煤礦可視化集成管理平臺的研究與設計?

譚章祿 李光達

(中國礦業大學(北京)管理學院,北京市海淀區,100083)

★煤炭科技·機電與信息化★

煤礦可視化集成管理平臺的研究與設計?

譚章祿 李光達

(中國礦業大學(北京)管理學院,北京市海淀區,100083)

為了解決煤礦各個系統的信息孤島問題,充分發揮各個系統的功能,基于可視化管理的理念,采用物聯網和中間件等技術研發設計了煤礦可視化集成管理平臺,分析了該平臺的整體設計思路,介紹了該平臺的總體架構和功能模塊設計,最后闡述了該平臺在同煤集團鐵峰煤業有限公司的應用效果。該平臺有效地整合了煤礦的綜合自動化系統和信息管理系統,全面、直觀和統一地展示了煤礦的運行情況,有利于提升煤炭企業的綜合管理水平。

同煤集團 可視化 集成管理平臺 信息系統

隨著煤炭企業信息化進程的推進,當前部分大型煤炭企業基本實現了自動化和信息化。多數煤礦已經建設和購買了多種綜合自動化系統和信息管理系統,但是,這些系統分別由不同主管部門在不同時期開發或購置,從應用層面來講,各系統的建設目標、使用范圍和功能側重點都不盡相同;從技術層面來講,各系統遵循的技術標準、應用的開發平臺、基于的數據庫軟件也各不相同,從而造成每個系統自成一體、信息不能互通、信息孤島問題突顯和維護管理困難。此外,由于這些孤立的系統多為專業應用系統,往往只注重功能實現,系統的交互性和展示效果較差,無法滿足企業級層面的使用需求,企業也無法基于這些系統開展統一管理。為了有效地整合企業的所有資源,解決系統的信息孤島問題,實現煤炭企業的集中管理,本文將可視化管理的理念引入煤炭企業,基于物聯網、可視化和中間件等技術研究設計了煤礦可視化集成管理平臺,實現對煤礦原有系統的高度集成和統一展示,全面提升煤炭企業的管理水平。

1 煤礦可視化集成管理平臺整體設計思路

針對煤炭企業當前的信息化現狀,首先需要理清問題,而后提出解決思路。通過對煤炭企業的調研,明確了煤礦在信息化建設中存在的分散管理、監控不利、數據混亂以及場地分散等突出問題,提出了集成管理的思路和可視化管理的模式,同時,還確定了平臺標準化的設計和求同存異的方案。

1.1 集中管理的思想

針對當前煤炭企業普遍存在的各個礦廠各自為政和利益分散的問題,提出利用統一平臺實現總公司對下屬子(分)公司和礦廠的集中管理。借助煤礦可視化集成管理平臺,總公司對下屬所有礦廠進行關鍵區域實時監控、日常管理、生產指揮和計劃下達等管理,通過頂層的統一管理消除各礦廠利益分散的問題,使下屬子(分)公司和礦廠的目標與總公司的目標保持一致,實現整個公司的利益最大化。

1.2 管理模式的創新

為了使煤炭企業的管理更加透明和高效,將可視化技術和方法引入到煤炭企業的管理中來,形成一套特有的管理模式——煤礦可視化管理模式。該模式具有直觀性強、適用性廣、易于被接受等優勢,因此對于一般煤炭企業都適用。基于可視化管理的理念研發一個集成管理平臺,為用戶提供直觀、簡潔、易用的系統體驗,盡量滿足各類用戶的個性化需求。

1.3 標準化的設計

系統集成的難度主要是由于系統之間數據格式和標準的不統一。目前,煤炭企業的各類綜合自動化系統和信息管理系統都來自于不同的廠家,因此每個系統的數據格式和標準各不相同。針對上述問題,提出煤炭企業信息化標準規范及管控模型。在可視化集成平臺研發前首先進行信息化標準的建設,整個公司從人員到設備再到物料都進行統一編碼,為平臺建設奠定數據基礎,提高平臺建設效率的同時確保系統的安全可靠。

1.4 求同存異的方案

通過調研發現煤炭企業一般具有生產、運銷、調度、指揮、管理等幾十套工控系統和分布式控制系統。煤炭企業還普遍存在廠區分散的問題,為了保證可視化集成平臺不影響原系統和生產活動的正常運行,平臺在整體物聯網架構的基礎上,采用實時數據庫技術、分層分布式技術、數據定向同步技術、數據庫集群管理技術等,確保在原系統和數據庫各自分散和獨立運行的情況下,實現數據的集成和同步,有效解決煤炭企業點多面廣的問題。

