基于工業(yè)互聯網的智慧礦山運營管控平臺

基于工業(yè)互聯網的智慧礦山運營管控平臺基本情況1.1.1公司簡介及主營業(yè)務徐州徐工礦業(yè)機械有限公司（以下簡稱徐工礦機）是徐工集團為全球礦山客戶提供成套化大型礦業(yè)機械及解決方案的全資子公司。是中國唯一連續(xù)三年入選全球露天礦山挖運破設備制造商榜單前五強的企業(yè)。徐工礦機目前在國內大型露天礦業(yè)機械市場占有率牢牢占據行業(yè)第一，產品遠銷澳大利亞、俄羅斯、巴西等20多個國家和地區(qū)，具備較強的國際競爭力。2018年，“神州第一挖”榮耀下線，中國成為繼德、日、美之后第四個具備研發(fā)制造700噸級以上液壓挖掘機的國家。2020年，中國首臺大噸位礦用無人駕駛液壓挖掘機XE950DA的成功交付，奠定了國內“無人駕駛”礦業(yè)機械領域的開拓者和領軍者的地位。2022年，全球最大噸位后驅交流電傳動自卸車XDE440成功發(fā)車南美，滿足全球高端礦業(yè)市場最高行業(yè)標準，已成為全球高端礦業(yè)機械領域中一張閃耀的“金名片”1.1.2發(fā)展目標為全球露天礦業(yè)提供智慧化解決方案，作為提升國家礦產資源供應能力、實施能源安全戰(zhàn)略的重要保障，打破外資品牌壟斷，為國家礦山資源安全提供全球先進設備，在高端裝備制造領域成為國家砝碼，成為全球礦業(yè)裝備的首選。1.1.3企業(yè)所屬行業(yè)特點按照我國國民經濟行業(yè)分類（GB/T4754—2017）標準，徐工礦機屬于礦山機械制造小類（代碼3511）。當前礦山行業(yè)處于轉型的危機與機遇并存期，礦產能源需求動蕩，礦業(yè)市場屬于存量中尋求精細化運營管理的智慧化改造階段。露天礦山施工粉塵大、載荷高、強度高，設備幾乎全天候運轉，對產品的可靠性、穩(wěn)定性、先進性、舒適性、安全性要求極為嚴苛。1.1.4企業(yè)信息化基礎現狀徐工礦機自2018年獨立運營至今，業(yè)務信息化系統(tǒng)覆蓋研、產、供、銷、服、管，目前有包括PDM、MES、DSC、CRM、SAP-ERP、IOT及管理駕駛艙等25個核心系統(tǒng)，業(yè)務信息覆蓋度達90%以上。在信息化和數字化建設方面，公司先后通過兩化融合升級版3A級證書、智能制造能力成熟度三級集成級水平，數據管理成熟度三級（穩(wěn)健級）水平，在智能制造方面，榮獲省級互聯網標桿工廠、省級5G+工業(yè)互聯網融合應用等榮譽。1.2痛點問題從礦業(yè)機械自身來看，各產品譜系均存在國內市場的直接競爭和海外高端產品的壟斷，要求礦業(yè)機械企業(yè)的信息化、數字化能力不斷提升，從產品制造商向解決方案提供商轉型進行深度實踐探索。從礦山行業(yè)角度，國家大力推進礦山領域數字化、智能化和綠色化，但是礦山開采一般地處偏遠，工況施工環(huán)境惡劣，網絡覆蓋差，面臨諸多問題，主要包括：安全問題亟待改善，露天礦作業(yè)區(qū)危險性高，存在設備運輸、塌方、滑坡等安全事故；生產亟需降本增效，礦山工作環(huán)境惡劣，人工操作已失誤或作假，換班待機時間長，設備、人力管理成本高，能耗不可控；系統(tǒng)數據孤島嚴重，各個系統(tǒng)接口難以統(tǒng)一運維管理，數據難以流通，不利于智慧礦山統(tǒng)一的管控。技術簡介為解決礦山痛點，徐工礦機聯合徐工漢云技術股份有限公司（以下簡稱徐工漢云共同開展礦山智慧管控平臺項目的調研、開發(fā)、實施工作，利用IOT、人工智能、大數據、云計算、5G等技術，搭建智慧礦山綜合管理平臺。實現生產運行數據深度融合，助力礦企打造生產過程自動化、安全監(jiān)控數字化、企業(yè)管理信息化和信息管理集約化的新一代的智慧礦山。