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干货!专题讨论 | 虚拟矿山的理念与应用(六)

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2018-08-02
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摘要 : 这里所说的矿山三维设计协同管理,不仅指勘察设计阶段,而且包括建设阶段和生产阶段等各阶段各专业的三维协同管理。

虚拟矿山

的理念与应用

(六)虚拟矿山的应用举例




前期回顾:

虚拟矿山关键技术依据其主要系统组成,可主要分为四大类:矿山感知技术,建模、仿真及验证技术,数据构建及管理技术,虚拟现实和增强现实应用技术。



虚拟矿山的应用举例


虚拟矿山技术可以广泛应用于矿山业务,本文仅举出其中几例:企业级矿山三维协同设计管理、安全生产进度管控、矿山远程监控和诊断服务、矿山虚拟汇报展示、矿山安全生产培训、应急救援实施和演习以及矿山设备设施生产管理、矿山远程遥控和自动化采矿设备虚拟研制等。


1

矿山三维设计协同管理


这里所说的矿山三维设计协同管理,不仅指勘察设计阶段,而且包括建设阶段和生产阶段等各阶段各专业的三维协同管理。


当前的矿山规划设计,缺乏各专业之间以及设计方与其他各参与方之间的交互,缺乏设计阶段与实际建造或生产过程中的人流、物流、资金流的交互,也缺乏对新技术引入带来的影响分析。




有经验的设计师仅仅依靠自己的长期工作经验完成这个复杂的分析过程,而新入行的工程师则完全缺乏相关经验,需要依靠长时间的积累才能缓慢成长。


利用虚拟矿山,各专业可以在同一个三维可视化平台上快速假设分析和虚拟规划;任何专业工程师在设计阶段就能准确“看到”本专业和其他各业的相互配合(例如地质、测量、采矿)以及将来矿山生产运行阶段的情况;在规划设计前期和建设早期了解矿山运行情况,了解闭坑及复垦规划影响,避免在不切实际的规划设计上浪费时间,防止在验证阶段重新进行设计,以更少的成本、更快的速度,推动采矿新技术应用提早规划应用。


更重要的是,矿山资深工程师的经验以三维可视的呈现方式呈现出来,供其他工程师学习,便于其他专业以及业主等其他相关方观摩讨论,并在知识仓库中记录保存下来,供将来的矿山设计借鉴复用。


真正做到“经验数字化,设计虚拟化;过去可追溯,未来可预期。”



2

企业级矿山智能生产管控


所谓企业级矿山智能生产管控,就是将矿山企业资源计划管理系统ERP直接连接虚拟矿山,实现矿山各个生产环节和局部环境感知和控制子系统与企业决策信息的业务集成和融合,提高管理效率。从这个意义上说,虚拟矿山是分别连接现场感知控制信息与企业决策信息的中间联络层和执行层。



矿山企业资源计划管理系统ERP是指建立在信息技术基础上、以系统化的先进管理思想为企业决策层及和各管理层提供决策支持的管理系统,负责生产计划的制定、库存控制和财务管理。ERP的正确运行离不开矿山现场生产数据以及反映原材料供应、生产任务执行情况等的各类数据。


虚拟矿山采用以技术经济指标为目标的生产过程优化运行、优化控制与优化管理技术,具有以下功能:生产计划和优化、数据统计与分析、物料控制与管理、生产成本控制与管理、地测采信息管理、安全管理、设备设施管理等。


虚拟矿山与实体矿山之间实时交互,及时提供来自生产现场的状态信息和生产原始数据、并加以分析处理,传递给ERP系统。


同时,虚拟矿山能将生产目标信息、质量指标信息以及生产调度指令,自动地转化为过程控制设定值,对生产设备进行控制。


虚拟矿山能够完成信息的综合应用,实现经营决策、生产过程管理和过程控制的管理控制一体化,即矿山生产智能管控,从而达到提高管理效率、增加企业效益的目的。



3

矿山远程监控和诊断服务




我国矿山很多处于偏远、高寒地区。尤其是随着开采年限增长,很多矿山步入深部开采阶段。


而很多一流的矿业科研单位和高校位于远离矿山现场的城市。即使位于城市的矿业机构,也面临项目地点分散、人手不足、内外各专业各参与方相互沟通协调困难的局面,更何况有经验的工程技术人员年龄偏大,现场出差困难;另外即使身处矿山,也存在生产现场调查取证难的障碍。


