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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2021, 29(3): 449-456 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2021.03.200

采选技术与矿山管理

矿山生产技术协同平台研发与应用

陈鑫,1, 高峰2, 谢雄辉3, 毛杜1, 马天义1

1.长沙迪迈数码科技股份有限公司,湖南 长沙 410083

2.新疆哈巴河阿舍勒铜业股份有限公司,新疆 哈巴河 836700

3.紫金矿业集团股份有限公司,福建 上杭 364200

Development and Application of Collaborative Platform for Mine Production Technology

CHEN Xin,1, GAO Feng2, XIE Xionghui3, MAO Du1, MA Tianyi1

1.Changsha Digital Mine Co. ,Ltd. ,Changsha 410083,Hunan,China

2.Xinjiang Habahe Ashele Copper Industry Co. ,Ltd. ,Habahe 836700,Xinjiang,China

3.Zijin Mining Group Co. ,Ltd. ,Shanghang 364200,Fujian,China

收稿日期: 2020-11-21   修回日期: 2021-01-29   网络出版日期: 2021-07-14

基金资助: 国家重点研发计划项目“深部金属矿集约化连续采矿理论与技术”.  2017YFC0602905

Received: 2020-11-21   Revised: 2021-01-29   Online: 2021-07-14

作者简介 About authors

陈鑫(1990-),男,安徽合肥人,博士,工程师,从事数字矿山研究工作whutcx@163.com , E-mail:whutcx@163.com

摘要

矿山生产技术的数字化、信息化和智能化发展,伴生着缺少数据标准、数据难以共享、缺少流程规范和存在系统壁垒等问题。通过对矿山生产技术现状进行分析,提出了构建一个业务数据标准化、工作流程规范化的矿山开采全生命周期业务管理平台,为矿山生产技术和管理提供统一的数字化作业环境。平台研发成果成功应用于新疆某地下铜矿,包含矿山地质、测量和采矿等133个业务数据的标准化和39项业务流程的规范化。平台上线后业务数据通过数据中心统一存取,业务审批从人工推进转变为流程驱动,业务处理前的数据准备时间极大缩短,实现了矿山生产技术数据的高效流转和共享,提高了技术管理和团队协作效率。矿山生产技术协同平台的研发与应用对矿山全业务流程协同、大数据分析和智能管控系统建设等方面的研究与落地均具有重要的借鉴意义。

关键词: 生产技术协同 ; 数据标准化 ; 流程规范化 ; 双驱动 ; 中心数据库 ; 作业环境 ; 深度集成

Abstract

With the widely application of CAD and various mining softwares,new problems have arisen in mine production technology management and teamwork.Most mines now have accumulated data with TB magnitude and all kinds of data are not effectively digitized,which bring difficulties to information search and limite the flowing and sharing of data.In addition,with the continuous acceleration of mine informatization and intelligentization,many mining enterprises have gradually established various systems.Data between different systems is not fully and efficiently utilized.In the process of production management,data between each operation and technical link need to be submitted,sorted,summarized and approved manually,which result in low efficiency of technical cooperation.By analyzing the status of mine production technology,the concept of mining production technology collaboration was put forward.The key problems to be solved in mine production technology collaboration were clarified,and the system structure,main functions and construction value of mine production technology collaboration platform were expounded in detail.Mine production technology collabora-tion platform provides functions such as work flow,to-do list prompting,data submitting and updating,online previewing and approving.The platform have been successfully applied in an underground copper mine in Xinjiang,which contains 133 standardization of business data and 39 normalization of business processes.After the platform came into effect,business data was stored and accessed from data center.Business approval was transformed from manual to process-driven,and the data preparation time of technical personnel before processing business was greatly reduced.It made efficiently flowing and sharing of mine production technical data came true,and improved technical management and teamwork efficiency,and as a bridge to realize the seamless docking and deep integration between mining tool software,production execution system and 3D visualization control system.It can provide a reference for full life cycle business process collaboration,big data analysis and intelligent control system construction.