2.1項目方案2.1.1平臺整體架構平臺總體分為邊緣層、IaaS、PaaS、SaaS四大部分，邊緣層是用于接收、處理和轉發(fā)來自現場層的數據流，采用自主研發(fā)車載終端負責采集環(huán)境信息、位置信息和車身工況信息，提供智能感知；IasS是服務器、存儲和網絡；PaaS層分為業(yè)務中臺、數據中臺、IOT和容器層；SaaS主要為前端業(yè)務功能展示，可將數據對接至不同的功能系統(tǒng)中進行數據的流轉與共享，為業(yè)務部門進行服務。整個平臺建立在對礦山設備、環(huán)境數據充分感知基礎上，在業(yè)務應用層形成對生產管理、成本管理、安全管理等核心模塊。2.1.2主要建設內容2.1.2.1透明化運營管理模塊礦山現場工況環(huán)境復雜且地形受開采影響變化快，設備數量多，各類品種型號復雜，相關生產人員更替頻繁，需要大量管理人員在現場進行手動統(tǒng)計分析，整個管理流程繁瑣，現場生產、調度、監(jiān)管效率低、難度大且準確性難以查驗。通過運營管理模塊，提升整個生產運營管理的效率，降低運營成本。1）生產過程監(jiān)控為解決生產過程中的設備趟次、運距、方量計算問題，創(chuàng)新性采用RFID射頻技術、高精度定位傳感器、MESH組網等數字化技術實現靠挖系統(tǒng)對生產設備進行精準配對，并在挖機/裝載機上安裝視頻終端系統(tǒng)，結合邊緣計算、大數據技術，對施工過程進行實時監(jiān)控計算，自動化統(tǒng)計任一設備單趟產出、趟次，通過自動統(tǒng)計裝運車數和方量生成可視化報表，為施工方提供生產數據，助力礦山少人化建設。2）車輛調度管理為合理化安排現場設備，適應采礦生產過程中情況的變化，實現對卡車、挖機等設備的位置及工作狀態(tài)的實時跟蹤、判斷、顯示，根據礦方生產計劃，通過減少礦山車、鏟的非生產性的怠滯時間，從而達到降低生產成本或節(jié)省投資費用的目的。3）三維測繪輔助管理受連續(xù)性生產影響現場地形變化快，方量核驗工作困難大，目前通過不定期無人機航拍點云數據的處理，直觀了解礦區(qū)情況，提供礦區(qū)地理環(huán)境，土方變動等準確信息，輔助礦山CAD圖紙接入、駕駛軌跡數據，可自動識別挖填方施工邊界線，用來對方量、運距自動計算，保證了對現場設備有效監(jiān)控和生產過程的有效核驗。4）人員安全管理礦山施工強度大，12小時一班的連續(xù)作業(yè)，駕駛員輪班工作普遍，項目經理、車隊長如何精準掌握駕駛員與操作設備的關聯以及生產過程的人員安全監(jiān)測，通過高清攝像頭、AI智能硬件等實現對人員的管為保證現場生產過程中的人員管理，尤其是涉及到現場安全，開發(fā)基于AI的視頻監(jiān)控，對疲勞駕駛等異常駕駛進行自動化告警和記錄。同時，利用設備傳感器記錄，對司機的不良操作行為進行模式識別。2.1.2.2全生命周期設備運維管理礦山開采需要各類設備全年全天候24h運轉，對設備可靠性要求高。通過終端實時回傳工況數據至徐工漢云工業(yè)互聯網平臺，采用邊緣端與云端實時數據ETL，圍繞單臺設備的各類傳感器數據實現多維度分析挖掘，通過與CRM、PMS等系統(tǒng)中涉及的服務、備件模塊集成、聯動，提供了包括巡檢保養(yǎng)提醒、故障報警提醒、預防性維護提醒等功能。提高設備出勤率，增加設備使用壽命和可動率，為礦山持續(xù)高效生產提供保障。2.1.2.3穿透式成本管理由于礦山開采施工過程復雜，設備、人員各類成本需要手動采集和計算，效率及準確率均較低。打造基于智能終端實現了各品類機械實時采集回傳計算，可針對任一設備、員工任一班次的工時、里程運距、燃油消耗等礦方成本管理核心指標自動統(tǒng)計，精度達到99%以上，實現單臺設備統(tǒng)計匯總全生命周期的能耗、維保、備件更換、人員開支等成本的計算，同時，可集成項目施工方的ERP進行集成，實現礦山施工項目的業(yè)財一體化。2.1.2.4數字化礦山運營集控中心打造客戶數字化礦山運營集控中心，對客戶項目分布、實際過程分層分級監(jiān)控。通過設備分布駕駛艙，對客戶的設備保有量、產量等核心信息整體展示。