煤矿可视化集成管理平台的研究与设计∗

谭章禄 李光达

(中国矿业大学(北京)管理学院,北京市海淀区,100083)

★煤炭科技·机电与信息化★

煤矿可视化集成管理平台的研究与设计∗

谭章禄 李光达

(中国矿业大学(北京)管理学院,北京市海淀区,100083)

为了解决煤矿各个系统的信息孤岛问题,充分发挥各个系统的功能,基于可视化管理的理念,采用物联网和中间件等技术研发设计了煤矿可视化集成管理平台,分析了该平台的整体设计思路,介绍了该平台的总体架构和功能模块设计,最后阐述了该平台在同煤集团铁峰煤业有限公司的应用效果。该平台有效地整合了煤矿的综合自动化系统和信息管理系统,全面、直观和统一地展示了煤矿的运行情况,有利于提升煤炭企业的综合管理水平。

同煤集团 可视化 集成管理平台 信息系统

随着煤炭企业信息化进程的推进,当前部分大型煤炭企业基本实现了自动化和信息化。多数煤矿已经建设和购买了多种综合自动化系统和信息管理系统,但是,这些系统分别由不同主管部门在不同时期开发或购置,从应用层面来讲,各系统的建设目标、使用范围和功能侧重点都不尽相同;从技术层面来讲,各系统遵循的技术标准、应用的开发平台、基于的数据库软件也各不相同,从而造成每个系统自成一体、信息不能互通、信息孤岛问题突显和维护管理困难。此外,由于这些孤立的系统多为专业应用系统,往往只注重功能实现,系统的交互性和展示效果较差,无法满足企业级层面的使用需求,企业也无法基于这些系统开展统一管理。为了有效地整合企业的所有资源,解决系统的信息孤岛问题,实现煤炭企业的集中管理,本文将可视化管理的理念引入煤炭企业,基于物联网、可视化和中间件等技术研究设计了煤矿可视化集成管理平台,实现对煤矿原有系统的高度集成和统一展示,全面提升煤炭企业的管理水平。

1 煤矿可视化集成管理平台整体设计思路

针对煤炭企业当前的信息化现状,首先需要理清问题,而后提出解决思路。通过对煤炭企业的调研,明确了煤矿在信息化建设中存在的分散管理、监控不利、数据混乱以及场地分散等突出问题,提出了集成管理的思路和可视化管理的模式,同时,还确定了平台标准化的设计和求同存异的方案。

1.1 集中管理的思想

针对当前煤炭企业普遍存在的各个矿厂各自为政和利益分散的问题,提出利用统一平台实现总公司对下属子(分)公司和矿厂的集中管理。借助煤矿可视化集成管理平台,总公司对下属所有矿厂进行关键区域实时监控、日常管理、生产指挥和计划下达等管理,通过顶层的统一管理消除各矿厂利益分散的问题,使下属子(分)公司和矿厂的目标与总公司的目标保持一致,实现整个公司的利益最大化。

1.2 管理模式的创新

为了使煤炭企业的管理更加透明和高效,将可视化技术和方法引入到煤炭企业的管理中来,形成一套特有的管理模式——煤矿可视化管理模式。该模式具有直观性强、适用性广、易于被接受等优势,因此对于一般煤炭企业都适用。基于可视化管理的理念研发一个集成管理平台,为用户提供直观、简洁、易用的系统体验,尽量满足各类用户的个性化需求。

1.3 标准化的设计

系统集成的难度主要是由于系统之间数据格式和标准的不统一。目前,煤炭企业的各类综合自动化系统和信息管理系统都来自于不同的厂家,因此每个系统的数据格式和标准各不相同。针对上述问题,提出煤炭企业信息化标准规范及管控模型。在可视化集成平台研发前首先进行信息化标准的建设,整个公司从人员到设备再到物料都进行统一编码,为平台建设奠定数据基础,提高平台建设效率的同时确保系统的安全可靠。

1.4 求同存异的方案

通过调研发现煤炭企业一般具有生产、运销、调度、指挥、管理等几十套工控系统和分布式控制系统。煤炭企业还普遍存在厂区分散的问题,为了保证可视化集成平台不影响原系统和生产活动的正常运行,平台在整体物联网架构的基础上,采用实时数据库技术、分层分布式技术、数据定向同步技术、数据库集群管理技术等,确保在原系统和数据库各自分散和独立运行的情况下,实现数据的集成和同步,有效解决煤炭企业点多面广的问题。

