沈 情，吳潔葵

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014 2.湖南有色金屬職工中等專業(yè)學(xué)校，湖南 長沙 410014）

關(guān)于我國數(shù)字礦山發(fā)展戰(zhàn)略的探討

沈 情1.2，吳潔葵1

（1.湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南 長沙 410014 2.湖南有色金屬職工中等專業(yè)學(xué)校，湖南 長沙 410014）

數(shù)字礦山對國內(nèi)外而言都是一個新的課題，目前尚無成熟的模式可以參考和借鑒。通過對數(shù)字礦山基本內(nèi)涵及要求的分析，結(jié)合我國礦山信息化現(xiàn)有基礎(chǔ)，闡明了數(shù)字礦山發(fā)展的根本目的和必須具備的基礎(chǔ)條件。指出礦山生產(chǎn)自動化和智能化是構(gòu)建數(shù)字礦山的基礎(chǔ)，應(yīng)作為當(dāng)前發(fā)展的首要任務(wù)。并對在數(shù)字礦山發(fā)展認(rèn)識上可能存在的誤區(qū)進行了提示和探討。

數(shù)字礦山；信息化基礎(chǔ)；自動化和智能化；障礙和陷阱

自從“數(shù)字礦山”這一概念于上世紀(jì)末誕生以來，開展數(shù)字礦山建設(shè)就一直是我國礦業(yè)領(lǐng)域的一個熱點話題。關(guān)于數(shù)字礦山發(fā)展的各種論點層出不窮，部分企業(yè)也在不同程度上進行了實踐。但十多年過去了，我國的數(shù)字礦山建設(shè)和發(fā)展仍處在探索和起步階段，真正達(dá)到了“數(shù)字礦山”預(yù)期的企業(yè)幾乎沒有。不少企業(yè)雖然投入了巨資，耗費了大量的人、財、物力，但礦山的發(fā)展現(xiàn)狀和信息化水平距理想的數(shù)字礦山仍相差甚遠(yuǎn)。針對這一現(xiàn)象，本文嘗試從數(shù)字礦山的基本內(nèi)涵和要求出發(fā)，結(jié)合我國礦山信息化基礎(chǔ)及條件，參考發(fā)達(dá)礦業(yè)國家的發(fā)展經(jīng)驗，以務(wù)實的態(tài)度對數(shù)字礦山的發(fā)展目標(biāo)、適合我國國情的發(fā)展途徑以及可能存在的認(rèn)識誤區(qū)進行探討。

一、數(shù)字礦山的基本內(nèi)涵和信息化要求

關(guān)于數(shù)字礦山的定義和內(nèi)涵盡管存在各種不同的釋義，但普遍被接受的觀點是：數(shù)字礦山是真實礦山整體及其生產(chǎn)經(jīng)營過程的全面數(shù)字化、信息化和可視化表達(dá)，是基于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的虛擬礦山。為此需要在統(tǒng)一的時間坐標(biāo)和空間框架下，科學(xué)合理地組織各類礦山信息，將海量異質(zhì)的礦山信息資源進行全面、高效和有序的管理和整合。顯然這里所述的數(shù)字礦山是一個巨系統(tǒng)，其涵蓋的內(nèi)容不僅要包含礦山地質(zhì)、采、選、冶以及人、財、物和技術(shù)、管理等基礎(chǔ)信息，還需要將這些信息根據(jù)需要進行高效的組織、處理和流動?；谶@一巨系統(tǒng)平臺，不僅要實現(xiàn)對礦山各類功能實體及操作方法的真實屬性的再現(xiàn)，完全具備對真實礦山各項功能和職能的可操作性，更需要在操作、管理層面上獲得對傳統(tǒng)礦山運營方式的變革和超越的效果。因此，實現(xiàn)礦山數(shù)字化的基礎(chǔ)條件首先應(yīng)該是礦山的高度信息化。

二、我國礦山信息化基礎(chǔ)