Keywords: production technology collaboration ; data standardization ; flow normalization ; double drive ; central database ; working environment ; deep integration

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本文引用格式

陈鑫, 高峰, 谢雄辉, 毛杜, 马天义. 矿山生产技术协同平台研发与应用[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(3): 449-456 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2021.03.200

CHEN Xin, GAO Feng, XIE Xionghui, MAO Du, MA Tianyi. Development and Application of Collaborative Platform for Mine Production Technology[J]. Gold Science and Technology, 2021, 29(3): 449-456 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2021.03.200

随着CAD及各类矿业软件的应用越来越广泛,矿山生产技术管理和团队协作出现了诸多新的问题(王李管等,2016毕林等,2019)。首先,多数矿山目前累计的资料达到TB量级,海量的文件数据造成资料查找困难,同时矿山大多数资料会根据矿区、坑口等性质分类存放在共享服务器上,甚至存在部分资料存放在个人电脑上的情况,制约了数据的流转和共享。其次,这些数据往往没有进行有效数字化,无法将业务数据赋予真实的业务含义,只是简单地用三维软件将矿山模型建立起来,或者将图档扫描存放在电脑中,制约了数据的应用。最后,随着矿山信息化和智能化进程的加快,很多矿山企业逐步建立了各类系统,例如:通过DIMINE或Surpac等矿业软件进行地质解译、储量评估(毕林等,2016刘占宁等,2018)和勘探建模(孙卡等,2007蒲浩等,2005);利用CAD软件进行二维采矿设计(Radrigo et al.,2013Gu et al.,2008);通过RTK(王荣榜等,2012王伟才等,2020刘思铨,2019)、三维激光扫描仪(曹英莉,2019Wang et al.,2017陈鑫等,2016曾祥凯,2020)或无人机倾斜摄影测量(段平等,2020罗瑶等,2020)获取高精度测量数据;使用生产执行系统进行执行率分析和生产统计(Baram et al.,2018Zhao et al.,2020);利用iVent、VentSim、iSched或MineSched进行矿井通风分析与优化(Kong et al.,2019)、完成采掘计划编制(Pan et al.,2019)。上述各系统间存在格式不兼容、标准不统一和难以协作共享等问题。

针对上述问题,国内外学者进行了大量研究与探索。智慧矿山操作系统平台(RED-MOS)的研发与应用(杨真等,2019)不仅实现了多源异构感知数据的集成和融合,打通了感知数据和基于感知数据的智能应用之间的屏障,而且在一个平台内实现了信息化与自动化的深度融合,不足之处是该平台仅仅覆盖了矿山生产过程数据和感知数据,未能有效地融合矿山生产技术中错综复杂的三维空间及地质属性数据;建筑信息模型(BIM)(James et al.,2019)以建筑工程项目的相关属性信息数据作为三维模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,该模型具有信息完备性、信息关联性、信息一致性和可视化等特点,但由于矿山生产技术数据的未知性和不确定性,使得该技术难以直接应用于矿山行业。为解决上述问题,需要一些新的技术手段(孙家坤等,2020),为此矿山生产技术协同平台应运而生。

1 矿山生产技术协同平台概念

矿山生产技术协同平台是指通过构建一个业务数据标准化、工作流程规范化的矿山开采全生命周期业务管理平台,为矿山生产技术和管理提供统一的数字化作业环境。该平台应用时,矿山业务数据严格按照工作流程在同一平台上自动流转。矿山生产技术协同平台主要实现流程流转、待办提醒、数据提交与更新、在线审批以及成果快速检索与查看等功能。

(1)数据共享。建立统一的矿山数据中心,所有的数据均按照标准规范存储在矿山数据中心,利用数据库相关的特性,对数据进行高效的组织和检索,所有系统数据的输入与输出均直接关联数据中心。

(2)数据标准。制定行业数据标准与数据规范,并固化在数据中心的入口和出口处,从而保证由不同软件系统通过数据中心流转的数据均是标准化的。

(3)流程规范。生产技术协同平台提供可定义、可配置、可扩展的矿山各类业务流程定义、配置方法,将全员的各类生产技术活动纳入平台进行统一管控,实现权限配置、流程发起、待办提醒、业务办理、提交审批和流程归档全流程在线办理并可追踪。