2 煤礦可視化集成管理平臺架構

煤礦可視化集成管理平臺充分集成了煤礦綜合自動化系統和各類信息管理系統,實現了系統的整合和可視化集成展示。基于可視化、物聯網、云計算、中間件、Web Service等技術,打造包括設備層、網絡層、數據層、集成層和應用層的五級系統架構,煤礦可視化集成管理平臺總體架構如圖1所示。

圖1 煤礦可視化集成管理平臺總體架構

(1)設備層。可視化集成管理平臺除服務器外,不單獨購置設備,充分利用原有綜合自動化系統中的各種傳感器、視頻監控設備、稱重計量裝置、RFID電子標牌、RFID讀寫設備、IC卡讀寫設備以及紅外探測設備等,形成具有感知功能的基礎設備層,實現各類信息的自動采集與寫入,完成自動化信息檢測,為數據應用和展示提供了充分的數據來源。

(2)網絡層。網絡層實現對企業原有井下光纖環網、核心辦公網絡和移動網絡的全面整合。基于通訊協議將各種自動檢測設備采集的數據實時地傳給可視化集成管理平臺,同時還將平臺發出的指令信息傳輸給設備,實現對設備的有效控制。

(3)數據層。數據層采用數據倉庫的理念,在所有被集成系統的數據庫之上構建用于可視化集成展示的數據倉庫。其核心任務是對各數據庫中的數據進行篩選和抽取,形成煤礦可視化集成管理平臺專用的數據視圖,依據主題組織數據為后期的數據調用提供較好的支撐。

(4)集成層。集成層是應用中間件技術、Web Service技術將煤礦綜合自動化系統和各類信息管理系統中的功能進行重構和調用,實現對原有各系統功能的梳理和集成,同時還完成了系統之間的數據交換。集成層是煤礦可視化集成管理平臺所特有的一層,通過該層整個平臺實現了對系統和數據的全面集成,因此該層也是平臺的核心層。

(5)應用層。基于集成層對原系統的全面功能集成,煤礦可視化集成管理平臺形成了可視化仿真、可視化指揮調度、可視化安全監控和可視化經營決策四大功能模塊,四大功能模塊有效覆蓋了煤炭企業的核心業務范圍和重點管理工作,全面實現了煤炭企業井上、井下、生產和經營的全面可視化管理。

3 煤礦可視化集成管理平臺功能模塊設計

煤礦可視化集成管理平臺全面整合了煤炭企業信息管理系統和自動化生產系統,根據功能平臺劃分為可視化仿真、可視化指揮調度、可視化安全監控和可視化經營決策四大功能模塊,系統總體功能結構圖如圖2所示。

圖2 煤礦可視化集成管理平臺功能結構圖

3.1 可視化仿真模塊

可視化仿真是采用計算機仿真和都市圈技術,對煤炭企業的礦區和廠區進行模擬仿真,通過配置重點建筑物的信息,實現煤炭企業井上和井下的可視化管理。

(1)井上可視化。井上可視化主要是對煤炭企業地面廠區的建筑物進行仿真建模,每個建筑物的模型中還包括與之相關的詳細信息,例如在系統中選擇某一辦公樓,就可以查看到該辦公樓所包含的部門及其分布情況,再選擇某一部門又可以查看該部門的相關信息,例如部門的員工情況、管理制度、績效考核得分情況等都可以一目了然地展現出來。

(2)井下可視化。井下可視化主要是對礦區進行虛擬現實建設,針對井下巷道進行三維建模仿真,并將各類監測監控傳感器和綜合自動化系統按照實際地理坐標部署在模擬巷道中,不僅增加了企業人員的情境感,同時也方便用戶在系統中隨時查看各設備的數據和運行情況。

3.2 可視化指揮調度模塊

可視化指揮調度模塊實現了調度的自動化和可視化,通過與其他業務的關聯,使管理人員可以實時查看各礦廠的煤炭生產、庫存和發運情況,及時制定和修改調度計劃。可視化指揮調度主要包括生產指揮調度和運輸指揮調度兩部分功能,其中運輸指揮調度根據煤炭企業的調運模式又分為公路運輸管理、鐵路運輸管理和可視化運輸綜合管理。

