基于模塊化理論煤礦高效輔助運輸系統研究

王德龍

摘? 要：模塊化技術及其應用范圍逐步擴展，取得顯著的經濟效益。本文通過闡釋“模塊化”的本質含義及特征，結合煤礦輔助運輸系統的特征，文章認為將模塊化理念引入煤礦輔助運輸系統領域具有顯著的優勢。

關鍵詞：模塊化;煤礦輔助運輸;效率;平臺化

“模塊化”這一概念最早是由赫爾伯特·西蒙在1962年提出。模塊化最初僅應用于技術設計領域[1]。其后很長時期內“模塊化”的概念并沒有受到人們的重視，直到20世紀80年代IBM360電腦的設計和生產運用模塊化方法，取得了空前成功，才引起經濟學界、管理學界的廣泛關注。如今，模塊化的思想已經形成了巨大的沖擊力，越來越多的產業開始探索本產業的“模塊化之路”。不僅制造業顯現出模塊化的趨勢。服務業也出現了模塊化的浪潮。作為煤礦重要生產系統之一的輔助運輸系統，擔負著礦井除煤炭運輸以外，人員、材料、設備和矸石等各種運輸任務，是一個及其復雜的生產系統，多生產要素投入，多運輸產品產出構成了基本技術特征。它的高時效性要求各個作業環節必須緊密鏈接。在這樣一個生產過程相對復雜的系統中，能否組織形成模塊化的思維，構建模塊化的運輸模式？

一、“模塊化”的定義及特征

模塊化可分為狹義模塊化與廣義模塊化，狹義模塊化指由模塊組合成的模塊化產品。廣義的模塊化是一切由典型的通用單元組合成的事物。隨著模塊化應用的發展，更多的學者將模塊化理論作為一種新的方法論。研究顯示：模塊化從最初作為一種產品設計方法，逐步向系統研究方法論角度轉變，模塊化提供了一種思想，借助這種思想，我們可以將其應用于許多領域的研究。

在模塊化系統中的模塊主要具有以下特征：第一，模塊是可組合的獨立單元。這里有兩個關鍵詞，一是獨立;另一個是可組合。模塊是系統的組成部分。模塊可以組合成新系統，也可以從系統中分離、拆卸和更換。不能從系統中分離出來的單元，不能算是真正的模塊。第二，模塊具有確定的功能。“模塊”并不是一個不能再細分的簡單生產環節。而是一種半獨立性的、半自律性的子系統。第三，模塊是一種“標準”的單元。第四，模塊具有能夠組合成系統的接口。

二、構建“模塊化”的可行性

（一）構建模塊化結構將有助于提高煤礦輔助運輸系統的運輸效率。眾所周知，輔助運輸是礦井各生產系統中最為復雜的環節。而模塊化是解決復雜系統問題的一種行之有效的方法。煤礦輔助運輸系統是一個由機車、車輛、物料、人員等要素組成的一個龐大系統，具有開放性、非線性、隨機性及隨時間動態變化等基本特征。在煤礦輔助運輸系統內部，單一作業模塊內或多種作業間的關系復雜。組成較長的生產鏈條。按運輸方式分，煤礦輔助運輸系統可分為斜井提升運輸、立井提升運輸、平巷運輸與采區運輸，它們可全部或部分擔當整個運輸系統中的一個環節、一道工序。既相互獨立，又相互關聯。為運輸人員、物料提供相應的服務。按運輸工具分，煤礦輔助運輸系統可分為軌道輔助運輸和無軌輔助運輸兩種。軌道輔助運輸以鋪設雙軌或懸吊單軌為主要特征，采用架線電力、防爆柴油機、蓄電池和鋼絲繩為牽引動力;而無軌輔助運輸則以膠輪或履帶為行走機構，采用防爆柴油機、蓄電池等為牽引動力。采用何種運輸方式與運輸工具直接決定著煤礦輔助運輸系統的整體效率。

（二）構建模塊化結構將有助于提高煤礦輔助運輸系統的協調性。與其他生產系統相比，煤礦輔助運輸系統具有特殊性，主要表現在：（1）運輸線路隨工作地點的伸縮或遷移而經常變化;（2）運輸線路水平或傾斜互相交錯連接;（3）工作地點分散，運輸線路復雜，運輸環節多;（4）待運物料品種繁多，形狀各異;（5）井下巷道空間受限制，并有瓦斯和煤塵等爆炸性物質，需用防爆凈化設備。煤礦輔助運輸系統的特殊性使得輔助運輸生產過程更需要擁有有效的協調機制，通過建立有效的協調機制，拉動機車、車輛、物料、人員等生產要素緊密有序銜接，減少整個系統中的無效環節、提高運輸效率[2]。