(4)矿山开采全生命周期。涵盖矿山开采全生命周期的技术工作内容,包括储量计算、勘探建模、生产管理、测量验收、采矿设计、通风优化和采掘计划等,实现矿山开采全生命周期的流程覆盖、数据共享、互联互通和高效运转。

(5)统一数字化作业环境。集中存储工作内容,将矿山业务数据按照数据标准统一存放于数据中心,并提供安全、共享、权限的访问机制;集中管理工作环境,对设计参数、约束条件和技术指标等环境参数进行集中、统一、分级管理;集中管控工作流程,实施矿山生产技术和管理工作流程化、规范化,实现从“做什么”到“怎么做”“做成什么样”的转变,支持流程的追踪和考核。

(6)深度集成。基于数据标准化存储,制定统一、多样的接口规范,实现多种标准WEB服务、程序接口和中间库等对接方式,便于与矿山上下游系统无缝对接和深度集成,保证不同的软件系统均能认识和共享数据。

2 矿山生产技术协同平台体系架构

2.1 总体架构

矿山生产技术协同平台通过建立标准的矿山业务流程规范和数据规范来提高工作效率并规范数据管理。通过数据流转、业务审批等实现不同岗位(决策者、管理者和技术人员等)和不同应用场景(矿山现场、办公室和出差途中等)的业务应用。利用互联网和移动互联网技术,解决时间和空间等限制问题,最终实现采矿日常生产作业和管理的流程化、信息化和标准化。矿山生产技术协同平台技术架构如图1所示。

图1

图1   矿山生产技术协同平台总体架构

Fig.1   Overall architecture of cooperative platform for mine production technology


2.2 功能模块

矿山生产技术协同平台的输入内容包括地测采选各岗位人员的用户名和密码、地测采选业务待办事务目标和内容,以及从数据中心加载的地测采选业务输入数据;输出内容包括地测采选各岗位人员的待办事务、通知公告、提醒展示和地测采选业务的成果数据。基本功能包括流程定义、数据流转、业务审批、业务流程集中管控、待办提示和用户管理六大模块。

(1)流程定义。按照制定的数据管理规范和业务流程,在系统中定义业务流程的先后顺序,将业务流程进行标准化和规范化处理。系统在后期进行相关业务的功能操作时,严格按照定义的业务流程进行,避免人工操作的随意性,保证业务流转的完整性。

(2)数据流转。平台的流程固化过程,其本质是数据的流转。数据流转是保障协同平台正常运行的关键。平台中的数据根据流程定义自动流转到相应专业技术人员,专业技术人员通过下载数据,利用辅助软件直接开展相关技术工作,减少了技术资料索取时间,避免技术资料索取错误问题的出现,提高了工作效率。

(3)业务审批。根据定义的流程进行相关业务操作和数据流转的过程中,需要领导在关键节点对相关数据和资料等信息进行审核,因此,需要对相关业务进行在线审批,保证流程顺利进行。线上审批既保证了信息数据流程功能的完整性,也保证了信息审批历史的可追溯性,对实现企业信息的高效管理具有重要作用。

(4)待办提示。在业务流程流转过程中,为防止个别人员因遗忘而无法及时参与流程,平台在中间业务文件流转到相应专业技术人员后将自动启动待办业务提示,提醒技术人员参与流程,以保证技术工作的顺利完成。

(5)技术成果管理。技术成果管理包括:已审批数据查询,可以根据一定的规则和查询条件对数据进行查询,查询后,将数据从数据中心自动加载到本地,并自动启动对应的工具软件用于查看数据;已归档流程查询,流程的各个环节和相应的数据均可追溯;图档管理,重点是地质图件的管理,包括上传、下载、查看和删除等;图件归档,地测采选各个环节涉及出图时,流程中生成的图件成果审批完成后,会自动归档到图档类别中。

