葛世榮：推動(dòng)煤礦數(shù)字化融合 數(shù)字孿生搭建煤礦智能化新平臺(tái)
日前，由中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)主辦、中國(guó)中煤能源集團(tuán)有限公司協(xié)辦的2021中國(guó)國(guó)際煤炭發(fā)展高峰論壇在中國(guó)國(guó)際展覽中心（新館）隆重舉行。在期間舉行的煤炭企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展分論壇上，中國(guó)工程院院士、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）校長(zhǎng)、黨委副書(shū)記葛世榮通過(guò)視頻方式作了題為《基于數(shù)字孿生的煤礦智能化技術(shù)》的主題報(bào)告。
煤礦智能化的五個(gè)轉(zhuǎn)型特點(diǎn)
《報(bào)告》認(rèn)為，智能化、去碳化、生態(tài)化和再電氣化是煤炭技術(shù)革命的四大路徑，其中智能化是煤炭當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)。智能化煤礦是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的采礦設(shè)備自動(dòng)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、開(kāi)采過(guò)程透明化、采掘現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化、礦山環(huán)境低損化，能夠?qū)崿F(xiàn)安全高效、無(wú)人操作的自協(xié)作礦山系統(tǒng)。其重要特征是單機(jī)自主運(yùn)行、集群平行協(xié)作和系統(tǒng)數(shù)字孿生。煤礦智能化主要有五個(gè)轉(zhuǎn)型特點(diǎn)：一是從人工知識(shí)表達(dá)，到大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的知識(shí)學(xué)習(xí)；二是從分類型處理的多媒體數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向跨媒體的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、推理；三是從追求智能機(jī)器，到高水平的人機(jī)、腦機(jī)相互協(xié)同和融合；四是從聚焦個(gè)體智能，到基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的群體智能；五是從擬人化的機(jī)器人，轉(zhuǎn)向更加廣闊的智能自助系統(tǒng)，比如智能工程、智能城市、智能煤礦。
煤礦數(shù)字化缺少“3T”融合 全面升級(jí)路徑要做好“四個(gè)提升”
《報(bào)告》指出，初級(jí)智能化或高級(jí)自動(dòng)化主要在礦山生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，重點(diǎn)在遠(yuǎn)程遙控和自動(dòng)化操作方面。高度自動(dòng)化、信息化的智能化礦山是未來(lái)礦山的終極目標(biāo)。目前煤礦智能系統(tǒng)化存在短板，煤礦全系統(tǒng)缺少數(shù)字化融合，尤其缺少“3T”融合，即：礦業(yè)IT技術(shù)、采礦OT技術(shù)和礦山物聯(lián)網(wǎng)MIOT技術(shù)的融合。
《報(bào)告》認(rèn)為，數(shù)字化、智能化是不同層次的要求。數(shù)字化解決了社會(huì)經(jīng)濟(jì)中的“看不見(jiàn)”的問(wèn)題；智能化是由“數(shù)據(jù)+算法+算力”構(gòu)成的決策系統(tǒng)，解開(kāi)了數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的巨大能量，解決了對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)“看得透”的問(wèn)題，在人類和機(jī)器活動(dòng)中，提供生產(chǎn)工具、配置資源、創(chuàng)造價(jià)值。智能化煤礦是在數(shù)字化煤礦的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和感控技術(shù)加強(qiáng)大數(shù)據(jù)服務(wù)，以提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少采礦人工參與、優(yōu)化生產(chǎn)排程。
《報(bào)告》指出，煤礦智能化需要重視人工智能、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G、采礦機(jī)器人等新基建工程。其中，大數(shù)據(jù)是知識(shí)、人工智能是大腦，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是骨骼，5G是通信神經(jīng)，采礦機(jī)器人是手臂�！秷�(bào)告》提出了煤礦數(shù)字化全面升級(jí)路徑，共分為四個(gè)方面：一是工藝升級(jí)。即以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、軟件定義、平臺(tái)支撐、智能管理等要素來(lái)改造采礦生產(chǎn)流程；二是設(shè)備升級(jí)。即基于人工智能和深度學(xué)習(xí)，使采掘裝備具有自主運(yùn)行能力，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作；三是功能升級(jí)。即對(duì)采礦業(yè)嵌入數(shù)字化功能，使采掘云流程持續(xù)保持連接和交互，提高生產(chǎn)效率；四是融合升級(jí)。即依托大數(shù)據(jù)管理，以數(shù)據(jù)、算例、算法為核心，建立部門(mén)跨業(yè)務(wù)智能運(yùn)營(yíng)條件。