(1)生產調度管理。生產調度是煤礦生產的關鍵業務,管理人員需要實時掌握煤炭的產、銷、存、選等情況,以確保各項生產指標能按期完成。傳統的管理方式是調度室的調度人員通過電話詢問煤炭的產量信息、銷售情況、存煤信息及洗選情況,下級單位通過傳真等形式將報表呈報給上級。而可視化集成平臺將每日產量、存煤、銷煤及選煤等數據形成直觀的趨勢線和餅狀圖等可視化形式,使管理者能夠快速準確地獲得不同采面的出煤情況、不同巷道的掘進情況、原煤的洗選情況以及各煤種的銷售情況,通過可視化管控快速把握企業的整體生產情況,以便進行生產控制和物資調度。

(2)公路運輸管理。公路運輸管理主要功能包括車輛識別、IC卡識別、自動稱重、運輸防控、視頻監控等,主要實現車輛和載重信息的自動識別、無人過磅、圖像監控、自動拍照以及運輸過程的防控等。該模塊能夠提升運銷調度管理的水平、員工過磅操作的效率以及運銷過程的整體防控,大大減少人為偷煤、漏煤和換煤的可能性。

(3)鐵路運輸管理。鐵路運輸管理主要功能包括火車車號的自動識別、紅外線檢測、火車車輛過磅、數據和視頻的傳輸等,實現火車車輛裝載的自動化和智能化、消除人工抄號可能出現的錯誤、提高火車過磅的效率以及完成數據和圖像的實時上傳,使運銷調度中心的管理人員可以實時監管各個礦廠的過磅情況,并及時下達調度指令。

(4)可視化運輸綜合管理。可視化運輸綜合管理主要包括運銷數據記錄、防控管理、合同管理、統計分析、報警分析、數據查看和基礎設置7項功能,重點實現對數據、圖像和視頻信息的綜合查詢,統一管理電子標牌和電子簽封的使用,并以圖表的方式統計煤炭各種途徑的運輸情況。相關的管理人員通過該模塊可以看到各個礦廠過磅及運輸過程中的實時數據、視頻與圖像信息,針對各種不規范的操作以及人為偷煤、漏煤和換煤等現象進行實時監察,以便迅速做出決策,極大地提高了煤炭企業運銷工作的效率,有效地杜絕了煤炭運輸過程中的跑、冒、滴、漏等問題,減少企業的經濟損失。

3.3 可視化安全監控模塊

可視化安全監控模塊集成了供電監控系統、視頻監控系統、絞車提升系統、壓風機在線監測系統、制氮機在線監測系統、產量監控系統、通訊定位系統、排水監控系統、礦壓監測系統等多個監控系統,管理人員通過該模塊可以直觀地掌握各個系統的運行情況以及關鍵設備的運行參數等信息,并將各系統運行中的關鍵參數以歷史曲線的形式展示,使管理者一目了然地發現管理對象的變動趨勢和異常信息。

(1)系統監測。可以實時查看到通風機房、地面變電所、絞車房、壓風機房、制氮機房等綜合自動化系統的狀態,通過點擊地圖上相應系統圖標能夠看到該系統運行的關鍵數據,再點擊系統名稱還可以查看更為詳細的運行信息。

(2)隱患排查。借助可視化技術將隱患閉環管理過程直觀地呈現在管理者面前,隱患確認、整改、復查等所有環節都一目了然地展示在系統中。此外,針對隱患進行可視化分析,將分析結果生成各類圖形和圖表,便于管理人員發現隱患數據背后存在的規律。

(3)安全預警。根據日常管理經驗,在系統中對井下不同區域的瓦斯、溫度、風速和CO等傳感器配置預警閾值,當井下環境參數超過閾值時,傳感器的參數就會顯示為紅色閃爍,并且自動彈出到系統最前端,便于管理人員快速發現和識別可能出現的安全隱患。此外,該模塊能夠將各類預警進行統計分析,使管理者能夠從中發現預警常出現的時間段和區域,以便加強管理者對該時段和區域的監管。

3.4 可視化經營決策模塊

可視化經營決策模塊模仿飛機駕駛艙的設計理念,使管理人員在進行經營決策時如同駕駛企業這架“大飛機”,在駕駛艙可以全面直觀地瀏覽企業的整體情況,在綜合考慮各項因素后進行相對正確的決策。以成本管理為例,在煤炭生產經營中人工成本、設備成本和原材料成本構成煤炭生產的主要成本,針對該問題,可視化經營決策模塊實現了設備采購決策的可視化,管理者借助供應商選擇決策支持功能就能夠自動采集包括供貨及時性、設備質量、設備價格等各類設備供應商的相關信息,并且系統會根據價格最低、質量最好、缺貨水平最低以及綜合評估等類型自動擬定出可行方案,管理者選擇相應的方案后,系統會自動評估方案的實施效果。

