国家电投内蒙古公司矿山检修企业智能化建设
王 亮，曹宝玉
（国家电投内蒙古公司 矿山机电检修公司，内蒙古 霍林郭勒 029200）
从2007 年国家号召“两化融合、走新型工业化道路”，到2015 年提出“中国制造2025”，再到2017年国家出台《安全生产“十三五”规划》中强调“机械化换人，自动化减人”。紧接着《中国制造2025》、《“互联网＋”行动的指导意见》（2015—2018 年）行动计划的出台，契合了十八大会议精神，“推动两化深度融合，坚持四化同步发展”[1]。党和国家的一系列政策文件，标志着打造创新型智慧检修，推动传统矿山设备检修企业转型升级，已经迫在眉睫。采用智能化高新技术来带动传统矿业的转型企业和升级，可从本质上提升矿山企业的核心竞争力，从而推动传统矿业向安全、高效、经济、绿色与可持续的目标发展[2]。
为贯彻落实集团公司建设具有全球竞争力的世界一流清洁能源企业战略部署，聚焦内蒙古公司“建设世界一流综合能源企业”战略目标，按照“打造行业一流矿山设备检修公司”的战略定位，国家电投内蒙古检修公司结合公司实际情况，初步提出企业检修智能化思路架构[3]，为进一步推动检修企业智能化建设提供参考。
矿山工程主要是以矿产资源为主要对象，在矿山区域进行资源开发作业的过程[4]，以“零轻伤”为底线持续改进健康安全；
以“高效运营”为原则强化设备保障；
以“智慧化”为目标提升人员检修效率。从1 个目标、2 个关键、3 个趋势、4 个难点和检修公司未来建设等方面分析智能化检修企业建设。
1.1 检修企业向智能化转型的主要目标
智能检修企业追求的最终目标是降本增效，实现企业利益的最大化。侧重于通过提升公司信息采集整理、网络化传输、智能化服务、自动化操控、可视化展示、规范化集成等能力[5]，把检修公司建设成为“安全、绿色、高效、智慧”的新型现代化检修企业。
露天矿设备检修的最大特点是检修环境的不确定性。在这种背景下，全面、系统、及时、准确地掌握设备检修信息，对设备的计划性检修和日常保养规律进行清晰洞察，及时进行有效地故障预判，这对提高公司设备检修能力，提升核心业务优势是非常重要的。这就需要一个完善的信息系统的支撑，去实现设备检修过程的智能化。
1.2 智能化建设需要遵循的2 个关键
矿山设备检修智能化建设，必须准确掌握企业的2 个关键点：
1）安全生产。安全是企业生存和发展的前提。“智能化检修”必须以实现安全检修、确保生产经营稳定为主线。智能化建设要围绕设备使用环境、分析故障发展规律、确保设备稳定运行、实时进行设备状态跟踪、落实技术改造方案、科学进行突发故障分析等内容。为建设“本质安全型企业”提供可靠的信息化保障。通过利用违章抓拍，设备关键部位定点监测，厂区作业无死角监控，矿坑内检修移动球机跟踪等可视化手段，从“人、机、环、管”四方面推进“本质安全型企业”技术落地。
2）降本增效。成本管控是检修企业发展的生命线。企业的各项活动，包括设备检修流程优化、检修计划编制、辅助设备调度、设备点检和维修、进口配件的国产开发等都必须围绕降本增效开展。与其它行业相比，检修行业的成本优化难度更大，需要考虑的因素更多、更复杂，需要依赖很多信息。如何有效收集相关信息、科学进行检修计划的编制优化和控制，同时如何利用大数据、信息化、智能化设备进行检修辅助，提高设备检修的效率，是“智能化检修”建设的关键。通过设备检修信息化管理，确保设备上的每一根胶管、每一个泵阀都可控，通过分析故障规律和配件的使用时间，提前预判故障的发生，降低突发性故障发生概率，延长设备运行时间，提高检修作业效率。
1.3 检修企业智能化发展的3 个趋势
