全、高效、生态、清洁、智能型露天矿山。智慧化露天煤矿是一个复杂系统，如果对其认知不足，易引起露矿企业的盲目建设，不仅消耗大量的资源，还会导致智慧矿山建设的停滞不前。为此，基于“6S”理论明确了智慧化露天煤矿的建设重点与建设方向，并涵盖其主要智能体系与技术要求。
6S 法源于20 世纪80 年代由国外引入的6S 管理发展理论[1]。该理论自被引入后应用到了国内各个生产领域，在质量、服务、环境及生产效率等方面成效显著。6S 理论以其简洁、凝练等特点被大多数企业与研究机构所引用并发展，如冯夕文所著的《浅析6S 管理在煤矿生产现场中的应用》将6S 理论应用在煤矿生产现场，并得出实施6S 现场管理后煤矿现场生产所取得的效果；
郭润泽所著的《煤炭企业6S 管理应用的痛点与对策研究》是将6S 理论深入到煤炭企业的内部管理，对组织机构、人员职责、企业文化标准进行分析研究；
杨志雄在《浅谈6S 管理在神维分公司安全管理中的应用》文章中构建了6S安全管理应用模型，以宏观角度分析了该模型在安全管理中的实施过程、实践经验和实施效果。
以此可以看出6S 理论涉猎范围广，应用灵活多样，是一种行之有效的发展理论与管理方法。同时，也可以发现上述对6S 理论的应用仅限于对管理方面的柔性应用，但6S 理论有其更大发展空间，尤其在现今以构建智慧化露天矿为核心的创新发展阶段。6S 智慧化露天煤矿集透彻感知、深度互联与智慧应用于一体，以稳固可靠（Stabilization）为基础，以安全（Safety）为保障，以感知（Sensory）为途径，以智能化体系（System）为支撑，运用现代先进科技理念，通过专业智慧化服务（Service）去构建智慧生态型[2]（Smart－ecotype）露天煤矿，实现煤炭资源的安全化、智慧化与绿色化开采，构建生态和谐、智慧高效、绿色可持续的露天开采新模式，使资源与环境协调统一、长治发展。
2.1 稳 固
稳固可靠是智慧化露天煤矿发展的基础。系统可靠性、数据可靠性、设备可靠性是智慧化露天煤矿所必须的三要素。智慧化系统的可靠性作为基础，兼顾着为其他各种智能化的高效实现奠定稳固的基石。
露天煤矿开采系统可以划分为包含地质勘查、爆破、剥离、采掘、运输、排土、复垦等多个分系统，各系统涉及因素众多且关联机制复杂。众多的分支综合构成了完整的露天开采系统，而系统链接的任何一个环节如果出现问题都会对整体系统产生非常大的影响，所以露天矿系统的稳固与可靠对于智慧矿山的高效运行具有十分重要的意义。
由于设备、数据、传感以及软件系统之间的耦合性[3]导致了智慧型露天煤矿分系统间关联机制复杂。针对此问题，露天矿综合系统应构建稳固工程，以保障露天矿综合系统稳定、高效的运行。稳固工程主要包括系统的可靠性设计、适应性试验、稳定性生产和智能化管理等方面。设计方案可以对系统的稳固性进行早期的预估，在初始阶段寻找易引起稳固性薄弱的环节，对其影响进行危害性分析（FMECA）和故障树分析（FTA）[4]；
此外，对于露天煤矿综合系统管理过程选择适宜的管理体系，例如，建立质量保证体系[5]、稳固性工作计划、制定可靠性标准等，从而保证综合系统薄弱环节可以有效控制并解决，避免因分系统的故障影响整个综合系统的稳固性。
保证数据可靠性要在露天煤矿智能化建设过程中，构建数据全生命周期管理，实现露天煤矿数据智慧化与生态化。以矿山数据库为依据，制定数据核查与监控机制，以数据实时服务的模式使数据可以达到实时提供、实时管控的快捷数据共享服务。
设备可靠性，需要以系统维护损失最小、总成本率最低以及总维修时间最少为优化目标[6]，智能识别生产状态与设备状态，自动生成生产与维护的联合驱动开采系统决策方案，建立基于生产与维护相协调的双层预知决策机制，以实现对设备的寿命评估、故障预测及性能趋势分析监控等，完成对设备全生命周期故障发生规律及其预防、控制与修复，大幅提高设备的可靠性，降低企业运行成本，实现设备智慧化的跨越发展，提升竞争力。
2.2 安 全
