浅述工业互联网的智能矿山研究与设计

金树军

(中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁抚顺 113122)

科学技术的飞速发展,为各行业的发展提供了便利,尤其是当国家提出工业4.0与智能制造战略时,给矿山的智能化发展带来了机遇。矿山要抓住这一机遇,实现自身的转型升级,不断提升矿山建设的智能化水平。国家层面提出的智能化战略,为信息通信技术与制造业相结合提供了政策优势,在此背景下,矿山为实现自动化、信息化以及数字化建设都需要重视对工业互联网的应用,利用工业互联网实现智能矿山的打造,建设智能矿山,才能更好的推动矿山的发展。

1 智能矿山与工业互联网

从本质上说,工业互联网属于一种深度数据处理与高级建模方法,对工业互联网智能矿山进行研究,首先需要建立机器、原材料、控制系统以及信息系统与产品之间的联系,从而实现万物互联,达到数据实时传输、实时处理、智能控制以及组织优化的目的。其次,工业互联网智能矿山的设计和应用能极大的提升矿山工作效率,合理分配资源,全面感知生产数据,并通过建模的方式处理数据,进而更好的控制矿山运行的整个流程。最后要搭建智能矿山,就离不开工业互联网,工业互联网是智能矿山建设的基础,只有对工业互联网有深入的了解,才能搭建出更加智能的矿山[1]。

智能矿山的设计主要体现在智能传感设备上,智能传感设备能直接感知矿山运行的各个流程,并及时处理矿山运行过程中的问题,此外,还能实现资源共享,将人与物之间联系起来,更好的共享资源。具体而言,智能传感设备将所感知的数据自行处理,随即深度学习,然后通过综合分析得出最优的处理方案,进而提升矿山生产的安全性以及效率,极大的降低生产成本[2]。矿山要实现智能化,工业互联网的应用是基础,更为重要的还要具备先进的开采工具以及技术,包括开采需要的设备、工艺等,这是保证工业互联网得以顺畅应用的前提,有了先进的开采技术以及设备,才能更好的应用工业互联网,发挥工业互联网的价值。

2 工业互联网智能矿山研究与设计

工业互联网要实现有序应用需要建立全方面的互联互通体系,从本质上看,工业互联网设计主要涉及到三方面:一是网络体系设计;二是数据体系设计;三是安全体系设计。对不同体系设计完善后,才能更好的对矿山数据进行感知、收集与处理,实现智能化的操作[3]。

2.1 网络体系设计

网络体系设计的核心在于网络支持,网络能保证智能矿山互联互通,并且达到顺利运行的效果。网络化是一种交互状态,即将不同或相同的网络与矿山的系统、装备以及人员连接起来,达到万物互联的状态[4]。而矿山要实现智能,需要搭建顺畅的网络系统,利用网络处理相关数据,矿山在智能化的建设中一旦缺少网络支持,将无法开展数字化的交流,矿山数据无法及时处理,直接影响矿山运行的质量与效率。网络技术主要运用的是射频识别技术,射频识别技术能自动识别物流、人流,并及时反馈信息,实现互联互通[5]。而在矿山生产管理中,需要用到的网络是太网,大数据与工业云服务结合,推动矿山的智能化水准。构成网络体系设计的主要为网络互联、标识解析以及应用支撑体系三部分,只有设计健全的网络体系,才能确保信息数据之间的流通,实现数据无缝对接。

2.2 数据体系设计

数据体系的设计也是工业互联网智能设计的重要内容。矿山智能化的核心是数据,即只有充分利用好数据才能更好实现矿山的智能化。从本质上说,数据的传输与使用是矿山智能化的基础,数据连通矿山的各个系统[6];但要处理好数据,就必须采用统一的矿山数据识别方法和处理方法,以方便系统的识别与处理。数据体系的设计主要包括四部分的内容:即设备、环境、生产管理以及外部数据。设备数据指的是矿山开采相关设备的运行数据[7];环境数据则是矿山周围环境的数据感知;生产管理数据即矿山生产过程中、生产后产生的数据;外部数据则是上述三部分的其他数据,这些数据共同构成矿山运行数据,是矿山智能化建设必不可少的数据[8]。在获取相关数据的基础上,进行数据的交换、处理、从而给出最优的生产管理方案,方便矿山的智能化管理。

2.3 安全体系设计

安全体系设计是确保矿山智能化建设的重要环节,因此要重视安全体系设计的工作,提升矿山开采的精确度。安全体系设计一方面要保证数据的安全,同时也要保证管理、应用方面的安全。这样才能保证工业互联网的智能化建设[9]。尤其是目前工业互联网经常被攻击的问题,更需要重视网络安全设计,减少公共互联网受到攻击的可能性。网络不安全从宏观层面说不利于国家经济运行以及人民群众的安居乐业,从微观层面说不利于矿山的智能化建设,所以当网络逐渐开放、信息以及自动化时,更加需要重视安全在工业互联网设计的工作[10]。当前在安全设计上,通常采用分层分域以及防护边界的方式来达到安全设计的要求,在边界防护上主要为防火墙、访问权限等措施[11],并且安全体系在工业互联网设计的地位越来越高[12]。工业互联网的安全是矿山智能化实现的保障,所以应在安全体系的设计中更多的关注矿山设备以及控制上的安全,并且还应强调个性化安全措施,针对不同的矿山运行要求制定个性化的定制服务,以保证矿山安全运行。此外,安全体系的设计应贯穿矿山系统的各个环节,确保矿山的各个环节都能得到安全保护,防止矿山数据泄露,推动矿山智能化建设。

3 工业互联网智能矿山未来研究与设计

矿山要实现智能化,工业互联网的应用必不可少,与此同时,除了重视工业互联网的设计外,还应对工业互联网智能矿山的未来发展进行研究,从而对智能矿山有全面的认识并推动智能矿山的进一步发展[13]。尤其在物联网、人工智能不断发展的当前,工业互联网应随时更新,随时做好准备与传统制造业融合,进而实现更大范围的智能化发展。

未来矿山智能化首先是在网络设计上应倾向于搭建多层架构体系,发挥架构对矿山建设的优势;其次在技术上应强化网络技术,确保网络技术与设备紧密结合,实现万物互联[14];再者在数据上,要更好的收集、分析和处理数据,并从数据中得出反馈,发挥数据的优势;最后在安全设计上应进一步开展安全设计,延伸网络安全服务系统,确保数据收集以及设备使用的安全性[15]。可以说,数据、安全以及网络三者对工业互联网的智能矿山建设十分重要,无论是当前的研究与设计,还是未来的发展趋势,数据、安全以及网络都是必须要考虑的重点,只有对数据、安全以及网络设计好了,才能充分发挥工业互联网的价值,找准工业互联网智能矿山建设的定位,制定设计目标,一步一步实现,从而搭建更加稳固、结实的工业互联网,让工业互联网推动矿山实现智能化,提升矿山开采效率与质量。

4 结语

矿山智能化建设是顺应时代发展要求的举措,而要实现矿山智能化需要借助工业互联网,那么要建设智能化的矿山首先应对工业互联网有所了解,在了解的基础上分析工业互联网与矿山智能化建设之间的联系,从二者的联系出发,进行思考与设计,确保工业互联网较好的适应矿山智能化要求。工业互联网智能矿山的设计主要在网络、数据以及安全三方面,做好网络、数据以及安全设计工作,就能推动矿山实现智能化。