（三）模塊化可以有效降低煤礦輔助運輸系統中的不確定性。煤礦輔助運輸系統在作業過程會遇到環境不確定性、生產系統復雜導致的不確定性等諸多不確定性。與生產系統復雜導致的不確定性不同，作業環境的不確定性往往是系統本身難以控制的。煤礦輔助運輸系統復雜導致的不確定性具體是指：在進行輔助運輸過程中，機車、車輛、物料、人員等多要素、多工種相互配合作業，每一工種作業又分解為若干操作，單一作業內部或多種作業間的關系復雜，組成的生產鏈條較長，復雜的輔助運輸系統中任何一點產生的不確定性都有可能打亂原定計劃的運輸生產，對生產過程產生不利影響。

模塊化結構在明晰各模塊在系統中的地位、作用和功能信息的基礎上，形成標準化的“接口”信息。這些標準化的“接口”實際上是系統對各模塊輸出數據的質量、數量提出可量化的具體要求，有助于敦促各模塊主動消除模塊內部生產過程中的不確定性。通過構建模塊化的系統結構，煤礦輔助運輸系統可以將系統風險分解到各個模塊中，從而降低了生產過程不確定性對系統整體的影響，將損害程度降到最低。在一定程度上可以緩解由于輔助運輸系統復雜性導致的不確定性。

（四）模塊化可以有效提高煤礦輔助運輸的運行效費比。煤礦輔助運輸系統是個比較復雜的問題。一個大型礦井，既有綜采綜掘，也有日常的人員材料和矸石等的運輸，還有綜采設備的搬家，物料運輸量異常龐大;同時隨著近幾年煤礦開采裝備的升級改造，新投入設備的噸位及體積較以前都有大幅提高，尤其是“三超”（超長、超高、超寬）設備的運輸給輔助運輸系統的安全、高效運行帶來嚴峻挑戰：每件“三超”設備由于形狀各異，使用普通礦車是無法進行運輸的，只能針對每件“三超”設備對礦車進行相應改造，來滿足設備的運輸要求，而且在運輸過程中，由于改造礦車安全因素及支撐結構的不確定性，導致“三超”設備在運輸過程中的運輸效率及安全性降低，影響到輔助運輸的整體效費比的提高。

要實現礦井輔助運輸系統的低成本、高效能安全運行，就必需通盤考慮，全面規劃，爭取從供料到用料地點盡量采用連續直達運輸，力求減少中途轉載和停頓。由于模塊具有不同的組合可以配置生成多樣化的滿足用戶需求的產品的特點，同時模塊又具有標準的幾何連接接口，基于模塊化理念的模塊化平臺設計可以有效解決輔助運輸系統中超量運輸及“三超”設備的運輸難題，通過對輔助運輸系統與運輸產品的全面規劃，將不同的運輸對象進行分類，并通過模塊化運輸平臺的配置，實現對不同運輸對象的全面覆蓋。模塊化運輸平臺設計不是面向單個的運輸對象，而是面向整個系統。它的設計模式可用下式表達：

專用運輸工具（車輛）=通用模塊平臺（不變部分）+準通用模塊（改型部分）+專用模塊（針對運輸對象的新設計部分） 模塊化運輸平臺產品設計是基于已建立的通用模塊系列，資源共享、繼承性強，可減少低層次的重復勞動;設備由通用模塊運輸平臺組成，設備構成具有柔性，對變化的需求可作出快速反應;模塊運輸平臺可以經反復使用、優化，安全性強，可靠性高;模塊化運輸平臺的通用化、系列化程度高，可大幅提高輔助運輸系統的效費比，降低全流程運行成本。

總結：隨著我國煤礦生產技術裝備的改善和提高，煤礦采掘現代化程度有了迅猛的發展，我國煤礦的采掘現代化程度已經比較高了，從目前形勢出發，我國煤礦要想進一步挖掘自身的潛力，降低成本，提高勞動效率。只有不斷提高輔助運輸系統的模塊化理念，這是大幅提高礦井全員效率，降低煤炭生產成本，增加企業經濟效益的最好方式。

參考文獻：

[1] 青木呂彥，安藤晴焉.模塊時代：新產業結構的本質[M].上海：上海遠東出版豐七，2003.

[2] 顧良豐，許慶瑞.產品模塊化與企業技術及其創新的戰略管理[J].研究與發展管理，2006（02）.