高效安全开采是露天煤矿遵循的第一准则。智慧化露天煤矿安全管理有赖于对矿山各安全要素透彻、详实、全面、细致地掌握。
露天开采的安全受环境、技术装备、人员以信管理水平等因素的综合影响。伴随着物联网技术的发展及其在露天煤矿的推广渗入，使得智慧化露天煤矿得以在安全监测、信息采集、传输方式等方面得到巨大提升。实时安全监测数据及时、全面采集，推动形成了基于物联网的露天矿山安全数据库[7]，以此为基础充分挖掘安全数据蕴含的规律加以有效利用，实现露天煤矿的安全预测预警双重预防机制。
智慧露天煤矿安全预测预警双重预防机制[8]将技术与预防机制有机融合，在露天煤矿个性化安全管理全面兼容的基础上，实现从风险辨识、评价、管控、排查、治理等全过程的智能化。
安全预测预警双重预防机制必须确保每一个环节都得以有效落实，每一个易引危险因素都需要得到有效控制，实现安全工作的闭环管控。智慧化安全闭环管控系统能够实现从早期的隐患排查、生成对策、处理执行、效果分析的全过程闭环管控，实时明确并完成各环节的责任，确保整个体系各项工作的高效率高质量完成。
2.3 感 知
深度感知是智慧化露天煤矿的重要特点。深度感知以物联网、云计算为核心，利用泛在感知[9]、信息传输处理技术，来解决实时异构数据快速交换、多元数据快速接入、分布式协同处理及服务[10]等，实现对真实露天矿的整体可视化、数字化与智慧化，使得露天矿物联网实现从感知到的应用互联互通与智慧化信息交互，这是未来露天矿智慧化建设与生产发展的必然趋势。
智慧化露天煤矿感知建设的总体方案是将地质勘查、剥采、运输、排土、爆破、复垦、管理、矿山安全以及绿色生态等环节的信息全部数字化，将传感传输技术、信息处理加工、智能云计算、现代信息管理与控制技术等与现代露天采矿技术紧密融合，构建露天矿山人与人、人与物、物与物相关联的当代物联网络，详尽形象地描述并控制露天矿的安全生产与动态管理的全过程。
秉承感知建设总体规划原则，将露天煤矿感知系统划分为感知整合、感知拓展、感知提升3 个层次。3 个层次通过先进的物联网络实现全面、直观覆盖；
利用3DGIS[11]系统实现露天矿的全息展示。感知整合主要是相关信息的集成与基础数据的收集，是感知系统建设的核心与基石；
感知拓展主要是集成信息的传输与延展；
感知提升主要是与其他系统（例如ERP 系统）结合衔接进而提升综合系统的应用范围与能力。
露天煤矿感知系统以敏捷、高效、安全、兼容为目标，最终实现露天煤矿的“4 个智慧化”，即基础数据智慧化、开采过程智慧化、管理控制智慧化、决策处理智慧化，以此构建完善的露天煤矿感知系统。
2.4 体 系
露天煤矿智慧化体系是将新一代信息技术与露天煤炭开采进行深度融合，建立以数字化、物联网为基础、智慧化赋能的多层次露天煤炭开采模式。
体系架构中的“顶层设计”[12]是构造智慧化露天煤矿的关键核心。“顶层设计”是针对主体结构和主要模式的设计。顶层设计是大局观，是从宏观维度对智慧化露天煤矿建设的全局性的把握。顶层设计不仅归纳了总体目标还规范了各级模型与各层次功能，将露天煤矿的核心问题清晰化。顶层设计详细分析了智慧化露天煤矿中整合、拓展、提升3 个层次架构，细化出每一层次的具体功能与应用要求，并对智慧化露天煤矿的生产运营模式进行了深入分析。顶层设计是综合体系的基础，是构建智慧露天矿体系的关键。
在顶层设计的约束下，新技术与露天煤矿开采、运输、管理等环节进行深度融合是建设智慧化露天煤矿体系的基础。物联网、大数据、云计算、区块链等技术以其特有的高效率、低延时、广连接等优势，不仅为露天煤矿智能化建设构建了稳固的数据传输媒介，同时为矿山综合体系提供了精准的数据算法支撑与响应模型。
露天矿智慧化体系搭建了灵活的传输通道，可以确保数据信息高效、完整、可靠地传输。运用先进的物联网大数据平台可以对露天煤矿进行全方位多维度实时安全监测，从而实现露天煤矿的智慧增效、智慧增安、智慧运营，使智慧型露天煤矿实质名归。
2.5 服 务
露天煤矿大数据服务模式，主要包含云服务、专业化矿企内部服务、专业化社会服务3 个方面。