縱觀我國礦山信息化發(fā)展歷程，大致可分為三個階段。第一階段是計算機和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)階段，以管理信息化為標(biāo)志。其主要內(nèi)容包括采用計算機和礦山局域網(wǎng)進行財務(wù)核算、辦公、通訊，并加載有限的電子商務(wù)功能。這一階段發(fā)展的主要成果體現(xiàn)在兩個方面，一是形成了較好的信息化硬件基礎(chǔ)和運行環(huán)境，提高了礦山信息傳輸、日常工作和決策效率；二是逐步改變了操作人員的傳統(tǒng)工作習(xí)慣和方法，技術(shù)、管理水平得到提高，形成了龐大的具有良好基礎(chǔ)的信息技術(shù)應(yīng)用群體。但客觀來看，以企業(yè)管理為主要目標(biāo)的管理信息系統(tǒng)（Management Information System）由于與生產(chǎn)系統(tǒng)連接甚少，所帶來的變化主要還停留在管理層面，盡管改進了工作方式和流程，但對礦山生產(chǎn)經(jīng)營的綜合效益的提升作用并不顯著。

與第一階段不同，我國礦山信息化發(fā)展的第二個階段是以生產(chǎn)過程的自動化和信息化管控為標(biāo)志，發(fā)展的驅(qū)動力主要來源于對礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合效益的追求。這一階段里，在部分先行礦山，大量的自動化設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)和各種信息化平臺投入生產(chǎn)和管理應(yīng)用，顯著提高了礦山生產(chǎn)效率，企業(yè)信息化建設(shè)得到快速發(fā)展，礦山企業(yè)信息、數(shù)據(jù)量高速膨脹，形成了海量的信息資源。但由此帶來的問題也是顯而易見的。由于大部分礦山企業(yè)的信息化發(fā)展缺乏整體的、科學(xué)的規(guī)劃，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循。礦山各系統(tǒng)之間、部門之間信息化建設(shè)多各自為陣，相對獨立，采用的數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)模型往往各不相同，從客觀上制造了系統(tǒng)或部門之間信息傳輸和共享的壁壘，其后果是形成了大量的數(shù)據(jù)冗余和信息孤島。

進入二十一世紀(jì)，計算機與地質(zhì)測量、遙感等技術(shù)相融合，基于虛擬現(xiàn)實的各種信息技術(shù)在礦山企業(yè)迅速推廣，礦山地質(zhì)體及環(huán)境的模擬和生產(chǎn)過程三維數(shù)字化表達(dá)技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)志著我國礦山信息化發(fā)展進入到以數(shù)字礦山為發(fā)展方向的第三階段。從目前發(fā)展情況來看，礦體三維建模技術(shù)較為成熟，利用礦體模型動態(tài)確定品位和實時經(jīng)濟評價，并據(jù)此制訂和調(diào)整生產(chǎn)計劃的思想正逐漸被企業(yè)接受；受社會進步、企業(yè)需求和政策倒逼等多重作用影響，安全避險監(jiān)控系統(tǒng)使用者日益增多，生產(chǎn)過程動態(tài)監(jiān)控和災(zāi)變預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高了礦山生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)管理水平。就局部而言，企業(yè)的各個生產(chǎn)管理子系統(tǒng)已經(jīng)具備了較高的信息化水平，并逐步向相互支撐、融合的方向發(fā)展，但整體來看各種功能系統(tǒng)相互獨立的局面并沒有得到根本改變。不僅是因為系統(tǒng)之間存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層差別，用于支撐系統(tǒng)運行的系統(tǒng)環(huán)境也各不相同。

三、數(shù)字礦山發(fā)展的目的和條件

眾所周知，人類社會生產(chǎn)的任何一次重大變革和技術(shù)創(chuàng)新，其根本目的都是為了提高生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)環(huán)境，作為國民經(jīng)濟最基礎(chǔ)的行業(yè)—采礦業(yè)的發(fā)展也是如此?？傮w來看，國內(nèi)外礦山的發(fā)展基本上都圍繞著兩大主題：資源高效開發(fā)利用和安全生產(chǎn)。參考發(fā)達(dá)礦業(yè)國家的礦業(yè)發(fā)展軌跡不難發(fā)現(xiàn)，其發(fā)展歷程也是圍繞這兩大主題演進。從最初的手工開采到機械化開采，再到自動化開采，采礦的效率和安全性隨著生產(chǎn)裝備水平的提高也在不斷提升。目前的情況是，發(fā)達(dá)礦業(yè)國家的采礦機械化已經(jīng)相當(dāng)成熟，自動化程度正在不斷提高。用于生產(chǎn)的各種設(shè)備、設(shè)施的智能化程度不斷上升，為礦山信息化發(fā)展創(chuàng)造了堅實的基礎(chǔ)和條件。各種信息和跡象表明，依托高度信息化平臺的無人開采技術(shù)被普遍認(rèn)為是解決未來礦山采礦效率和安全性問題的重要途徑，是未來的發(fā)展方向。近年來國外部分礦山在自動鑿巖、裝藥和鏟運等遠(yuǎn)程遙控技術(shù)領(lǐng)域取得了實質(zhì)性突破，使得無人開采技術(shù)的前景正變得越來越清晰。