(6)系统管理。系统管理主要是系统管理员使用,包括用户管理、角色功能配置和管理过程的统计分析等,如当前正在运行中的流程、登录及操作日志,可实现痕迹化管理。

3 矿山生产技术协同平台应用

新疆某地下铜矿自2004年建成投产以来,在全面做好生产管理的同时,加强了矿山信息化建设,在实践过程中,按照“整体规划、分步实施”的原则持续推进两化融合。2018年,该矿与长沙迪迈数码科技股份有限公司共同建设数字矿山生产管控平台,包含矿山生产技术协同平台、采矿生产执行系统、选矿生产执行系统、采矿金属平衡系统、管理决策分析系统和可视化管控系统。

矿山生产技术协同平台建设时,对矿山生产涉及的业务数据和业务流程进行标准化、规范化处理,形成共133个标准化业务数据和39项规范化业务流程,如表1表2所示。

表1   标准化业务数据

Table 1  Standardize business data

业务类别业务数据
测量(共8个)地形等高线
道路边线
地表测点
地质(共21个)探矿孔轨迹线
探矿巷设计中心线
探矿巷设计模型
采矿(共10个)采场模型
开拓巷道设计中心线
开拓巷道设计模型

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表2   规范化业务流程

Table 2  Normalized business flow

业务类别业务流程
测量(共33个)地形测量
井巷工程实测
空区测量
地质(共68个)巷道编录
地质业务模型建模
储量升级估算
采矿(共32个)开拓设计
单体设计
布孔爆破设计

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将业务数据标准化处理后,在矿山中心数据库中建立相应的业务表,用于存储标准化处理后的业务数据,其次,针对各项业务流程,在矿山生产技术协同平台中通过流程定义功能,完成对各项业务流程的定义和配置,如图2所示。

图2

图2   业务流程定义

Fig.2   Business flow definition


流程发起后,符合业务流程办理角色的技术人员将接收到待办提示,如图3所示。业务人员签收待办,并通过采矿生产技术协同平台从矿山中心数据库自动加载所需的业务数据,如图4所示。业务人员通过使用相应的专业工具软件处理业务工作,完成后通过采矿生产技术协同平台将成果数据上传到矿山数据中心,此时流程流转至下一环节,参与相关审批的负责人和管理人员可线上预览及审批,如图5所示。如此流转完所有环节直至归档,流程结束。其中,业务模型建模流程上传至矿山中心数据库的成果,通过程序接口与可视化管控系统无缝对接,为可视化管控系统模型更新提供依据;储量升级估算流程上传至矿山中心数据库的成果,通过WEB服务为采矿生产执行系统的资源储量管理提供数据源,同时采矿生产执行系统的资源储量数据通过WEB服务为生产计划编制提供开采现状,从而实现系统之间的高度集成。

图3

图3   待办业务提示

Fig.3   To-do business list prompting


图4

图4   业务数据自动加载

Fig.4   Automatic loading of business data


图5

图5   在线预览及审批

Fig.5   Online preview and approval


4 结论

(1)矿山生产技术协同平台实现了矿山生产技术数据标准化组织,将个人工作数据标准化后以中心数据库的形式存储于矿山服务器中,为业务数据的集中存储、统一管理和共享使用奠定基础。

(2)通过“业务流程驱动”+“业务数据驱动”,上游流程的成果数据即为下游流程的输入数据,实现了数据的高效流转,提升了岗位间的沟通效率,简化了技术管理的工作内容。

(3)为矿山技术人员提供统一的数字化工作环境,减少数据定位、查验等繁琐工作,使技术人员专注于技术工作本身,提升了团队成员的工作效率和工作质量。

(4)基于数据标准化存储,实现多种标准WEB服务、程序接口和中间库等对接方式,便于与矿山上下游系统无缝对接和深度集成。

(5)矿山生产技术协同平台弥补了其他平台在矿山生产技术方面存在的缺少数据标准、数据难以共享和缺少流程规范等不足,但在分布式数据共享同步、协同调度与弹性伸缩等新技术方面有待进一步研究和深入应用。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2021/1005-2518/1005-2518-2021-29-3-449.shtml

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