從煤炭智慧衡量維度看，智能化煤礦的數(shù)據(jù)治理能力包含信息采集能力、信息存儲(chǔ)能力、數(shù)據(jù)挖掘能力、數(shù)據(jù)應(yīng)用能力和自動(dòng)控制能力。智能化煤礦的數(shù)據(jù)架構(gòu)由礦山物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)等組成。其中，礦山物聯(lián)網(wǎng)是智能化煤礦的數(shù)據(jù)架構(gòu)的主要骨架，是獲得更高程度采礦自動(dòng)化基礎(chǔ)條件；信息物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)和物理空間交互，是關(guān)鍵平臺(tái)，支撐智能礦山使能技術(shù)。
目前，煤礦信息物理系統(tǒng)技術(shù)存在較大差距。一是數(shù)據(jù)技術(shù)（DT）薄弱，尤其是有效獲取在采礦過(guò)程重要節(jié)點(diǎn)和部位的有用數(shù)據(jù)技術(shù)；二是分析技術(shù)（AT）缺乏，尤其是缺乏數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模；三是平臺(tái)技術(shù)（PT）空白，難以實(shí)現(xiàn)將采礦數(shù)據(jù)反饋實(shí)現(xiàn)敏捷性、復(fù)雜事件的智能處理；四是運(yùn)營(yíng)技術(shù)尚處于起步階段，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策能力較弱，采礦自感知、自預(yù)測(cè)、自協(xié)調(diào)能力不足。
數(shù)字孿生搭建煤礦智能化新平臺(tái)
《報(bào)告》認(rèn)為，煤礦智能化進(jìn)入了新層次，已基本實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)運(yùn)行（點(diǎn)控），部分實(shí)現(xiàn)流程集中控制（集控），正在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端自動(dòng)監(jiān)控（遠(yuǎn)控），將要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生運(yùn)維（智控）。
數(shù)字孿生是煤礦智能化的核心技術(shù)，通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)數(shù)字化人機(jī)交互，建立數(shù)字智采工作面。數(shù)字孿生智采工作面是一個(gè)數(shù)據(jù)可視化、人機(jī)強(qiáng)交互、工藝自優(yōu)化的高逼真采煤工作面三維鏡像場(chǎng)景，包括物理工作面、數(shù)字工作面和數(shù)據(jù)信息交互等三個(gè)部分。其架構(gòu)包括10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：物理工作面、虛擬工作面、孿生數(shù)據(jù)、信息交互、模型驅(qū)動(dòng)、邊緣計(jì)算、沉浸式體驗(yàn)、云端服務(wù)、信息物理系統(tǒng)、智能終端。
《報(bào)告》提出了基于數(shù)字孿生煤礦智能化實(shí)施路線，主要分為四個(gè)步驟：一是實(shí)現(xiàn)離散數(shù)字孿生的連接和可見(jiàn)，目前煤礦多處于這個(gè)階段；二是實(shí)現(xiàn)復(fù)合數(shù)字孿生互聯(lián)與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，這是目前煤礦智能化建設(shè)主要的努力方向；三是實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與持續(xù)智能，即通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取與分析等手段實(shí)現(xiàn)決策與運(yùn)營(yíng)的一體化；四是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的生態(tài)服務(wù)與價(jià)值共生，即集合產(chǎn)業(yè)上下游數(shù)字孿生組織，成為以鏈主為核心的產(chǎn)業(yè)數(shù)字孿生�！秷�(bào)告》還提出了八大任務(wù)，分別為構(gòu)建礦山數(shù)字孿生模型、構(gòu)建CPS空間孿生數(shù)據(jù)平臺(tái)、構(gòu)建數(shù)字孿生礦山一體化方案、構(gòu)建物理空間智采數(shù)字孿生模型、構(gòu)建數(shù)字孿生的礦山智能監(jiān)控、基于數(shù)字孿生的礦山設(shè)備故障預(yù)測(cè)、基于數(shù)字孿生的多模態(tài)人機(jī)交互和構(gòu)建持續(xù)智能的數(shù)字孿生體。
