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以工业互联网推进煤炭产业数字化转型

转载自《华为技术》

  实现中国煤矿全面智能化,必须在实践基础上,围绕着面向未来的精准开采理念,即依托工业互联网架构为基础的智能煤矿体系,从传感、通信、平台、云、应用等层面去思考。

以工业互联网推进煤炭产业数字化转型

国家能源集团神东煤炭集团党委书记、董事长 李新华

  工业互联网关乎工业体系未来发展。当前,国家能源集团高度重视数字化转型,大力推进智能矿山建设。国能神东煤炭(以下简称“国能神东”)作为国家能源集团的骨干企业,进行了前瞻性、系统性、战略性谋划,将全力构建能源(煤炭)工业互联网生态体系、架构体系,支撑能源体系的数字化转型。华为公司(以下简称“华为”)是我国信息技术能力最强的企业之一,煤矿军团作为专业团队,志在打造世界一流智能矿山解决方案。国能神东与华为煤矿军团达成合作,目的就是立足工业互联网,研发攻克煤矿智能化深层次难题,打造亿吨级智能化矿井群“超级工程”,引领煤炭行业数字化转型,把人从复杂危险繁重的劳动环境中解放出来,进一步提高矿工的体面感、尊严感、获得感、幸福感、安全感,真正实现“智慧生产、智慧安全、智慧经营、智慧环保”,推动煤炭行业可持续和高质量发展。

  国能神东现状以及智能煤矿建设中面临的问题

  国能神东是我国首个2亿吨煤炭生产基地,现有安全高效的现代化大型矿井13个。国能神东致力于打造煤炭行业智能建设的标杆示范,目前已建成24个智能采煤工作面、26个井工智能掘进工作面和5个智能选煤厂。

  但在继续推进智能化建设过程中,国能神东仍然面临许多问题。

  国能神东有1370多家主要设备供应商,10万台各类设备、10余类操作系统、500多种需要适配对接的通信协议。不同的设备装置具有不同的操作系统,同一家供应商不同时期提供的操作系统及应用彼此不兼容,造成设备之间数据共享难,信息互通难,生产作业智能联动难。煤矿智能化建设要构造统一标准、统一架构,建立统一的信息化、智能化作业支撑系统,实现智能化协同作业和生产控制,实现自感知自优化的决策支撑,是国能神东要着力解决的关键问题。

  国能神东的安全管理依然靠“人盯人、人防人、人管人”,“人物环管”等方面没有智能预警功能,无法动态、在线超前预判重大危险源所带来的安全风险。国能神东智能安全管理体系的研究核心是利用AI在线识别已知风险源和不安全行为,自动触发整改电子流,管控整改过程节点,实施整改结果智能评价,实现安全领域快速的信息传递、自感知的风险预测、智能的故障预防、智慧的应急管理。

  国能神东缺少与智能煤矿、世界一流企业相匹配的、系统的、全面的智能化经营管理系统。各业务系统间数据不能共享,缺乏统一平台,形成“数据孤岛”,让煤矿海量数据陷入“沉睡”。国能神东自主搭建的生产数据仓库2019年上线,截至2022年7月,持续采集2.6万台设备的生产数据1068天,累计存储数据3.68万亿条,今后数据量至少是现在的10倍~100倍。海量数据有收集、整理,但缺乏分析、交互和应用,没有转化成具有智慧决策的支撑力量。国能神东需要建立一套跨部门、跨专业、跨领域、跨层级的“业财联动”的智能化经营管理体系,实现“生产成本实时精准管理”。

  实现以上目标,都需要工业互联网作为支撑。工业互联网既是数据标准和运行规则集成的技术体系,更是产业链、供应链、价值链、创新链上下游协同的生态体系。

  联合创新,研发能源(煤炭)工业互联网体系

  现阶段,工业互联网可以破解煤矿智能化建设过程中的关键难题。

  首先,解决工业网络实时传输的问题。实现矿用5G无线覆盖,通过F5G构建井下本安硬管道,配合工业交换机,确保传输网络低时延、高可靠。第二,解决生产要素万物互联的问题。以自主研发的操作系统替代国外操作系统,实现统一连接协议,统一标准。第三,解决通信协议标准化问题。推行工控标准协议EIP,解决协议庞杂对接成本高的问题,打造《新一代自主可控的工业通信标准》,使设备间互联互通简单高效。最后,解决数据治理手段落后的问题。基于统一的数据平台,将大数据与人工智能相结合,打造煤矿数据架构体系与能力体系,提升数据治理能力。