智能检修的发展是一个不断进步的过程。经过多年的技术革新发展，我国的采矿系统应用已涉及采矿工程的多个领域，矿山的地质研究、规划与设计、生产工艺、管理等多个系统均在矿山工程当中有较大程度地应用，并取得了良好的应用效果[6]。矿山检修从早期单纯依靠经验判断故障，进行临故检修，到实时监测设备各项指标，利用大数据分析故障发生规律，进行计划检修。从智能化检修建设角度上看，检修企业智能化发展将存在3 个趋势。
1）数据化趋势。基于各种传感器、网络技术、自动化技术和大数据分析等信息化技术，实现设备检修过程可视化。同时利用大数据，对每台设备的运行情况进行统计分析，综合考虑设备运行环境、检修人员水平、检修标准执行程度、配件可靠性等因素，得出设备检修关键影响因素分析报告。指导检修工作的不断改进、提高。
2）虚拟化趋势。利用MR 混合现实技术，把计划实施的大型技术改造可视化。在改造升级前对项目全过程进行推演，有效规避改造过程中可能出现突发状况和安全风险。能够提高设备检修效率，降低设备停机时间甚至避免人身伤害。而且在出现大的突发故障或事故时，利用虚拟技术模拟设备运行环境，分析故障或事故原因，实现推演行为可视化，从而了解整个设备运行情况，明确故障点并加以管控，可有效防止类似事件发生。此外，可以利用MR 技术进行业务培训，将设备检修模拟信息加载到实地场景（见图一），让学员更加直观地体会检修生产实际。通过大数据的积累，今后矿山设备检修企业的“师带徒”就变成了“MR 带徒”。最后，MR 混合现实技术可延伸到安全培训领域，它能够模拟事故现场，使员工感同身受，进而达到吸取事故教训的目的，确保培训效果进一步提升。
3）智能化趋势。作业管理过程中的危险因素及生产技术短板存在于整个矿山工程管理过程中，影响整体施工进度与质量，固需在矿山工程中应用信息化技术，实现矿山工程信息化施工管理[7]，为了达到减人、无人的目标，通过引进焊接机器人等智能化设备，达到降低人员劳动强度、提高检修效率的目的。
加强发动机、发电机等总成部件试验台智能化建设，将试验台测试数据全面采集，通过震动、烟气成分、机油成分、冷却液成分等的变化规律，经过系统分析测算，判断出总成部件潜在故障点，并对总成件的使用寿命和出现故障的配件提出预判报告。
1.4 智能化检修建设过程中的难点
1）模式创新难。智能化不是手工管理的简单模拟，同样“智能化检修”也区别于传统的大型设备检修管理模式，与“智慧矿山”建设的侧重点更是不同。在“智能化检修”条件下，如何建立科学、高效的现代大型设备维修管理体系，实现安全模式、高效模式和管理模式创新，是实现“智能化检修”价值的最重要保证。
2）数据采集难。数据采集是设备检修企业实现信息化的难点，也是“智能化检修”建设的重要内容和基础，它要根据管理需求，综合考虑人员投入、成本消耗、设备情况等因素，合理确定数据采集方式。露天矿设备不同于其他采矿设备，它有着点多面广的特点。每台设备的运行路线必须实时根据坑下采剥位置的变化和自然环境的改变而改变，这些都给数据采集带来了一定的困难。
3）检修模式难。矿山设备检修分布点多面广，电铲及部分工程设备只能在坑下进行检修。受自然条件制约，检修环境十分恶劣。信息基础设施薄弱。“智能化检修”建设必须考虑这一突出问题。能集中检修当然最好，如果条件不具备，则要考虑坑下检修、多数据分散收集的问题。坑下检修环境复杂，设备大型化难度较高，将进一步考虑便携式终端设备的坑下使用，以及关键部位的温度、抖动跟踪。
4）系统集成难。为了避免单个系统“信息孤岛”的形成，“智能检修”必须由多系统、多网络构成。主要包括通信集成、数据集成、应用集成、流程集成和门户集成等层次。这些系统的集成并不是简单的“1＋1”，而是在集成的基础上进行深度融合。通过这些系统的集成，实现检修方案的智慧决策。因此智慧矿山物联网平台应用过程中，必须达到统一指挥、精准定位、协调统一，同时可对综合地理信息进行有效整合[8]。