2 煤矿可视化集成管理平台架构

煤矿可视化集成管理平台充分集成了煤矿综合自动化系统和各类信息管理系统,实现了系统的整合和可视化集成展示。基于可视化、物联网、云计算、中间件、Web Service等技术,打造包括设备层、网络层、数据层、集成层和应用层的五级系统架构,煤矿可视化集成管理平台总体架构如图1所示。

图1 煤矿可视化集成管理平台总体架构

(1)设备层。可视化集成管理平台除服务器外,不单独购置设备,充分利用原有综合自动化系统中的各种传感器、视频监控设备、称重计量装置、RFID电子标牌、RFID读写设备、IC卡读写设备以及红外探测设备等,形成具有感知功能的基础设备层,实现各类信息的自动采集与写入,完成自动化信息检测,为数据应用和展示提供了充分的数据来源。

(2)网络层。网络层实现对企业原有井下光纤环网、核心办公网络和移动网络的全面整合。基于通讯协议将各种自动检测设备采集的数据实时地传给可视化集成管理平台,同时还将平台发出的指令信息传输给设备,实现对设备的有效控制。

(3)数据层。数据层采用数据仓库的理念,在所有被集成系统的数据库之上构建用于可视化集成展示的数据仓库。其核心任务是对各数据库中的数据进行筛选和抽取,形成煤矿可视化集成管理平台专用的数据视图,依据主题组织数据为后期的数据调用提供较好的支撑。

(4)集成层。集成层是应用中间件技术、Web Service技术将煤矿综合自动化系统和各类信息管理系统中的功能进行重构和调用,实现对原有各系统功能的梳理和集成,同时还完成了系统之间的数据交换。集成层是煤矿可视化集成管理平台所特有的一层,通过该层整个平台实现了对系统和数据的全面集成,因此该层也是平台的核心层。

(5)应用层。基于集成层对原系统的全面功能集成,煤矿可视化集成管理平台形成了可视化仿真、可视化指挥调度、可视化安全监控和可视化经营决策四大功能模块,四大功能模块有效覆盖了煤炭企业的核心业务范围和重点管理工作,全面实现了煤炭企业井上、井下、生产和经营的全面可视化管理。

3 煤矿可视化集成管理平台功能模块设计

煤矿可视化集成管理平台全面整合了煤炭企业信息管理系统和自动化生产系统,根据功能平台划分为可视化仿真、可视化指挥调度、可视化安全监控和可视化经营决策四大功能模块,系统总体功能结构图如图2所示。

图2 煤矿可视化集成管理平台功能结构图

3.1 可视化仿真模块

可视化仿真是采用计算机仿真和都市圈技术,对煤炭企业的矿区和厂区进行模拟仿真,通过配置重点建筑物的信息,实现煤炭企业井上和井下的可视化管理。

(1)井上可视化。井上可视化主要是对煤炭企业地面厂区的建筑物进行仿真建模,每个建筑物的模型中还包括与之相关的详细信息,例如在系统中选择某一办公楼,就可以查看到该办公楼所包含的部门及其分布情况,再选择某一部门又可以查看该部门的相关信息,例如部门的员工情况、管理制度、绩效考核得分情况等都可以一目了然地展现出来。

(2)井下可视化。井下可视化主要是对矿区进行虚拟现实建设,针对井下巷道进行三维建模仿真,并将各类监测监控传感器和综合自动化系统按照实际地理坐标部署在模拟巷道中,不仅增加了企业人员的情境感,同时也方便用户在系统中随时查看各设备的数据和运行情况。

3.2 可视化指挥调度模块

可视化指挥调度模块实现了调度的自动化和可视化,通过与其他业务的关联,使管理人员可以实时查看各矿厂的煤炭生产、库存和发运情况,及时制定和修改调度计划。可视化指挥调度主要包括生产指挥调度和运输指挥调度两部分功能,其中运输指挥调度根据煤炭企业的调运模式又分为公路运输管理、铁路运输管理和可视化运输综合管理。

