工业工程视角下我国矿业创新发展研究

2018-03-01刘明凯唐善茂王新宇蔡红涛

中国矿业 2018年2期

刘明凯，唐善茂,，王新宇，蔡红涛

(1.桂林电子科技大学，广西桂林 541010；2.广西壮族自治区地质矿产勘查开发局，广西南宁 530023)

0 引言

据中国地质调查局发布的《地质调查动态》显示，截至2015年5月底，全球矿业活动指数(PAI)已跌至41点，达到近3年的最低位；SNL金属指数价格也几乎下行至近三年来的最低点；矿业市值远不及去年同期[1]。中国矿业联合会会长彭齐鸣在2017中国国际矿业大会上表示，近两年，全球矿业市场有所回暖，借助“一带一路”发展契机，矿产企业海外投资迎来新的机遇，我国矿业经济发展呈现新的布局(图1)。

新常态下我国矿业发展遭遇多重瓶颈，如何在当前矿业经济发展布局和社会要求下继续推进矿业绿色可持续发展，是我国采矿行业及相关行业亟待解决的问题。矿业开发作为我国传统型行业，体量大、涉及面广、开采面临问题多，除了“走为上”的矿业经济发展战略，焕发采矿业本身的生命力才是地勘经济复兴的重要保证[3]。

图1 我国矿业经济发展布局

(资料来源：文献[2])

为了实现我国矿业新常态下的创新发展，必须在此过程中注入新的发展理念，进行新的技术和管理方法革新。工业工程技术在我国制造业中的成功应用，凸显了该技术在成本降低、效率提高和质量保证上的靶向性[4-5]。将工业工程技术手法成功应用到传统采矿行业，通过对矿业发展过程的把控改善，可实现行业的稳步推进及地勘经济效益的提升。工业工程应用在采矿业的理论研究还有待发展，1992年乔石的《人类工程学及其在采矿工业中的应用前景》一文是我国工业工程在采矿业应用的萌芽[6];韩可琦、段玉玲等学者提出其在煤炭行业中的应用[7-8];齐二石教授更是对工业工程的应用提出了诸多设想[9]。工业工程在采矿业本身的应用研究还不够完善。

1 新常态下我国矿业发展遭遇的瓶颈

自工业革命以来300年掠夺式开发，全球80%以上可以进行工业化生产的矿产资源，已经被人类以各样的方式从地下转移到地上，并在全球化的工业大生产中被消耗或是浪费，人类社会即将面对矿产资源枯竭的窘境。我国作为世界第二大经济体，经历了长时间的改革发展，在这一过程中也消耗了极大的矿产资源储量，我国待开发资源逐步减少，开发过程中存在诸多的问题，环境保护和可持续发展没有切实进行。矿业经济发展航向发生变化，地质矿产勘查投资逐年减少(图2)。

图2 2012～2016年我国地质矿产勘查投资变化情况

1.1 勘探效率低与准入门槛高之间的双重限制

经历了长时间的发展，消耗了大量的矿产资源，资源再生周期长，全球资源储量降低是我们不可避免的问题。经济发展离不开资源的消耗，资源储量低和其他条件约束导致资源勘探效率降低，在寻求其他替代能源的同时，也需要对现有资源进行合理的开发利用。

由于国家资源相关政策以及环境保护约束，我国资源勘查门槛越来越高，相关约束导致勘查效率低、勘查成本高，申报流程繁琐以及转化率低，许多勘查机构面临的现实是经历诸多困难成功申请到的矿权，没有企业愿意接手，经济效益得不到体现。

1.2 采矿过程中的管理漏洞和技术规范不达标

我国采矿系统主要由以政府和相关事业单位为代表的公益性部门，以及以营利为目的的民营企业，同时还有部分承担矿业领域研究工作的高校和研究所组成。矿产资源开发是技术要求比较高的行业，开采部门在开采过程中的重心是如何对矿产资源进行开发，这就导致了开采过程中的诸多不合理问题，如开采现场的布置、人员的安排、开采流程的规划、工序的设计等诸多有待改善的部分。在管理方面也存在许多问题，管理层级设置过多、技术要求落实不到位、现场管理有待加强。

1.3 已采矿井对环境的破坏及可持续发展短板

矿山环境整治，以及闭坑处理等采后工作一直是开采部门的短板，这就会给生态环境造成进一步的破坏，也不利于资源的可持续发展。我国每年因为矿产开发之后的环境治理所消耗的资金巨大，形势依然严峻，我国2016年全年矿山环境保护情况见表1。

无论是从国家政策要求还是从经济效益上来看，在开采完后及时对矿井进行矿山环境整治，以及闭坑处理是有极其重要意义的，符合当今社会经济发展要求。

2 工业工程技术手段及采矿业应用的可行性分析

工业工程理论是以泰勒的科学管理为奠基，历经一个世纪的发展，在众多学者的不断丰富和完善下，形成的以管理学为核心，多重学科并用的综合性学科技术。工业工程技术手段起源于西方发达国家，在得到认可后逐步被日韩等亚洲发达国家所采用，而引入到我国的时间较晚，目前也只是停留在我国沿海制造型企业的运用。在工业工程技术手段不断被其他行业所采纳这一趋势下，采矿行业作为我国传统经济发展支柱，与制造业发展有其共性，产业流程也有相似之处。因此，反观我国制造业发展历程，将工业工程技术手段在我国矿业上运用，对适应新常态下的矿业发展有一定现实意义。

表1 我国2016年矿山环境保护情况

数据来源：文献[10]。

2.1 工业工程技术手段

工业工程是一门管理与技术相结合，以优化改善为目的的综合性学科技术。其通过对目标系统的规划、设计，制定一套规范合理的系统运行流程，进而使得系统得以优化，同时通过反馈纠错机制，实现系统创新，达到降低成本，保证质量，提高生产率的目标[11]。工业工程技术手段如图3所示。2.2 工业工程技术手段应用于我国矿业可行性分析

工业工程技术手段的应用目前大多停留在制造业及相关行业，在其他行业的应用尚欠发展，采矿行业作为传统粗放型生产模式，在业务流程上存在诸多问题，工业工程作为以改善为目的的技术学科，凸显其在这些问题上的靶向性。工业工程在我国矿业的应用基于其与制造业的相似性和技术应用可行这两个方面，从工业工程近现代发展史来看，这一技术手段在工业生产系统的应用体系是完善的、应用前景也是光明的[13]。

基于工业工程技术手段的优化特性，充分分析传统采矿行业的业务流程，将工业工程工具切实可行的在传统采矿业中推进，实现系统的成本、生产率和质量得以优化，关于工业工程在采矿系统中的干预，可以从探矿、开采和维护三个层面来着手(图4)。

图3 工业工程技术手段[12]

图4 工业工程介入后的采矿循环优化图

图4所示是从基础工业工程、经济评价、人因工程以及环境要求等方面运用工业工程技术手段对采矿全过程的优化改善，当然，在工业工程技术应用成熟的条件下还可以着眼于现代工业工程的思维，集合其他的先进技术手段来实现系统的进一步改良与创新。在当前矿业经济低速徘徊，发展航向变化的新形势下，我国矿业逐步向地质勘查开采以外的业务延展，对于其他相关业务也可以遵循上述循环图实施工业工程优化职能。

3 工业工程视角下的矿业发展过程把控与改善

上述三个方面的瓶颈是制约我国矿业发展的关键节点，主要体现了在矿业发展过程中资源储量限制、国家政策要求以及矿产勘查开采本身技术落后的窘境，现拟从工业工程的宏观把控和微观改善两个方面着手，运用相关技术手段来实现我国矿业创新发展。

3.1 基于经济评价方法下的投资决策

为适应市场经济发展，我国众多采矿系统在寻求传统采矿业之外的其他相关产业发展，如积极寻求海外勘探合作项目，发展与地勘经济相关的地勘服务、地勘配套设施生产以及相关投资建设等。那么如何对其他相关产业进行投资决策便是地勘经济转向的重要指导方向，工业工程中的经济评价理论是对系统运行前的投资项目量化分析，根据对现有数据和可预测数据的概率性统计来进行投资组合，进而得到相应的预测量化数据，进行项目投资选择，有了相应的预测数据作为参考，投资的主动性得以增强，方向更为明确，无论是对于地勘经济全局的预测还是对具体地勘项目的选择判断，合理的确定经济评价指标，选用适当的评价模型是采矿行业中有效的事前把控方式[14]。

除了“走为上”的矿业经济发展导向，还可以在技术上进行革新，在当下地勘经济发展中，可以充分利用工业工程体系中的工程经济评价和运筹学相应的技术知识来作为地勘经济转型发展的基础。

3.2 采掘流程及相关技术标准纠错机制设计

经济发展离不开资源的消耗，传统采矿业作为地勘经济的主要组成部分，将在很长一段时间内承担地勘经济发展的主体责任。地勘部门经历繁琐的审批程序获得矿权之后，要切实履行管理职责，因此，进行采矿流程规划设计和相关技术标准的制定是地质开采工作的首要前提。纵观我国采矿系统，地勘工作重心一直是技术，而忽略了管理，这一漏洞会导致矿产勘查项目实施的紊乱和经济成果的流失。

适当运用工业工程技术手段，发挥其在规划设计上的优势，综合运用选址、布局、人因以及其他相关技术工具，设计一套合理的采掘流程(图5)，并根据国家技术标准和行业技术标准要求规范采掘体系，从而在开采前做到对全局的掌控[15]。

图5 IE介入开采前期工作流程对比

3.3 基础工业工程、现场管理及相关技术对矿产开采过程的优化

矿产采掘是传统采矿业的主体部分，矿产资源从地下到地上的过程是其经济效益的逐步体现过程，因此，合理有序地推进矿产采掘工作，避免采掘过程中紊乱和浪费是矿业经济发展的重要保障。根据矿产的产出状态，待开发矿产可分为固体矿产、液体矿产和气体矿产，其中固体矿产开发占据我国资源开发绝对比例，另外两种矿产资源的开发也是在固体矿产资源开发的基础上发展而来的，现以固体矿产开发中的矿石开采流程优化为例(图6)。

由图6可以看出，矿山采掘流程属于单一性流水线式生产，由于其行业独特性，技术要求高，生产模式粗放，忽略了采矿过程中的管理因素，会造成效益的流失[16]。而工业工程技术手段的应用可以通过对组织的优化实现生产流程的均衡和效益的维护[17]。对于该业务流程，可借鉴基础工业工程在单一流线型制造业上产线的优化改善过程:①人员与设备准入的把控→人员配备、设备管理；②现场管理→目视管理、看板管理、5S管理、安全保障；③工序分析与调整→工作研究、方法研究、作业测定；④产线平衡→预定标准作业时间；⑤消除不合理因素导致的浪费→精益生产。

3.4 以价值流图为导向的矿山环境修复规划

矿产资源开发过程中对地质环境影响和破坏是物理作用、化学作用和生物作用的综合过程，已采矿井的环境修复要从多方面入手，遵循价值流图(图7)走向，充分考虑人本因素，着眼工业工程信息化建设，构建矿山地质环境评价系统标准体系，从技术和管理两个层面来推进土地复垦、生态重建等工作的进行，以实现矿产经济可持续发展[18-20]。