1）云服务。利用构建的露天煤矿云基础设施，围绕露天开采自身特点，以资源共享为核心，搭建开发者与应用单位之间共享平台[13]，协调两者间的互联互通，彻底解决露天煤矿生产系统信息孤岛问题，真正将数字与算法价值最大化。云服务汇聚了露天煤炭开采全产业链资源，集结了数据与应用等服务的共性接口，将各系统应用共性服务模块化，再将模块以接口形式辐射各方，进而支持其他应用的调用访问，加速了应用系统的快速开发，实现了服务间的高效互通。
2）专业化矿企内部服务。针对露天煤矿实际工作而构建的全生命周期数据管理系统，将原有点对点数据服务，转换为专业化大数据共享服务，智慧感知、自主决策，疏通了信息壁垒以数据共享服务的形式支撑各级体系。此外，在顶层的云数据中心构建协同关系分析系统，运用人工智能建立智慧化数据引擎，构建大数据知识库以保证服务有针对性的落实。矿企内部专业化服务在技术架构上，利用微服务架构和开放API 形式[14]对外提供，同时具备权限控制和授权功能，可以持续面向对象提供不同的专业数据服务。
3）专业化社会服务。当前露天煤矿智能化技术与设备的维护主要是由设备厂商进行，随之而来的是维护不及时、沟通偏差、兼容性差等问题凸显，严重影响了智慧化露天矿设备与系统的稳固性与可靠性。为了解决此类问题，需从信息化系统实时监测维护的角度，通过物联网云平台构建统一远程信息运维专线体系[15]，遵循“一切资源化、资源数据化”的原则，实现将所有基础设施资源、软件资源、数据资源、应用资源、服务资源等进行统一的运营维护管理。例如，针对设备系统的运营维护，可以从设备设计到其应用建立完整的生命周期运维模式，从而实现对露天矿设备的智慧化健康管理，将服务数据生态化，使数据与服务化成有机整体。
2.6 智慧生态
智慧化露天煤矿以智慧生态为构建目标，以智慧环境保护为约束，以智慧科技为保障。智慧型露天煤矿的开采应与生态治理并举，以生产促进生态环境的改善。加强智慧露天矿山的建设与区域经济一体化协调发展，强化资源配置，打造全方位智慧运行、科学绿色的新型露天矿生态圈。
建立露天煤矿智慧化绿色生态系统，采用新一代5G、大数据、物联网、云计算、区块链等信息技术对露天煤矿的人、材、机、管、环进行全面系统感知、数据传输、分析决策、处理控制，利用云平台与数据库，实现露天煤矿生态数据的云存储与三维展现，提高智慧化生态系统的智能性与可靠性；
采用智慧绿色露天开采与生态复垦一体化技术，可实现露天煤矿高质量的绿色可持续开发；
在露天矿区域打造集开采技术、生态技术、数字技术于一体的绿色智慧空间，深化露天矿区与周围社会的双向互动，将能源开发与绿色生态、数字产业相融汇，建立一种新型模式的露天矿特色文化区，为开采、生态与社会三者的协调可持续发展注入新的动力。此外，绿色生态系统还可加强推进煤与其他伴生资源的协同勘查与开发利用，在露天矿区附近构建智能化选采加工业，延伸煤炭产业链及价值链[16]。
1）基于当前露天煤矿智能化现状与智慧化发展需求，从智慧露天煤矿系统规划角度出发，提出露天煤矿智慧化建设核心：稳固可靠（Stabilization）、安全（Safety）、感知（Sensory）、体系（System）、服务（Service）和智慧生态型（Smart－ecotype）。根据这6个方面的内容及特点，指明了露天煤矿智慧化建设的重心及关注点。按照6S 建设要求，对系统规划进行设计，确保露天煤矿系统的智能性、可靠性、安全性与生态性，打造出智能高效、和谐有序、协调一致、绿色可持续的新型智慧化露天煤矿开采模式。
2）智慧化发展是露天煤矿的必然方向，6S 理论是智慧化发展的核心驱动力。未来露矿企业的比较优势在根本上完全取决于其智慧化发展创新程度，通过6S 理论，可以助力露矿企业在智慧矿山建设中，正确认识自己的优劣态势，引领露天煤矿企业找到适合自身发展的智慧型矿山建设方向。
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