相比之下，我國的礦業(yè)發(fā)展目前還處于機械化的初級階段，尤其是金屬非金屬地下礦山的開采技術(shù)和機械化程度還不高，距離生產(chǎn)設(shè)備的智能化和生產(chǎn)過程管理的信息化還有相當(dāng)長的路要走。事物發(fā)展的客觀規(guī)律和國外先進經(jīng)驗都表明：我國礦業(yè)發(fā)展未來的主要任務(wù)應(yīng)該是全面提高機械化生產(chǎn)水平并逐步向自動化生產(chǎn)過渡。這是全面提高我國礦業(yè)生產(chǎn)效率和安全性的根本途徑，也是構(gòu)建數(shù)字礦山的必要基礎(chǔ)條件。在沒有形成高度機械化、自動化這一堅實基礎(chǔ)的條件下勉強推動和實施數(shù)字礦山戰(zhàn)略，未免會有些好高騖遠(yuǎn)而不切實際。

四、數(shù)字礦山發(fā)展途徑選擇

與其他技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展不同，數(shù)字礦山是全球面臨的嶄新課題，即便是在發(fā)達(dá)礦業(yè)國家目前也沒有成熟的模式可以借鑒。因此，我國早期采取的“引進—消化—模仿—自主創(chuàng)新”的發(fā)展模式并不適用于當(dāng)今的數(shù)字礦山發(fā)展，沒有后發(fā)優(yōu)勢可以憑借。這也意味著目前可供選擇的只有兩條路：一是等待，等待別人相關(guān)技術(shù)的成熟，但由此可能需要承擔(dān)的代價將是十分沉重的，即在未來相當(dāng)長一段時期里我國礦業(yè)將因為缺乏足夠的國際競爭力而處于后進跟隨的位置；另一條路就是自主創(chuàng)新，依據(jù)我國國情，依靠自主創(chuàng)新發(fā)展數(shù)字礦山，爭取在該領(lǐng)域完成對發(fā)達(dá)礦業(yè)國家的超越。盡管這條路漫長而充滿困難和障礙，但在經(jīng)濟全球化的背景下，要想在國際競爭中脫穎而出，實現(xiàn)跨越式發(fā)展并最終在國際市場發(fā)揮出主導(dǎo)作用，走自主創(chuàng)新之路無疑是唯一選擇。

但在數(shù)字礦山依托的基礎(chǔ)層面，即生產(chǎn)過程自動化和生產(chǎn)管理信息化方面，國外仍有諸多先進之處可供借鑒和選擇。首先是在礦山網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，我國礦山用于管理的地面網(wǎng)絡(luò)具備一定的基礎(chǔ)，但用于生產(chǎn)的控制型網(wǎng)絡(luò)尤其是地下網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)卻非常薄弱。國外的基于現(xiàn)場總線技術(shù)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)仍處于領(lǐng)先地位，配置到個體終端設(shè)備的傳感器和識別技術(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國現(xiàn)有技術(shù)水平。對于這些技術(shù)和設(shè)備，完全可以采取“引進—消化—再創(chuàng)新”的發(fā)展策略。

在地測技術(shù)與信息技術(shù)相融合方面，通過向發(fā)達(dá)礦業(yè)國家學(xué)習(xí)，目前我國在礦山地質(zhì)信息數(shù)字化相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)也達(dá)到了較高的水平。所欠缺的是目前這方面技術(shù)主要還是應(yīng)用在礦體資源信息處理上，要做到礦山實體全覆蓋（包括礦山地下工程信息、礦山周邊地質(zhì)信息）則還需時日?？梢哉f覆蓋礦山全境的地質(zhì)信息數(shù)字化和生產(chǎn)過程信息化是構(gòu)建數(shù)字礦山的起點。在這些方面還應(yīng)充分利用后發(fā)優(yōu)勢向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，盡快縮小差距。