針對單一項目，利用無人機測繪和關鍵場所的3D地圖還原對現場地形重建，疊加人員、設備軌跡、設備運維信息，實時監(jiān)控項目進度。通過集控中心將現場管理各項目各部門“化零為整”，集中監(jiān)控，達到無人值班、少人值守目的。主要特點關鍵技術難點和創(chuàng)新點1）基于數據驅動的算法研究，實現核心指標高準確率與穩(wěn)健性對工況數據進行實時ETL，利用多模高頻數據融合技術、基于實時海拔變化的趟次預測以及基于大數據的異常檢測算法，完成多種礦山開采產量自動統(tǒng)計和上報功能開發(fā)，實現核心指標的高準確率與穩(wěn)健2）自動化現場數據管理，保證數據的高可靠性和集成性通過跨系統(tǒng)數據集成，實現通過統(tǒng)一平臺的數據匯總管理，支持海量數據的采集、存儲、分析及查閱，生產、運營等多維數據統(tǒng)計，可按班組輸出單臺設備、單人生成多維度報表，基于實際業(yè)務的作業(yè)效率分析、運營核驗分析、歷史數據分析。3）三維實景的智慧生產監(jiān)控，實現遠程現場高效管理利用無人機技術，實現礦區(qū)三維實景地圖，通過對生產設備實體的軌跡矯正，恢復現場工況情況。通過對點云數據監(jiān)測兩期點云體積的變化情況，同時，礦區(qū)數據大屏可實時數據統(tǒng)計輸出、故障及預警信息實時推送。4）高靈活可擴展的平臺架構，滿足不同客戶需求自研硬件終端加SAAS化部署方案，可以根據現場情況靈活配置。對礦山設備生產管理系統(tǒng)有需求的客戶，除徐工礦機自有設備外，可將集團其它公司設備及其它品牌（三一、卡特等）設備都可以在本系統(tǒng)2.2應用特點2.2.1項目應用行業(yè)及場景項目主要針對露天煤礦、有色金屬礦業(yè)開采行業(yè)，針對現場環(huán)境復雜，現場生產管理難度高、生產成本難計算以及設備運維管理難監(jiān)測等問題，通過該智慧礦山管控平臺，實現對設備的透明化管理，設備的全生命周期運維以及成本的精細化管理。近兩年項目廣泛應用于各項目中，包括但不限于新疆哈密某露天煤礦、內蒙古某煤礦、西藏巨龍銅業(yè)有限公司精益化生產項目等。2.2.2實施方案整體實時方案采用敏捷開發(fā)模式，以客戶為中心，以數據治理為抓手，整體實施分為五步：第一步，現場需求調研，獲取不同角色客戶的真實訴求；第二步，軟硬件實施方案確定，完成相應的定制化開發(fā)和升級；第三步，試點實施，在試驗場完成硬件改造、軟件原型的聯動調第四步，完成項目上客戶現場實際工況的調試，部署上線；第五步，將新模式及成果推廣到其它行業(yè)與場景下。落地應用效果智慧礦山管理系統(tǒng)是為工業(yè)領域大型礦山施工提供管理和監(jiān)測的數智化工作平臺，可實現大型挖裝運輸破碎裝備的互聯及遠程數據采集與監(jiān)測、效率監(jiān)控與分析、實現裝備的全生命周期健康管理，幫助大型施工客戶減少裝備閑置和無效利用，提高生產效益，推動礦山施工企業(yè)實現“數字化”、“智能化”的轉型發(fā)展。1）作業(yè)效率提升根據車輛當前作業(yè)狀態(tài)，可以在線合理規(guī)劃車輛運行路線和作業(yè)人員調度，確保車輛運力最大化，724小時實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)，提供運輸過程中的全監(jiān)控，異常情況實時報警確保車輛及貨物的在途安全，提高設備出勤率10-15%。通過智能終端采集設備的當前位置、工作狀態(tài)，準確分析車隊的設備利用率及閑置情況，為運輸作業(yè)的科學調度提供依據；通過設備工作狀態(tài)、作業(yè)路線，分析統(tǒng)計設備與人員的作業(yè)時長、作業(yè)里程、作業(yè)趟次等，為工作量統(tǒng)計分析提供數據支撐，指標計算準確率平均95%以上，關鍵核心指標準確率達到99%以上；通過員工績效綜合評估分析駕駛員能力，有效提升駕駛員作業(yè)效率，整體提升作業(yè)效率18%。