國家電投內(nèi)蒙古公司礦山檢修企業(yè)智能化建設(shè)

王 亮，曹寶玉

（國家電投內(nèi)蒙古公司 礦山機(jī)電檢修公司，內(nèi)蒙古 霍林郭勒 029200）

從2007 年國家號召“兩化融合、走新型工業(yè)化道路”，到2015 年提出“中國制造2025”，再到2017年國家出臺《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)“機(jī)械化換人，自動化減人”。緊接著《中國制造2025》、《“互聯(lián)網(wǎng)＋”行動的指導(dǎo)意見》（2015—2018 年）行動計劃的出臺，契合了十八大會議精神，“推動兩化深度融合，堅持四化同步發(fā)展”[1]。黨和國家的一系列政策文件，標(biāo)志著打造創(chuàng)新型智慧檢修，推動傳統(tǒng)礦山設(shè)備檢修企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，已經(jīng)迫在眉睫。采用智能化高新技術(shù)來帶動傳統(tǒng)礦業(yè)的轉(zhuǎn)型企業(yè)和升級，可從本質(zhì)上提升礦山企業(yè)的核心競爭力，從而推動傳統(tǒng)礦業(yè)向安全、高效、經(jīng)濟(jì)、綠色與可持續(xù)的目標(biāo)發(fā)展[2]。

為貫徹落實集團(tuán)公司建設(shè)具有全球競爭力的世界一流清潔能源企業(yè)戰(zhàn)略部署，聚焦內(nèi)蒙古公司“建設(shè)世界一流綜合能源企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)，按照“打造行業(yè)一流礦山設(shè)備檢修公司”的戰(zhàn)略定位，國家電投內(nèi)蒙古檢修公司結(jié)合公司實際情況，初步提出企業(yè)檢修智能化思路架構(gòu)[3]，為進(jìn)一步推動檢修企業(yè)智能化建設(shè)提供參考。

1 礦山檢修企業(yè)智能化建設(shè)分析

礦山工程主要是以礦產(chǎn)資源為主要對象，在礦山區(qū)域進(jìn)行資源開發(fā)作業(yè)的過程[4]，以“零輕傷”為底線持續(xù)改進(jìn)健康安全；以“高效運(yùn)營”為原則強(qiáng)化設(shè)備保障；以“智慧化”為目標(biāo)提升人員檢修效率。從1 個目標(biāo)、2 個關(guān)鍵、3 個趨勢、4 個難點(diǎn)和檢修公司未來建設(shè)等方面分析智能化檢修企業(yè)建設(shè)。

1.1 檢修企業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)

智能檢修企業(yè)追求的最終目標(biāo)是降本增效，實現(xiàn)企業(yè)利益的最大化。側(cè)重于通過提升公司信息采集整理、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化服務(wù)、自動化操控、可視化展示、規(guī)范化集成等能力[5]，把檢修公司建設(shè)成為“安全、綠色、高效、智慧”的新型現(xiàn)代化檢修企業(yè)。

露天礦設(shè)備檢修的最大特點(diǎn)是檢修環(huán)境的不確定性。在這種背景下，全面、系統(tǒng)、及時、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備檢修信息，對設(shè)備的計劃性檢修和日常保養(yǎng)規(guī)律進(jìn)行清晰洞察，及時進(jìn)行有效地故障預(yù)判，這對提高公司設(shè)備檢修能力，提升核心業(yè)務(wù)優(yōu)勢是非常重要的。這就需要一個完善的信息系統(tǒng)的支撐，去實現(xiàn)設(shè)備檢修過程的智能化。

1.2 智能化建設(shè)需要遵循的2 個關(guān)鍵

礦山設(shè)備檢修智能化建設(shè)，必須準(zhǔn)確掌握企業(yè)的2 個關(guān)鍵點(diǎn)：

1）安全生產(chǎn)。安全是企業(yè)生存和發(fā)展的前提。“智能化檢修”必須以實現(xiàn)安全檢修、確保生產(chǎn)經(jīng)營穩(wěn)定為主線。智能化建設(shè)要圍繞設(shè)備使用環(huán)境、分析故障發(fā)展規(guī)律、確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、實時進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)跟蹤、落實技術(shù)改造方案、科學(xué)進(jìn)行突發(fā)故障分析等內(nèi)容。為建設(shè)“本質(zhì)安全型企業(yè)”提供可靠的信息化保障。通過利用違章抓拍，設(shè)備關(guān)鍵部位定點(diǎn)監(jiān)測，廠區(qū)作業(yè)無死角監(jiān)控，礦坑內(nèi)檢修移動球機(jī)跟蹤等可視化手段，從“人、機(jī)、環(huán)、管”四方面推進(jìn)“本質(zhì)安全型企業(yè)”技術(shù)落地。

