日前,由中國煤炭工業(yè)協(xié)會主辦、中國中煤能源集團(tuán)有限公司協(xié)辦的2021中國國際煤炭發(fā)展高峰論壇在中國國際展覽中心(新館)隆重舉行。在期間舉行的煤炭企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展分論壇上,中國工程院院士、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)校長、黨委副書記葛世榮通過視頻方式作了題為《基于數(shù)字孿生的煤礦智能化技術(shù)》的主題報告。
煤礦智能化的五個轉(zhuǎn)型特點
《報告》認(rèn)為,智能化、去碳化、生態(tài)化和再電氣化是煤炭技術(shù)革命的四大路徑,其中智能化是煤炭當(dāng)前的發(fā)展重點。智能化煤礦是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的采礦設(shè)備自動化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、開采過程透明化、采掘現(xiàn)場無人化、礦山環(huán)境低損化,能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效、無人操作的自協(xié)作礦山系統(tǒng)。其重要特征是單機(jī)自主運行、集群平行協(xié)作和系統(tǒng)數(shù)字孿生。煤礦智能化主要有五個轉(zhuǎn)型特點:一是從人工知識表達(dá),到大數(shù)據(jù)驅(qū)動的知識學(xué)習(xí);二是從分類型處理的多媒體數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)向跨媒體的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、推理;三是從追求智能機(jī)器,到高水平的人機(jī)、腦機(jī)相互協(xié)同和融合;四是從聚焦個體智能,到基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的群體智能;五是從擬人化的機(jī)器人,轉(zhuǎn)向更加廣闊的智能自助系統(tǒng),比如智能工程、智能城市、智能煤礦。
煤礦數(shù)字化缺少“3T”融合 全面升級路徑要做好“四個提升”
《報告》指出,初級智能化或高級自動化主要在礦山生產(chǎn)過程自動化,重點在遠(yuǎn)程遙控和自動化操作方面。高度自動化、信息化的智能化礦山是未來礦山的終極目標(biāo)。目前煤礦智能系統(tǒng)化存在短板,煤礦全系統(tǒng)缺少數(shù)字化融合,尤其缺少“3T”融合,即:礦業(yè)IT技術(shù)、采礦OT技術(shù)和礦山物聯(lián)網(wǎng)MIOT技術(shù)的融合。
《報告》認(rèn)為,數(shù)字化、智能化是不同層次的要求。數(shù)字化解決了社會經(jīng)濟(jì)中的“看不見”的問題;智能化是由“數(shù)據(jù)+算法+算力”構(gòu)成的決策系統(tǒng),解開了數(shù)據(jù)蘊藏的巨大能量,解決了對經(jīng)濟(jì)活動“看得透”的問題,在人類和機(jī)器活動中,提供生產(chǎn)工具、配置資源、創(chuàng)造價值。智能化煤礦是在數(shù)字化煤礦的基礎(chǔ)上,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和感控技術(shù)加強(qiáng)大數(shù)據(jù)服務(wù),以提高生產(chǎn)過程可控性、減少采礦人工參與、優(yōu)化生產(chǎn)排程。
《報告》指出,煤礦智能化需要重視人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、采礦機(jī)器人等新基建工程。其中,大數(shù)據(jù)是知識、人工智能是大腦,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是骨骼,5G是通信神經(jīng),采礦機(jī)器人是手臂?!秷蟾妗诽岢隽嗣旱V數(shù)字化全面升級路徑,共分為四個方面:一是工藝升級。即以數(shù)據(jù)驅(qū)動、軟件定義、平臺支撐、智能管理等要素來改造采礦生產(chǎn)流程;二是設(shè)備升級。即基于人工智能和深度學(xué)習(xí),使采掘裝備具有自主運行能力,實現(xiàn)無人化操作;三是功能升級。即對采礦業(yè)嵌入數(shù)字化功能,使采掘云流程持續(xù)保持連接和交互,提高生產(chǎn)效率;四是融合升級。即依托大數(shù)據(jù)管理,以數(shù)據(jù)、算例、算法為核心,建立部門跨業(yè)務(wù)智能運營條件。