目前内蒙古公司南露天煤矿正在进行矿用设备无人驾驶项目试验。以此为契机，矿山设备检修也将向数字化、智能化迈进，逐步实现自动化、智能化检修。拟构建“智慧机修系统”平台，分为智慧安环、智慧检修、智慧培训、智慧党建、JYKJ 应用5 大模块。将安全生产、检修培训、业绩考核等业务融入到信息化管理中。
以智慧检修模块为例，建立智能生产检修及调度系统，充分运用大数据分析功能，将运行单位和检修单位紧密联系在一起，搭建协调统一、运作规范的现代化调度管理体系。
2.1 智能数据采集
1）构建生产检修信息化管理系统。与南矿调度系统、设备故障录入系统进行数据库对接，提取相关数据到检修公司信息平台，进行统计分析。掌握故障规律并对设备运行情况进行实时掌控。
2）通过4.5G 或5G 专网进行数据传输。自动采集设备运行状态数据（包括运行参数、油温、油压、水温、故障代码）等。
3）人员手持点检仪，将设备点检过程中发现的结构件裂纹，异常震动、温度等实时上传至检修系统。智能数据采集可实现设备故障预警，设备运行状态可控，保证设备安全、可靠运行，降低检修费用，减少人为错误，提高维修工作效率，精确核算各类成本等目的。
2.2 智慧调度管理
建立检修调度系统，利用智能数据采集系统，掌握设备运行情况，协调运行和检修，合理安排设备维护和保养。对于无法回厂只能在坑下进行检修的设备（如挖掘机、履带设备），利用移动监控设备（布控球基），实现临时检修的监管，达到检修监控无死角。有利于强化检修标准落实，提高质量管控和安全目标实现。
此外，根据车间考勤机、门禁系统、监控系统、人员定位系统等，实时掌握出勤人数、自有设备状态、检修人员作业位置分布等信息，便于统一调度管理和安排检修工作。
2.3 辅助设备智能化
按照机械化、自动化和智能化发展目标，建立智能检修工位。配备智能焊接机器人，通过裂纹扫描自动追踪焊缝进行焊接。配备多功能机械臂，辅助检修人员进行重体力检修。配备油污自动回收环保装置，及时回收废油、废水，避免环境污染。归根结底就是让机器设备来代替检修人员完成危险系数高、工作环境差的任务，改善检修人员的工作条件，缩短检修时间，提高检修质量，最大限度的提高工作安全性及日常检修中的工作效率。
因此加强对于大数据处理技术的应用，利用此类技术挖掘数据背后的规律和知识，为智慧矿山的生产、管理及决策提供有效参考[9]。
2.4 机器人智能化开采系统
机器人开采主要是为了提升矿山开采作业的安全性与效率性，同时实现对于人力资源的解放。机器人开展作业必须具备以下条件，矿产储备条件精准感知、截割轨迹精准调控、机器人作业群组精准配合以及矿山压力精准预警[10]。在此类条件均满足的前提下，机器人智能化开采系统可通过设备拟人化，完成矿产开采作业。机器人截割轨迹精准调控、支撑系统有效调节、矿山压力预警等系统均是为保证整体矿业开采空间的安全性，同时，对于矿产储备条件的精准感知、保证工作区域整洁、矿产开采、输送速度协调统一，均是为了保障。机器人作业群组精准配合，进而提升整体开采效率，确保机器人智能化开采系统的有效应用。
在分析了矿山设备检修智能化发展目标、关键、趋势和难点的基础上，初步提出了国家电投内蒙古公司建设“智慧检修企业”的发展方向，“智能化矿山”建设、智能化信息化发展、机器人开发应用等方方面面，是一个复杂的系统工程，基于对检修公司目前实际情况，结合现有智能化信息化发展前景提出了一个初步的规划，希望能够成为下一步“智慧检修企业”发展的参考。
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