4 煤礦可視化集成管理平臺的應用效果

煤礦可視化集成管理平臺于2014年底在大同煤礦集團鐵峰煤業有限公司正式投入應用,具體應用效果如下：

(1)全面集成煤礦各類系統。煤礦可視化集成管理平臺全面梳理和集成了鐵峰煤業有限公司的綜合自動化系統和信息管理系統,全面覆蓋了公司的人、財、物、供、產、銷等環節,使公司內的大量數據得到有效地集成和共享,消除了系統間和部門間的信息壁壘,提高了員工的工作效率,增強了公司的運行活力。除了4個不具備數據接口的老系統外,煤礦可視化集成管理平臺實現了對公司32個系統的有效集成。

(2)提升管理和決策水平。鐵峰煤業有限公司管理層通過煤礦可視化集成管理平臺可以隨時調用所需的數據,全面掌控公司各個方面的情況,同時還可以通過可視化功能直觀發現數據的規律。該平臺使公司管理層的管理和決策效率得到了明顯提升。經測算,決策時間由以前的平均40 h降低到了平均8 h,決策的準確性也提高了約20%。

(3)減少經濟損失。煤礦可視化集成管理平臺創新地將直觀易懂的可視化管理模式引入到煤炭企業的管理模式中,實現了鐵峰煤業有限公司對下屬子(分)公司和礦廠的集中管理,加強了公司內部的監管力度,全面提升了公司的監管水平,使多個環節實現了“無人值守”,從而節省了人力資源成本和管理成本。煤礦可視化集成管理平臺全面遏制了公司內部的跑、冒、滴、漏等問題,該平臺的應用每年可為公司減少經濟損失大約60萬元。

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(責任編輯 路 強)

31.1 萬煤炭產業工人通過開網約車實現再就業

根據滴滴出行發布的《移動出行支持重點去產能省份下崗再就業報告》(以下簡稱《報告》),目前,在中國已有50萬鋼鐵煤炭產業工人通過開網約車再就業,山西、四川、黑龍江煤炭鋼鐵司機占比最高。

這份《報告》基于40320份滴滴專快車、代駕司機填寫的有效問卷,選取的樣本來自17個重點去產能省份的30個重點城市。《報告》顯示,截至今年5月底,滴滴已為中國17個重點去產能省份,提供了388.6萬就業機會(含專快車和代駕),其中,有31.1萬滴滴司機來自煤炭行業,21.9萬滴滴司機來自鋼鐵行業。

去產能是供給側結構性改革五大任務之一。如何解決職工安置問題被認為是去產能最難的環節。諸如滴滴這類新經濟的興起,帶來了大量靈活就業的機會,為去產能的職工安置起到了緩沖帶的作用。

《報告》數據還顯示,山西、四川、黑龍江等省份煤炭鋼鐵行業司機群體占比最多,山西(大同、長治、呂梁、晉城等地)、四川(攀枝花等地)、黑龍江(雞西、鶴崗等地)的煤炭鋼鐵司機占比最高,分別可占到這些省份滴滴司機的28.5%、24.8%、20.3%。而且,山西、四川、黑龍江、寧夏等地的去產能司機大多來自于煤炭鋼鐵行業,最高占比可達87.5%。

Research and design of visual integrated management platform of coal mine

Tan Zhanglu,Li Guangda
(School of Management,China University of Mining&Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

In order to solve the information isolated island of each system in coal mine,and give full play to the functions of each system,based on the concept of visual management,visual integrated management platform of coal mine was developed and designed by adopting Internet of Things and middleware technology.The overall design thought of the platform was analyzed, and the overall architecture and function module design of the platform were introduced,then the application effects of the platform in Tiefeng Coal Industry Co.,Ltd.of Datong Coal Mine Group were elaborated.The results showed that the platform effectively integrated the comprehensive automation system and management information system of coal mine,displayed the operation conditions of coal mine comprehensively,intuitively and uniformly,and promoted the comprehensive management level of coal enterprise.

Datong Coal Mine Group,visualization,integrated management platform,information system

TD672

A

譚章祿(1962-),男,江西贛縣人,教授,博士研究生導師,工程管理博士點首席學科帶頭人,主要研究方向為管理信息系統、企業信息化等。

國家自然科學基金——基于數據挖掘的煤礦安全可視化管理模型及圖元體系研究(61471362)