(1)生产调度管理。生产调度是煤矿生产的关键业务,管理人员需要实时掌握煤炭的产、销、存、选等情况,以确保各项生产指标能按期完成。传统的管理方式是调度室的调度人员通过电话询问煤炭的产量信息、销售情况、存煤信息及洗选情况,下级单位通过传真等形式将报表呈报给上级。而可视化集成平台将每日产量、存煤、销煤及选煤等数据形成直观的趋势线和饼状图等可视化形式,使管理者能够快速准确地获得不同采面的出煤情况、不同巷道的掘进情况、原煤的洗选情况以及各煤种的销售情况,通过可视化管控快速把握企业的整体生产情况,以便进行生产控制和物资调度。

(2)公路运输管理。公路运输管理主要功能包括车辆识别、IC卡识别、自动称重、运输防控、视频监控等,主要实现车辆和载重信息的自动识别、无人过磅、图像监控、自动拍照以及运输过程的防控等。该模块能够提升运销调度管理的水平、员工过磅操作的效率以及运销过程的整体防控,大大减少人为偷煤、漏煤和换煤的可能性。

(3)铁路运输管理。铁路运输管理主要功能包括火车车号的自动识别、红外线检测、火车车辆过磅、数据和视频的传输等,实现火车车辆装载的自动化和智能化、消除人工抄号可能出现的错误、提高火车过磅的效率以及完成数据和图像的实时上传,使运销调度中心的管理人员可以实时监管各个矿厂的过磅情况,并及时下达调度指令。

(4)可视化运输综合管理。可视化运输综合管理主要包括运销数据记录、防控管理、合同管理、统计分析、报警分析、数据查看和基础设置7项功能,重点实现对数据、图像和视频信息的综合查询,统一管理电子标牌和电子签封的使用,并以图表的方式统计煤炭各种途径的运输情况。相关的管理人员通过该模块可以看到各个矿厂过磅及运输过程中的实时数据、视频与图像信息,针对各种不规范的操作以及人为偷煤、漏煤和换煤等现象进行实时监察,以便迅速做出决策,极大地提高了煤炭企业运销工作的效率,有效地杜绝了煤炭运输过程中的跑、冒、滴、漏等问题,减少企业的经济损失。

3.3 可视化安全监控模块

可视化安全监控模块集成了供电监控系统、视频监控系统、绞车提升系统、压风机在线监测系统、制氮机在线监测系统、产量监控系统、通讯定位系统、排水监控系统、矿压监测系统等多个监控系统,管理人员通过该模块可以直观地掌握各个系统的运行情况以及关键设备的运行参数等信息,并将各系统运行中的关键参数以历史曲线的形式展示,使管理者一目了然地发现管理对象的变动趋势和异常信息。

(1)系统监测。可以实时查看到通风机房、地面变电所、绞车房、压风机房、制氮机房等综合自动化系统的状态,通过点击地图上相应系统图标能够看到该系统运行的关键数据,再点击系统名称还可以查看更为详细的运行信息。

(2)隐患排查。借助可视化技术将隐患闭环管理过程直观地呈现在管理者面前,隐患确认、整改、复查等所有环节都一目了然地展示在系统中。此外,针对隐患进行可视化分析,将分析结果生成各类图形和图表,便于管理人员发现隐患数据背后存在的规律。

(3)安全预警。根据日常管理经验,在系统中对井下不同区域的瓦斯、温度、风速和CO等传感器配置预警阈值,当井下环境参数超过阈值时,传感器的参数就会显示为红色闪烁,并且自动弹出到系统最前端,便于管理人员快速发现和识别可能出现的安全隐患。此外,该模块能够将各类预警进行统计分析,使管理者能够从中发现预警常出现的时间段和区域,以便加强管理者对该时段和区域的监管。

3.4 可视化经营决策模块

可视化经营决策模块模仿飞机驾驶舱的设计理念,使管理人员在进行经营决策时如同驾驶企业这架“大飞机”,在驾驶舱可以全面直观地浏览企业的整体情况,在综合考虑各项因素后进行相对正确的决策。以成本管理为例,在煤炭生产经营中人工成本、设备成本和原材料成本构成煤炭生产的主要成本,针对该问题,可视化经营决策模块实现了设备采购决策的可视化,管理者借助供应商选择决策支持功能就能够自动采集包括供货及时性、设备质量、设备价格等各类设备供应商的相关信息,并且系统会根据价格最低、质量最好、缺货水平最低以及综合评估等类型自动拟定出可行方案,管理者选择相应的方案后,系统会自动评估方案的实施效果。

4 煤矿可视化集成管理平台的应用效果

煤矿可视化集成管理平台于2014年底在大同煤矿集团铁峰煤业有限公司正式投入应用,具体应用效果如下：

(1)全面集成煤矿各类系统。煤矿可视化集成管理平台全面梳理和集成了铁峰煤业有限公司的综合自动化系统和信息管理系统,全面覆盖了公司的人、财、物、供、产、销等环节,使公司内的大量数据得到有效地集成和共享,消除了系统间和部门间的信息壁垒,提高了员工的工作效率,增强了公司的运行活力。除了4个不具备数据接口的老系统外,煤矿可视化集成管理平台实现了对公司32个系统的有效集成。

(2)提升管理和决策水平。铁峰煤业有限公司管理层通过煤矿可视化集成管理平台可以随时调用所需的数据,全面掌控公司各个方面的情况,同时还可以通过可视化功能直观发现数据的规律。该平台使公司管理层的管理和决策效率得到了明显提升。经测算,决策时间由以前的平均40 h降低到了平均8 h,决策的准确性也提高了约20%。

(3)减少经济损失。煤矿可视化集成管理平台创新地将直观易懂的可视化管理模式引入到煤炭企业的管理模式中,实现了铁峰煤业有限公司对下属子(分)公司和矿厂的集中管理,加强了公司内部的监管力度,全面提升了公司的监管水平,使多个环节实现了“无人值守”,从而节省了人力资源成本和管理成本。煤矿可视化集成管理平台全面遏制了公司内部的跑、冒、滴、漏等问题,该平台的应用每年可为公司减少经济损失大约60万元。

[1] 侯贵宾.港口煤炭生产管理可视化集成平台[J].中国港口,2013(8)

[2] 吴锋,侯平智.制造可视化及关键技术研究[J].现代制造工程,2009(4)

[3] 庾海涛.分布式实时数据库系统技术研究[J].信息系统工程,2014(12)

[4] 谭章禄,常金明,刘浩.基于物联网技术的煤矿运销调度管理信息系统的研究与设计[J].中国煤炭,2012(10)

[5] 高云全,李小勇,方滨兴.物联网搜索技术综述[J].通信学报,2015(12)

[6] 薛燕红.物联网技术及应用[M].北京：清华大学出版社,2012

[7] 杨震等.物联网的技术体系[M].北京：北京邮电大学出版社,2013

(责任编辑 路 强)

31.1 万煤炭产业工人通过开网约车实现再就业

根据滴滴出行发布的《移动出行支持重点去产能省份下岗再就业报告》(以下简称《报告》),目前,在中国已有50万钢铁煤炭产业工人通过开网约车再就业,山西、四川、黑龙江煤炭钢铁司机占比最高。

这份《报告》基于40320份滴滴专快车、代驾司机填写的有效问卷,选取的样本来自17个重点去产能省份的30个重点城市。《报告》显示,截至今年5月底,滴滴已为中国17个重点去产能省份,提供了388.6万就业机会(含专快车和代驾),其中,有31.1万滴滴司机来自煤炭行业,21.9万滴滴司机来自钢铁行业。

去产能是供给侧结构性改革五大任务之一。如何解决职工安置问题被认为是去产能最难的环节。诸如滴滴这类新经济的兴起,带来了大量灵活就业的机会,为去产能的职工安置起到了缓冲带的作用。

《报告》数据还显示,山西、四川、黑龙江等省份煤炭钢铁行业司机群体占比最多,山西(大同、长治、吕梁、晋城等地)、四川(攀枝花等地)、黑龙江(鸡西、鹤岗等地)的煤炭钢铁司机占比最高,分别可占到这些省份滴滴司机的28.5%、24.8%、20.3%。而且,山西、四川、黑龙江、宁夏等地的去产能司机大多来自于煤炭钢铁行业,最高占比可达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

谭章禄(1962-),男,江西赣县人,教授,博士研究生导师,工程管理博士点首席学科带头人,主要研究方向为管理信息系统、企业信息化等。

国家自然科学基金——基于数据挖掘的煤矿安全可视化管理模型及图元体系研究(61471362)