2）設備維修效率提升通過CRM、PMS等有關服務、備件庫等服務資源的接入，為車輛提供精準的售后服務網點位置和備件儲備信息，實現快速完工，提供運輸過程中的全監(jiān)控，全方位保障運輸時效，高效率、高質量的完成客戶生產計劃，提升客戶滿意度，2h接單率達到95%以上，80%的備件能在24h完成更換。一站式數字化服務，圍繞項目設備和人員安全，實現多維度監(jiān)管，綜合設備維修效率提升5-10%。3）降低經營成本利用大數據離線+實時分析技術，詳細記錄設備作業(yè)情況、加油記錄等，綜合油耗成本降低5-10%，同時，通過數據驅動的精益化管理，降低相關管理成本20%以上，提高人員效率10%-20%。通過對人員安全的監(jiān)控，有效降低了人員生產過程產生的風險概率。4）提升客戶數字化能力包含數據集成、數據建模、數據開發(fā)、數據服務、數據治理相關產品及功能以及標準元數據體系建設方法論，聚焦企業(yè)數字化轉型，深挖數據價值，提升企業(yè)數據生產力。該平臺覆蓋了大規(guī)模數據存儲與計算、數據集成、任務開發(fā)、分析查詢、數據管理及項目管理等企業(yè)級大數據應用場景。圍繞完整性、準確性、一致性、及時性監(jiān)控分析數據質量問題、提升企業(yè)數據質量。通過大數據分析對生產運營進行統(tǒng)計分析，為決策規(guī)劃提供數據依據。3.3推廣價值除露天礦山產業(yè)鏈外，在大型基建、大型物流、應急救援等行業(yè)或領域，同樣存在跨系統(tǒng)的數據融合困難，對大型設備、工作人員的實時監(jiān)控、生產過程的跟蹤、安全管控、精益化管理等管理痛點?？梢栽谠摷夹g架構、業(yè)務架構和數據架構體系下，完成系統(tǒng)的整體推廣和個性化配置，該平臺具有的SAAS化部署和個性化定制的方案，目前已在其它行業(yè)有所開展，并產生了一定的實際價值。在以建設“江銅集團世界煉銅標桿工廠”為目標的項目中，依托于平臺建設所涉及的硬件基礎和平臺架構，基于漢云工業(yè)互聯網平臺，在智能物流板塊打造智慧供應鏈管理平臺，使工作量減少80%重復與問題數據量減少70%人員工作效率提升80%財務結算效率提升60%。在服務國家應急管理局“應急裝備綜合信息大數據智能服務系統(tǒng)”項目過程中，通過對項目的遷移，有效的整合應急消防資源，實現救援資源一體化、指揮系統(tǒng)網絡化、指揮調度科學化、動態(tài)信息實時化，綜合效率提升15%-20%。未來發(fā)展規(guī)劃作為徐工礦機從單純出售產品向出售“產品+服務”轉變戰(zhàn)略的重點布局，智慧礦山管控平臺旨在幫助傳統(tǒng)采礦企業(yè)從實體采礦延伸到“智慧無人采礦”的變革，帶動智慧礦業(yè)數字化發(fā)展。實現設計、生產、運營管理等環(huán)節(jié)安全、高效、經濟、綠色的礦山。1）無人駕駛與智能卡調系統(tǒng)，助力礦山無人化開采露天礦山生產環(huán)境惡劣，環(huán)境工況復雜，作業(yè)和管理人員在施工現場危險系數高。實現礦山的少人化到無人化是智慧礦山建設的未來方向，是全球礦山高質量發(fā)展的必經之路。作為礦山設備提供商，專業(yè)的礦山機械設備是為智慧礦山管理平臺建設的內在核心壁壘，加大露天礦山無人駕駛鉆機、礦卡、挖掘機的開發(fā)，實現鉆、挖、鏟、運、卸從分別無人化到協同無人化，實現成套化無人開采設備的聯動配合作業(yè)。并通過5G、工業(yè)互聯網等技術，實時完成基于智慧礦山管控平臺的無人駕駛設備的數據采集和處理，在當前的卡調模塊基礎上，形成基于海量數據實時計算的智能卡調系統(tǒng)，助力礦山向無人化及綠色化發(fā)展。2）5G+AR/VR助力全球化客戶服務升級由于礦山開采設備價值高、技術含量高，對設備的維修保養(yǎng)提出更高的要求，對于偏遠地區(qū)以及海外礦山開采項目設備維保欠缺