從煤炭智慧衡量維度看,智能化煤礦的數(shù)據(jù)治理能力包含信息采集能力、信息存儲能力、數(shù)據(jù)挖掘能力、數(shù)據(jù)應(yīng)用能力和自動控制能力。智能化煤礦的數(shù)據(jù)架構(gòu)由礦山物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)等組成。其中,礦山物聯(lián)網(wǎng)是智能化煤礦的數(shù)據(jù)架構(gòu)的主要骨架,是獲得更高程度采礦自動化基礎(chǔ)條件;信息物理系統(tǒng)實現(xiàn)信息系統(tǒng)和物理空間交互,是關(guān)鍵平臺,支撐智能礦山使能技術(shù)。
目前,煤礦信息物理系統(tǒng)技術(shù)存在較大差距。一是數(shù)據(jù)技術(shù)(DT)薄弱,尤其是有效獲取在采礦過程重要節(jié)點和部位的有用數(shù)據(jù)技術(shù);二是分析技術(shù)(AT)缺乏,尤其是缺乏數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)驅(qū)動建模;三是平臺技術(shù)(PT)空白,難以實現(xiàn)將采礦數(shù)據(jù)反饋實現(xiàn)敏捷性、復(fù)雜事件的智能處理;四是運營技術(shù)尚處于起步階段,數(shù)據(jù)驅(qū)動決策能力較弱,采礦自感知、自預(yù)測、自協(xié)調(diào)能力不足。
數(shù)字孿生搭建煤礦智能化新平臺
《報告》認(rèn)為,煤礦智能化進(jìn)入了新層次,已基本實現(xiàn)單機(jī)自動運行(點控),部分實現(xiàn)流程集中控制(集控),正在實現(xiàn)遠(yuǎn)端自動監(jiān)控(遠(yuǎn)控),將要實現(xiàn)數(shù)字孿生運維(智控)。
數(shù)字孿生是煤礦智能化的核心技術(shù),通過數(shù)字孿生實現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)交互,建立數(shù)字智采工作面。數(shù)字孿生智采工作面是一個數(shù)據(jù)可視化、人機(jī)強(qiáng)交互、工藝自優(yōu)化的高逼真采煤工作面三維鏡像場景,包括物理工作面、數(shù)字工作面和數(shù)據(jù)信息交互等三個部分。其架構(gòu)包括10項關(guān)鍵技術(shù):物理工作面、虛擬工作面、孿生數(shù)據(jù)、信息交互、模型驅(qū)動、邊緣計算、沉浸式體驗、云端服務(wù)、信息物理系統(tǒng)、智能終端。
《報告》提出了基于數(shù)字孿生煤礦智能化實施路線,主要分為四個步驟:一是實現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接和可見,目前煤礦多處于這個階段;二是實現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動,這是目前煤礦智能化建設(shè)主要的努力方向;三是實現(xiàn)礦山數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)驅(qū)動與持續(xù)智能,即通過實時數(shù)據(jù)獲取與分析等手段實現(xiàn)決策與運營的一體化;四是實現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價值共生,即集合產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)字孿生組織,成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生?!秷蟾妗愤€提出了八大任務(wù),分別為構(gòu)建礦山數(shù)字孿生模型、構(gòu)建CPS空間孿生數(shù)據(jù)平臺、構(gòu)建數(shù)字孿生礦山一體化方案、構(gòu)建物理空間智采數(shù)字孿生模型、構(gòu)建數(shù)字孿生的礦山智能監(jiān)控、基于數(shù)字孿生的礦山設(shè)備故障預(yù)測、基于數(shù)字孿生的多模態(tài)人機(jī)交互和構(gòu)建持續(xù)智能的數(shù)字孿生體。