五、應(yīng)該規(guī)避的障礙和陷阱

1、數(shù)字礦山信息標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

近年來不少專家學(xué)者就我國數(shù)字礦山的發(fā)展提出了許多建設(shè)性意見和思路，其中不少談到了數(shù)字礦山建設(shè)的最重要的基礎(chǔ)工作和前提是建立一套科學(xué)統(tǒng)一的數(shù)字礦山標(biāo)準(zhǔn)。因為我國礦業(yè)經(jīng)過近幾十年快速發(fā)展后，在生產(chǎn)和管理上已經(jīng)形成了良好的信息化基礎(chǔ)，也客觀造成了廣泛存在的“信息孤島”現(xiàn)象。隨之而來的是企業(yè)希望建立一個能夠覆蓋礦山各個領(lǐng)域、包容各類數(shù)據(jù)信息的、功能齊全、操作統(tǒng)一的信息平臺的愿望?；蛟S這就是大部分礦山企業(yè)數(shù)字化發(fā)展的愿景。目前比較一致的觀點是缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和編碼規(guī)則已經(jīng)成為我國礦山信息化向數(shù)字礦山目標(biāo)發(fā)展的主要瓶頸。因此許多專家呼吁應(yīng)盡快建立針對數(shù)字礦山的信息標(biāo)準(zhǔn)體系。

如果有了數(shù)字礦山信息標(biāo)準(zhǔn)體系，目前所遇的“信息孤島”問題似乎可以迎刃而解。但深入思考不難發(fā)現(xiàn)問題遠(yuǎn)非如此簡單。首先是標(biāo)準(zhǔn)的普適性問題。我們需要的標(biāo)準(zhǔn)究竟是國際標(biāo)準(zhǔn)，還是僅適合我國的國家標(biāo)準(zhǔn)？通常情況下國際標(biāo)準(zhǔn)往往是由發(fā)達(dá)國家主導(dǎo)制訂，與我國國情是否相符必然存在疑問。如果是我們自己的國家標(biāo)準(zhǔn)，由于目前尚無相關(guān)的數(shù)字礦山國際標(biāo)準(zhǔn)可供借鑒和銜接，那么以往引進的以及未來仍需引進的技術(shù)和裝備就會面臨能否兼容的標(biāo)準(zhǔn)門檻問題。第二個問題是標(biāo)準(zhǔn)還需等待多久？我們知道一個標(biāo)準(zhǔn)的誕生、修訂和完善往往需要較長的時間周期和繁復(fù)的過程。數(shù)字礦山的信息標(biāo)準(zhǔn)是一個內(nèi)容涉及非常廣泛的龐大體系，包括信息資源標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)信息標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，建設(shè)工程十分復(fù)雜，絕非一蹴而就。如果放緩腳步一味等待標(biāo)準(zhǔn)的建立和成熟，難免會有步障自蔽之嫌，與目前的發(fā)展需求相抵觸。

不可否認(rèn)，建立信息標(biāo)準(zhǔn)體系對數(shù)字礦山發(fā)展以及我國礦業(yè)信息化的未來有著十分重要和深遠(yuǎn)的意義，但在現(xiàn)實情況下如果過分的依賴標(biāo)準(zhǔn)，對我國數(shù)字礦山的發(fā)展是不利的。

2、建設(shè)統(tǒng)一的大系統(tǒng)平臺

許多人認(rèn)為，數(shù)字礦山應(yīng)該是一個包羅礦山自身及周邊相關(guān)信息的、能夠在一個統(tǒng)一平臺上實現(xiàn)信息表達(dá)和功能操作的大系統(tǒng)。但在絕大多數(shù)礦山已有的信息化系統(tǒng)中，由于各部門、工作系統(tǒng)之間的信息化工程建設(shè)時間、選用的技術(shù)方案以及面向的應(yīng)用對象各不相同，使得這些系統(tǒng)之間差異巨大，因此希望將這些不同結(jié)構(gòu)、不同應(yīng)用、基于不同平臺的系統(tǒng)集成為一個統(tǒng)一的大系統(tