人工智能技術(shù)在煤礦電機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用探究

張乘風(fēng)，王廣龍

（陜西延長石油巴拉素煤業(yè)公司，陜西 榆林 719000）

人工智能技術(shù)從本質(zhì)上來說，即依據(jù)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，利用編程操作融入個(gè)人思考，以此為基礎(chǔ)運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作和控制。隨著科技的發(fā)展、電子計(jì)算機(jī)的優(yōu)化及完善，人工智能是未來發(fā)展的重要方向，能夠獲得廣泛應(yīng)用。運(yùn)用人工智能技術(shù)，可以對(duì)成本進(jìn)行控制，節(jié)省人力、物力、財(cái)力等資源。除此以外，通過合理性較強(qiáng)的操作還可以提高生產(chǎn)效率。人工智能技術(shù)一方面可以運(yùn)用在人們?nèi)粘５纳钪?，另一方面，可以運(yùn)用在煤礦電機(jī)設(shè)備中。

1 人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及特點(diǎn)

1.1 發(fā)展歷程

1956年，美國達(dá)特茅斯學(xué)院明斯基、麥卡錫等科學(xué)研究人員開會(huì)研討了“怎樣運(yùn)用機(jī)器智能對(duì)人進(jìn)行模擬”。在此會(huì)議中，首次提出了“Artificial Intelligence”概念，即人工智能（AI），是人工智能這一學(xué)科誕生的標(biāo)志。20世紀(jì)80年代早期，隨數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人工智能又一次回到全世界人民視野中，同時(shí)形成了第二代人工智能，其將專家系統(tǒng)看作代表。不過，隨著應(yīng)用人工智能的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，專家系統(tǒng)漸漸暴露出獲取知識(shí)困難、應(yīng)用領(lǐng)域較狹窄等問題。20世紀(jì)80年代晚期，人工智能出現(xiàn)發(fā)展低潮期。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)持續(xù)的發(fā)展、算法算力以及數(shù)據(jù)分析能力的提升，人工智能技術(shù)再次迎來了發(fā)展新高潮。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

全新一代人工智能技術(shù)在感知信息、處理信息、操控行為等內(nèi)容方面獲得了不小的突破，具體來說，在感知信息方面主要包括智能感知技術(shù)、語音感知技術(shù)和圖像感知技術(shù)等；在處理信息方面主要包括智能推薦技術(shù)、醫(yī)療診斷技術(shù)、填詞賦詩技術(shù)、語言翻譯技術(shù)等；在操控行為方面主要包括自動(dòng)化駕駛技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能家居技術(shù)、仿真機(jī)器人等。現(xiàn)階段，此類技術(shù)已在工業(yè)生產(chǎn)中成功應(yīng)用。

1.3 發(fā)展特點(diǎn)

人工智能技術(shù)具備以下特征：（1）將數(shù)據(jù)看作基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)在大數(shù)據(jù)支持的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化原有的模型以及算法，進(jìn)而順利落實(shí)智能化任務(wù)。（2）具備較高的準(zhǔn)確性。應(yīng)用人工智能技術(shù)是在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，此深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最明顯的優(yōu)點(diǎn)即能夠?qū)崿F(xiàn)不間斷、深度的學(xué)習(xí)。在此類條件支持的前提下，人工智能技術(shù)能夠經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)自我的優(yōu)化，進(jìn)一步落實(shí)高度準(zhǔn)確應(yīng)用。（3）將模仿以及實(shí)現(xiàn)人智能化行為看作目標(biāo)。開發(fā)和應(yīng)用人工智能技術(shù)最明顯的目的在于利用智能機(jī)器人進(jìn)一步替代或者模仿人智能化行為，將某些復(fù)雜行為交給機(jī)器人操作，解放人類。

2 人工智能技術(shù)應(yīng)用在煤礦機(jī)電設(shè)備中的優(yōu)勢

隨著科技的持續(xù)發(fā)展，人工智能技術(shù)逐漸成為工業(yè)技術(shù)核心的構(gòu)成部分。人工智能是諸多技術(shù)按照系統(tǒng)所具備的目標(biāo)功能不斷優(yōu)化組織目標(biāo)，諸多技術(shù)包括信息轉(zhuǎn)換、軟件編程、接口、電力電子、傳感控制、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、微電子以及器械等技術(shù)。各個(gè)功能單元通過合理化布局及配置，發(fā)揮出智能化、可靠性高、質(zhì)量高、功能多的特性功能，是可以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要工程技術(shù)。人工智能技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)以及開發(fā)機(jī)械產(chǎn)品的過程中發(fā)揮不可代替的作用。在煤礦電機(jī)產(chǎn)品中，人工智能技術(shù)經(jīng)過對(duì)信號(hào)進(jìn)行整合、計(jì)算及控制進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制不同傳達(dá)以及執(zhí)行元件有關(guān)目的。利用機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)及體現(xiàn)人工智能具備的發(fā)展水平。學(xué)科不同所研究的視角也有所不同，對(duì)人工智能系統(tǒng)的定義存在一定的區(qū)別，部分學(xué)者認(rèn)為，人工智能屬于機(jī)電系統(tǒng)交叉科學(xué)，本身存在一定的復(fù)雜性。人工智能系統(tǒng)基礎(chǔ)性特征即是利用機(jī)器對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制，有別于一般機(jī)器。此機(jī)器的核心、信息、功力、控制等功能方面均引入電子技術(shù)，通過軟件進(jìn)一步構(gòu)成了一種全新且特別的機(jī)械系統(tǒng)。

在開展煤礦作業(yè)時(shí)，應(yīng)用人工智能技術(shù)，隨著現(xiàn)階段科技水平的持續(xù)提升，人工智能獲得了一定的發(fā)展，推動(dòng)了礦山機(jī)械工業(yè)邁入一個(gè)全新的發(fā)展階段。人工智能技術(shù)在不斷發(fā)展及研究過程中如何有效應(yīng)用，在新時(shí)期背景下煤礦機(jī)械上是一項(xiàng)重要的研究課題。隨著現(xiàn)階段煤礦生產(chǎn)提出了高效高質(zhì)要求以及科技持續(xù)發(fā)展，煤礦機(jī)械朝著無人化、智能化重點(diǎn)發(fā)展。與此同時(shí)，在煤礦生產(chǎn)這一領(lǐng)域電子控制裝置的應(yīng)用越來越廣，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)存在一定的復(fù)雜性，對(duì)其進(jìn)行維修也提出了越來越高的專業(yè)化要求，如煤礦行業(yè)經(jīng)常使用的風(fēng)機(jī)、提升機(jī)以及帶式輸送機(jī)等井下設(shè)備。在煤炭行業(yè)中，人工智能的應(yīng)用越來越普遍，將會(huì)推動(dòng)煤炭行業(yè)整體實(shí)力的增強(qiáng)。在煤炭工業(yè)中合理運(yùn)用人工智能技術(shù)，能夠花費(fèi)較少的時(shí)間獲得最大化產(chǎn)出效益，從而保障煤炭行業(yè)安全、高效且清潔化生產(chǎn)。在煤礦機(jī)械中應(yīng)用人工智能技術(shù)存在十分重要的意義，一方面，可以推動(dòng)勞動(dòng)力的解放，提升煤礦機(jī)械整體工作效率；另一方面，可以推動(dòng)煤炭經(jīng)濟(jì)效益以及綜合生產(chǎn)能力的提升。井下勞動(dòng)強(qiáng)度較大且工作時(shí)間較長，從事礦業(yè)生產(chǎn)的人員生活保障有所欠缺，在煤礦機(jī)械生產(chǎn)中引入人工智能技術(shù)后，智能機(jī)械進(jìn)一步取代了危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境中的人工機(jī)械，與此同時(shí)，推動(dòng)設(shè)備的穩(wěn)定性及安全性提升，為從事礦業(yè)工作的人員提供一定的安全保障。除此以外，部分準(zhǔn)確性更強(qiáng)的聲音監(jiān)測設(shè)備在某種程度上還可以避免重大安全事故的發(fā)生。基于此，將人工智能技術(shù)在各種煤礦機(jī)械上應(yīng)用十分重要。

3 人工智能技術(shù)應(yīng)用在煤礦電機(jī)設(shè)備中的效果

3.1 將人工智能技術(shù)應(yīng)用在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中

眾所周知，煤礦設(shè)備更新?lián)Q代速度較快。在人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，一方面，可以使能源消耗及勞動(dòng)強(qiáng)度降低；另一方面，還具備節(jié)能的效果。近年來，帶式輸送機(jī)以人工智能技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)已變成重點(diǎn)研究課題，帶式輸送機(jī)逐漸成為主要煤流運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備，并獲得了一定成效。煤炭行業(yè)隨著人工智能技術(shù)的持續(xù)引入，帶式輸送機(jī)逐漸成為運(yùn)輸煤炭的重要手段以及重點(diǎn)研究對(duì)象。帶式輸送機(jī)可以有效處理煤電消耗量較大、井下運(yùn)輸距離較長等問題。井下作業(yè)廣泛運(yùn)用帶式輸送機(jī)，可以提高作業(yè)效率、保障作業(yè)更加可靠，自動(dòng)化輸送還有利于減少作業(yè)成本。帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)由液、電、機(jī)所構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝備，用以長距離運(yùn)輸煤炭。與此同時(shí)，兩條膠帶驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸，還可以處理運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)、運(yùn)輸能力過大等問題。在煤礦行業(yè)中，礦井提升機(jī)是一種較為常用的設(shè)備，大多是負(fù)責(zé)煤炭由地下運(yùn)輸至地上或是由地上運(yùn)輸至地下的作業(yè)?，F(xiàn)代礦井提升機(jī)較為典型的代表即變頻煤礦提升機(jī)，此電機(jī)及滾筒結(jié)合人工智能技術(shù)展開裝配，運(yùn)用電氣控制系統(tǒng)展開升級(jí)和優(yōu)化，還能夠提高提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的速度，進(jìn)一步加速煤礦作業(yè)，提升作業(yè)效率。

3.2 將人工智能技術(shù)應(yīng)用在采煤機(jī)電設(shè)備中

生產(chǎn)煤炭的過程中煤礦作業(yè)是基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，掘進(jìn)以及采煤的效率將會(huì)對(duì)煤炭生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響?；诖耍诘V山中應(yīng)用人工智能技術(shù)是煤炭工業(yè)及現(xiàn)代礦山發(fā)展的必然選擇。大部分煤礦以及礦山行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)代化煤礦設(shè)備，其電氣是由防爆類型安全性較高的開關(guān)箱、燈光、控制及緊急按鈕、操作盒、電動(dòng)機(jī)以及其他部分組件共同構(gòu)成的電氣挖掘機(jī)系統(tǒng)。在采煤工作中廣泛運(yùn)用電牽引采煤器械，存在良好的牽引特性以及阻力克服動(dòng)性特性等，與此同時(shí)，采煤機(jī)械還可以在滑行過程中產(chǎn)出電能制動(dòng)，同時(shí)向電網(wǎng)進(jìn)行反饋。除此以外，電牽引采煤機(jī)械還存在操作便捷、運(yùn)行可靠性強(qiáng)、使用時(shí)間長、靈敏度及效率較高、結(jié)構(gòu)簡單化等特點(diǎn)。電牽引采煤機(jī)械能夠有效推動(dòng)綜合機(jī)械形式以及煤礦生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也是主要煤礦生產(chǎn)設(shè)備。可以對(duì)采煤機(jī)械控制展開指導(dǎo)或是予以相應(yīng)處理，同時(shí)自動(dòng)化診斷電機(jī)、軸承等相關(guān)部件是否出現(xiàn)故障問題。

3.3 將人工智能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電設(shè)備有關(guān)安全生產(chǎn)領(lǐng)域中

在煤礦工業(yè)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，主要包括安全生產(chǎn)領(lǐng)域的監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)是一種重要的管理措施，其合理性較強(qiáng)，在煤礦管理以及生產(chǎn)中發(fā)揮著積極作用。該系統(tǒng)具有下列特征：監(jiān)控系統(tǒng)利用Windows軟件，具備聯(lián)網(wǎng)的功能，能夠提升智能化控制變電站的水平。與此同時(shí)，根據(jù)監(jiān)測、采掘之前排水、瓦斯等有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)規(guī)章制度。各個(gè)煤礦要對(duì)礦井監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行安裝，尤其是瓦斯超標(biāo)的礦井。

3.4 將人工智能技術(shù)應(yīng)用在煤礦機(jī)電工業(yè)中

人工智能較為典型的產(chǎn)品即智能機(jī)器人。煤礦作業(yè)機(jī)器人大多是由驅(qū)動(dòng)、操作以及控制系統(tǒng)所構(gòu)成。控制系統(tǒng)對(duì)操作機(jī)構(gòu)需要的運(yùn)動(dòng)順序進(jìn)行控制，能夠依據(jù)固定位置或是軌跡運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)分為兩種，即閉環(huán)控制、開環(huán)控制。操作系統(tǒng)控制煤礦機(jī)器人落實(shí)工作任務(wù)，不同類型的機(jī)器人具有不一樣的結(jié)構(gòu)形式。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為一種裝置，能夠驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，其主要構(gòu)成是減速器、執(zhí)行器以及傳感器。按照不同的驅(qū)動(dòng)形式，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分成氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)。機(jī)器人核心構(gòu)成即控制系統(tǒng)?，F(xiàn)階段根據(jù)不同工作需求，研發(fā)出不同種類的機(jī)器人。發(fā)生事故時(shí)，具有保護(hù)功能的機(jī)器人能夠有效降低人員傷亡情況，能夠按照煤礦實(shí)際狀況，落實(shí)與之對(duì)應(yīng)的救援措施。

此類機(jī)器人具有下列功能：（1）該機(jī)器人能夠?qū)Φ叵卤焕藛T的位置及狀態(tài)、有毒氣體和可燃?xì)怏w的密度、風(fēng)向等信息進(jìn)行判斷，能夠按照機(jī)器配備的視覺系統(tǒng)觀測有關(guān)事物，同時(shí)自由移動(dòng)。（2）機(jī)器人在發(fā)現(xiàn)無法逾越的障礙后能夠自動(dòng)躲避，同時(shí)還能夠召集未能撤退的人員，指導(dǎo)被困人員撤離。（3）機(jī)器人現(xiàn)場觀測的有效圖像能夠利用自帶的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)展開傳輸，控制系統(tǒng)可以接收傳輸?shù)膱D像，與此同時(shí)，還能夠引導(dǎo)機(jī)器人自助行走。另外，救援人員可以獲得有效的救援信息，有利于后續(xù)救援工作的開展，保障人員安全。

4 結(jié)語

人工智能技術(shù)作為諸多學(xué)科共同發(fā)展的一項(xiàng)成果，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展至一定水平的重要產(chǎn)物。在礦山機(jī)電機(jī)械中投入大批量的人工智能設(shè)備，能夠獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，各種各樣的人工智能產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在煤礦電機(jī)設(shè)備中，如將人工智能技術(shù)應(yīng)用在帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中、將人工智能技術(shù)應(yīng)用在采煤機(jī)電設(shè)備中、將人工智能技術(shù)應(yīng)用在機(jī)電設(shè)備有關(guān)安全生產(chǎn)領(lǐng)域中等，能夠有效提升設(shè)備的性能以及技術(shù)水平，進(jìn)一步為煤礦生產(chǎn)奠定較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。人工智能技術(shù)在各行各業(yè)的發(fā)展前景較好，這是因?yàn)槲磥砗腿斯ぶ悄苡嘘P(guān)的科學(xué)技術(shù)較多，諸多技術(shù)融合將推動(dòng)人工智能技術(shù)的發(fā)展。