2）降本增效。成本管控是檢修企業(yè)發(fā)展的生命線。企業(yè)的各項活動，包括設(shè)備檢修流程優(yōu)化、檢修計劃編制、輔助設(shè)備調(diào)度、設(shè)備點(diǎn)檢和維修、進(jìn)口配件的國產(chǎn)開發(fā)等都必須圍繞降本增效開展。與其它行業(yè)相比，檢修行業(yè)的成本優(yōu)化難度更大，需要考慮的因素更多、更復(fù)雜，需要依賴很多信息。如何有效收集相關(guān)信息、科學(xué)進(jìn)行檢修計劃的編制優(yōu)化和控制，同時如何利用大數(shù)據(jù)、信息化、智能化設(shè)備進(jìn)行檢修輔助，提高設(shè)備檢修的效率，是“智能化檢修”建設(shè)的關(guān)鍵。通過設(shè)備檢修信息化管理，確保設(shè)備上的每一根膠管、每一個泵閥都可控，通過分析故障規(guī)律和配件的使用時間，提前預(yù)判故障的發(fā)生，降低突發(fā)性故障發(fā)生概率，延長設(shè)備運(yùn)行時間，提高檢修作業(yè)效率。

1.3 檢修企業(yè)智能化發(fā)展的3 個趨勢

智能檢修的發(fā)展是一個不斷進(jìn)步的過程。經(jīng)過多年的技術(shù)革新發(fā)展，我國的采礦系統(tǒng)應(yīng)用已涉及采礦工程的多個領(lǐng)域，礦山的地質(zhì)研究、規(guī)劃與設(shè)計、生產(chǎn)工藝、管理等多個系統(tǒng)均在礦山工程當(dāng)中有較大程度地應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果[6]。礦山檢修從早期單純依靠經(jīng)驗判斷故障，進(jìn)行臨故檢修，到實時監(jiān)測設(shè)備各項指標(biāo)，利用大數(shù)據(jù)分析故障發(fā)生規(guī)律，進(jìn)行計劃檢修。從智能化檢修建設(shè)角度上看，檢修企業(yè)智能化發(fā)展將存在3 個趨勢。

1）數(shù)據(jù)化趨勢。基于各種傳感器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析等信息化技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備檢修過程可視化。同時利用大數(shù)據(jù)，對每臺設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，綜合考慮設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、檢修人員水平、檢修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行程度、配件可靠性等因素，得出設(shè)備檢修關(guān)鍵影響因素分析報告。指導(dǎo)檢修工作的不斷改進(jìn)、提高。

2）虛擬化趨勢。利用MR 混合現(xiàn)實技術(shù)，把計劃實施的大型技術(shù)改造可視化。在改造升級前對項目全過程進(jìn)行推演，有效規(guī)避改造過程中可能出現(xiàn)突發(fā)狀況和安全風(fēng)險。能夠提高設(shè)備檢修效率，降低設(shè)備停機(jī)時間甚至避免人身傷害。而且在出現(xiàn)大的突發(fā)故障或事故時，利用虛擬技術(shù)模擬設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，分析故障或事故原因，實現(xiàn)推演行為可視化，從而了解整個設(shè)備運(yùn)行情況，明確故障點(diǎn)并加以管控，可有效防止類似事件發(fā)生。此外，可以利用MR 技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，將設(shè)備檢修模擬信息加載到實地場景（見圖一），讓學(xué)員更加直觀地體會檢修生產(chǎn)實際。通過大數(shù)據(jù)的積累，今后礦山設(shè)備檢修企業(yè)的“師帶徒”就變成了“MR 帶徒”。最后，MR 混合現(xiàn)實技術(shù)可延伸到安全培訓(xùn)領(lǐng)域，它能夠模擬事故現(xiàn)場，使員工感同身受，進(jìn)而達(dá)到吸取事故教訓(xùn)的目的，確保培訓(xùn)效果進(jìn)一步提升。

3）智能化趨勢。作業(yè)管理過程中的危險因素及生產(chǎn)技術(shù)短板存在于整個礦山工程管理過程中，影響整體施工進(jìn)度與質(zhì)量，固需在礦山工程中應(yīng)用信息化技術(shù)，實現(xiàn)礦山工程信息化施工管理[7]，為了達(dá)到減人、無人的目標(biāo)，通過引進(jìn)焊接機(jī)器人等智能化設(shè)備，達(dá)到降低人員勞動強(qiáng)度、提高檢修效率的目的。

加強(qiáng)發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)等總成部件試驗臺智能化建設(shè)，將試驗臺測試數(shù)據(jù)全面采集，通過震動、煙氣成分、機(jī)油成分、冷卻液成分等的變化規(guī)律，經(jīng)過系統(tǒng)分析測算，判斷出總成部件潛在故障點(diǎn)，并對總成件的使用壽命和出現(xiàn)故障的配件提出預(yù)判報告。

1.4 智能化檢修建設(shè)過程中的難點(diǎn)

1）模式創(chuàng)新難。智能化不是手工管理的簡單模擬，同樣“智能化檢修”也區(qū)別于傳統(tǒng)的大型設(shè)備檢修管理模式，與“智慧礦山”建設(shè)的側(cè)重點(diǎn)更是不同。在“智能化檢修”條件下，如何建立科學(xué)、高效的現(xiàn)代大型設(shè)備維修管理體系，實現(xiàn)安全模式、高效模式和管理模式創(chuàng)新，是實現(xiàn)“智能化檢修”價值的最重要保證。

2）數(shù)據(jù)采集難。數(shù)據(jù)采集是設(shè)備檢修企業(yè)實現(xiàn)信息化的難點(diǎn)，也是“智能化檢修”建設(shè)的重要內(nèi)容和基礎(chǔ)，它要根據(jù)管理需求，綜合考慮人員投入、成本消耗、設(shè)備情況等因素，合理確定數(shù)據(jù)采集方式。露天礦設(shè)備不同于其他采礦設(shè)備，它有著點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)。每臺設(shè)備的運(yùn)行路線必須實時根據(jù)坑下采剝位置的變化和自然環(huán)境的改變而改變，這些都給數(shù)據(jù)采集帶來了一定的困難。

3）檢修模式難。礦山設(shè)備檢修分布點(diǎn)多面廣，電鏟及部分工程設(shè)備只能在坑下進(jìn)行檢修。受自然條件制約，檢修環(huán)境十分惡劣。信息基礎(chǔ)設(shè)施薄弱?！爸悄芑瘷z修”建設(shè)必須考慮這一突出問題。能集中檢修當(dāng)然最好，如果條件不具備，則要考慮坑下檢修、多數(shù)據(jù)分散收集的問題。坑下檢修環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備大型化難度較高，將進(jìn)一步考慮便攜式終端設(shè)備的坑下使用，以及關(guān)鍵部位的溫度、抖動跟蹤。

4）系統(tǒng)集成難。為了避免單個系統(tǒng)“信息孤島”的形成，“智能檢修”必須由多系統(tǒng)、多網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。主要包括通信集成、數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成、流程集成和門戶集成等層次。這些系統(tǒng)的集成并不是簡單的“1＋1”，而是在集成的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度融合。通過這些系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)檢修方案的智慧決策。因此智慧礦山物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用過程中，必須達(dá)到統(tǒng)一指揮、精準(zhǔn)定位、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時可對綜合地理信息進(jìn)行有效整合[8]。

2 礦山機(jī)電設(shè)備檢修公司下一步的發(fā)展

目前內(nèi)蒙古公司南露天煤礦正在進(jìn)行礦用設(shè)備無人駕駛項目試驗。以此為契機(jī)，礦山設(shè)備檢修也將向數(shù)字化、智能化邁進(jìn)，逐步實現(xiàn)自動化、智能化檢修。擬構(gòu)建“智慧機(jī)修系統(tǒng)”平臺，分為智慧安環(huán)、智慧檢修、智慧培訓(xùn)、智慧黨建、JYKJ 應(yīng)用5 大模塊。將安全生產(chǎn)、檢修培訓(xùn)、業(yè)績考核等業(yè)務(wù)融入到信息化管理中。

以智慧檢修模塊為例，建立智能生產(chǎn)檢修及調(diào)度系統(tǒng)，充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析功能，將運(yùn)行單位和檢修單位緊密聯(lián)系在一起，搭建協(xié)調(diào)統(tǒng)一、運(yùn)作規(guī)范的現(xiàn)代化調(diào)度管理體系。

2.1 智能數(shù)據(jù)采集

1）構(gòu)建生產(chǎn)檢修信息化管理系統(tǒng)。與南礦調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)備故障錄入系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫對接，提取相關(guān)數(shù)據(jù)到檢修公司信息平臺，進(jìn)行統(tǒng)計分析。掌握故障規(guī)律并對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實時掌控。

2）通過4.5G 或5G 專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。自動采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)（包括運(yùn)行參數(shù)、油溫、油壓、水溫、故障代碼）等。

3）人員手持點(diǎn)檢儀，將設(shè)備點(diǎn)檢過程中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)件裂紋，異常震動、溫度等實時上傳至檢修系統(tǒng)。智能數(shù)據(jù)采集可實現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可控，保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行，降低檢修費(fèi)用，減少人為錯誤，提高維修工作效率，精確核算各類成本等目的。

2.2 智慧調(diào)度管理

建立檢修調(diào)度系統(tǒng)，利用智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，掌握設(shè)備運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)運(yùn)行和檢修，合理安排設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)。對于無法回廠只能在坑下進(jìn)行檢修的設(shè)備（如挖掘機(jī)、履帶設(shè)備），利用移動監(jiān)控設(shè)備（布控球基），實現(xiàn)臨時檢修的監(jiān)管，達(dá)到檢修監(jiān)控?zé)o死角。有利于強(qiáng)化檢修標(biāo)準(zhǔn)落實，提高質(zhì)量管控和安全目標(biāo)實現(xiàn)。

此外，根據(jù)車間考勤機(jī)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等，實時掌握出勤人數(shù)、自有設(shè)備狀態(tài)、檢修人員作業(yè)位置分布等信息，便于統(tǒng)一調(diào)度管理和安排檢修工作。

2.3 輔助設(shè)備智能化

按照機(jī)械化、自動化和智能化發(fā)展目標(biāo)，建立智能檢修工位。配備智能焊接機(jī)器人，通過裂紋掃描自動追蹤焊縫進(jìn)行焊接。配備多功能機(jī)械臂，輔助檢修人員進(jìn)行重體力檢修。配備油污自動回收環(huán)保裝置，及時回收廢油、廢水，避免環(huán)境污染。歸根結(jié)底就是讓機(jī)器設(shè)備來代替檢修人員完成危險系數(shù)高、工作環(huán)境差的任務(wù)，改善檢修人員的工作條件，縮短檢修時間，提高檢修質(zhì)量，最大限度的提高工作安全性及日常檢修中的工作效率。

因此加強(qiáng)對于大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，利用此類技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和知識，為智慧礦山的生產(chǎn)、管理及決策提供有效參考[9]。

2.4 機(jī)器人智能化開采系統(tǒng)

機(jī)器人開采主要是為了提升礦山開采作業(yè)的安全性與效率性，同時實現(xiàn)對于人力資源的解放。機(jī)器人開展作業(yè)必須具備以下條件，礦產(chǎn)儲備條件精準(zhǔn)感知、截割軌跡精準(zhǔn)調(diào)控、機(jī)器人作業(yè)群組精準(zhǔn)配合以及礦山壓力精準(zhǔn)預(yù)警[10]。在此類條件均滿足的前提下，機(jī)器人智能化開采系統(tǒng)可通過設(shè)備擬人化，完成礦產(chǎn)開采作業(yè)。機(jī)器人截割軌跡精準(zhǔn)調(diào)控、支撐系統(tǒng)有效調(diào)節(jié)、礦山壓力預(yù)警等系統(tǒng)均是為保證整體礦業(yè)開采空間的安全性，同時，對于礦產(chǎn)儲備條件的精準(zhǔn)感知、保證工作區(qū)域整潔、礦產(chǎn)開采、輸送速度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，均是為了保障。機(jī)器人作業(yè)群組精準(zhǔn)配合，進(jìn)而提升整體開采效率，確保機(jī)器人智能化開采系統(tǒng)的有效應(yīng)用。

3 結(jié)語

在分析了礦山設(shè)備檢修智能化發(fā)展目標(biāo)、關(guān)鍵、趨勢和難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，初步提出了國家電投內(nèi)蒙古公司建設(shè)“智慧檢修企業(yè)”的發(fā)展方向，“智能化礦山”建設(shè)、智能化信息化發(fā)展、機(jī)器人開發(fā)應(yīng)用等方方面面，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，基于對檢修公司目前實際情況，結(jié)合現(xiàn)有智能化信息化發(fā)展前景提出了一個初步的規(guī)劃，希望能夠成為下一步“智慧檢修企業(yè)”發(fā)展的參考。