如今利用虚拟矿山技术,将矿山现场的实际状态,经采集和汇集处理,以可视化的形式在统一的数据共享协作云平台上进行实时展现,为设计部门、业主单位、项目部、各级承包商提供对安全质量、劳务、环境、工程进度等方面关键信息的即时感知能力、及时决策能力和有效沟通能力,进而帮助识别安全风险,控制实施成本,保质保量按时交付。



4

虚拟汇报展示与沟通交流


虚拟矿山还有一个重要的对外交流和沟通功能,其重要性常常被专业技术人士所忽视。虚拟矿山为各级主管部门、投资人、当地社区领袖以及其他相关人士提供一个全面的、虚实融合的矿山规划和运营动态场景,用于设计验证、设计评审、方案汇报、改扩建申报、环境影响分析、矿山发展前景预测、闭坑复垦规划等,消除主管部门和社会各界人士对矿山的误解,促进社区和谐,保证矿山建设和生产的顺利进行。


此外,设计规划阶段的虚拟矿山还可以用来作为仿真训练平台,在矿山投产之前对相关管理人员和作业人员提前进行培训,大大缩短投产后的达产时间。



5

未来采矿设备虚拟研制


首先举一个设备虚拟研制的经典案例。美国波音公司设计的777飞机是世界上第一款采用虚拟制造技术的产品,由5000名工程师用300万个原件,花了5年的时间创造出来(缩短了3年),已成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑。


波音787飞机项目可谓是目前数字化技术应用的经典项目之一,从研发设计到生产及生产保障,均全程采用三维模型和数字仿真技术。其下线仪式上并没有出现真正的飞机,而是以虚拟的方式标志着787的成功研制。


将来的采矿设备向着大型化、智能化和无人化方向发展。在设备没有研发出来之前,就可以通过虚拟矿山进行模拟作业,利用矿山云平台将矿山现场环境展现给分散在各地的设备研发人员,完成虚拟设计和虚拟试验。



6

矿山全生命周期和安全预警预报


基于虚拟矿山进行矿山全生命周期分析,尽早发现矿山规划设计的不合理之处、矛盾冲突、潜在危险等,及早在设计阶段进行修改;发现矿山生产的安全隐患,及早进行预警预报,并提供合理可行的解决方案;以未来视角对矿山原有发展轨迹和运行状态进行干预,进而指引和优化实体矿山的规划设计、建设、生产管理和闭坑或复垦等全生命周期过程。



7

矿山三维设计协同管理


矿山安全与紧急救援一直受到国家相关部门的高度重视。矿山灾害,特别是动力型灾害,其事故突发性特别强。由于事故发生后没有及时利用科学先进的抢险救灾技术、装备与手段进行抢险救灾,错过了最佳救援时机。


所以利用有效的虚拟现实技术对于矿山救援是有很大帮助的。


虚拟矿山由于和实体矿山的实时交互,在矿山救援中可以更为直观、迅速地判断事故区域的危险性,在不危及人身安全的前提下进行有效、快速的救援,从而极大限度的提高了矿山救援工作的安全性、科学性和有效性。


同时,矿山安全管理者可以定期将虚拟矿山系统设定安全演习状态,建立各种灾害事故想定脚本,对紧急救援人员进行实时培训,提高相关人员的备战能力。




结语


当初于润沧院士提出虚拟矿山这个概念时,并没有引起业界足够重视。这一方面是受当时对信息技术的认识程度所限;另一方面那时的信息技术条件并不成熟,虚拟矿山技术的应用可靠性不容易保证,并且实施起来的技术成本和财务成本会很高。如今信息技术的高速发展,为深入研究虚拟矿山理论提供了便利,同时也基本具备了构建虚拟矿山系统平台的技术条件和社会环境。


虚拟矿山将会是快速发展的信息技术与矿业技术融合创新的试验场。虽然虚拟矿山技术条件基本成熟,但实现方案并不简单,要想取得业界的认同也不是一蹴而就的事。笔者希望能抛砖引玉,引起业界对于虚拟矿山的思考和重视,共同推动数字化矿山的发展。与其坐而论道,不如起而行之。希望感兴趣的矿山企业、科研单位和高校,大家共同研究和实施虚拟矿山技术,尤其是可以从几个成熟应用点开始,例如矿山三维设计协同管理、企业级矿山智能生产管控、矿山远程监控和诊断服务、矿山虚拟汇报展示、安全紧急救援和虚拟演习等。


理论总是灰色的,而实践之树常青。以此结束对虚拟矿山的讨论。



(文 / 孟丹)


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