  2021年5月,国能神东与华为煤矿军团成立了智慧煤矿联合创新项目组,确定联合创新课题18个,子项目21个。截至目前,国能神东共投入各部门业务骨干80多人,华为常驻国能神东创新中心70多人,华为总部投入研发人员200多人,合作厂家投入160多人,共同进行技术攻关。

  国能神东煤炭集团与华为共同创新并实践的矿鸿操作系统,通过为大大小小的智能终端设备提供统一的操作语言,实现人与设备、设备与设备间的互通与协同,通过万物互联实现终端设备网络化、智能化的协同作业、智能化的生产控制,大大提高了煤矿企业的生产效率及安全管理水平,助力煤炭企业实现智能化生产、数字化运营。

  当前,矿山鸿蒙操作系统已成功适配煤矿井下综采工作面的液压支架主控器、工作面通讯控制器、组合开关显示控制器,以及吊轨式、胶轮式等各类巡检机器人共52类设备,2239台套设备。

  联合创新的最终目标是为了打造能源工业互联网生态链体系。基于华为芯片、操作系统、数据库、网络设备、云/AI算法模型全套核心技术,打造国内首个煤矿工业互联网生态链体系。同时,打造能源工业互联网平台。设计设备物联、基础工业网络、数据治理、业务应用、网络安全五层架构,基于一套标准体系、一张全面感知的网络,通过“采集交换-集成处理-建模分析-决策与控制”的闭环数据驱动,实现“智能化生产、网络化协同、个性化定制、服务化延伸”的生态智慧运营。

  工业互联网是实现煤矿数字化转型的重要基础

  数字经济时代,数据是核心生产资料,算力是生产力,工业互联网组织了新的生产关系,使得大数据和AI成为重要的生产工具。工业互联网构建的数字产业大生态,将推动能源产业发展模式、生产方式深刻变革,为行业智能化建设、数字化转型提供强大支撑保障。

  事实证明,加速工业互联网的应用落地,将深刻地改变煤炭产业的产业形态、价值形态和交易结构,实现煤炭产业的数字化转型,实现数字经济与能源经济融合发展,实现煤炭稳定供应、安全态势平稳、经济持续发展、生态环境保护的高度协同,创造以工业互联网建设为标志的“煤炭工业文明”。

  经过数字化转型,煤矿将以“业务数字化、数字能力化、能力平台化、平台生态化”为主线,以“安全、高效、绿色、智能”为目标,实现煤矿全体系、全链条、全流程、全要素的端到端(E2E)数字化智慧运营,主要体现为:

  1.通过“泛在的连接”,对人、物、设备、系统、环境各类要素数据进行全面采集融合,实现人-机、机-机万物互联的数字化。

  2.通过“平台化的服务”,实现煤矿生产海量数据的存储、管理、计算与分析,挖掘数据价值,支撑煤矿各种安全生产应用,实现平台服务的智能化。

  3.通过“知识的积累”,将基于煤矿生产实践的数据分析能力变现成知识,进行固化、积累、共享与复用,提升知识的价值创造能力,实现行业知识的智能化。

  4.通过架构解耦与微服务化能力,借助平台的各种资源、生态体系,广泛实践于工业应用,营造更大规模的生态化应用场景,实现迭代创新的智能化。

  未来的煤矿将是智能化的生态体系,以工业互联网为核心,通过煤矿泛在全时域的数字化转型,实现煤矿连接数字化到生产数字化,安全数字化到运营数字化,管理数字化到决策数字化,创新数字化到生态数字化,绘就煤矿“向产业生态化要能力、向系统数字化要价值、向生产智能化要效率、向经营智慧化要效益、向运营服务化要发展”的美好蓝图。

  在国家能源集团的大力支持下,神东煤炭集团和华为煤矿军团已达成战略共识,进一步明确了合作方向。目前鸿蒙操作系统应用已经在神东取得实质性进展。面向未来,神东将在国家能源集团总的工作框架体系下,构建“智能化生产、数字化运营、平台化发展、生态化协作、产业链协同”的发展新格局,赋能行业智能化建设和数字化转型,为国家能源安全和行业高质量发展积极贡献力量。

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  原文链接:

  https://www.huawei.com/cn/publications/huawei-tech/202204#coal-digitalization-industrial-internet

  (来源:华为技术)

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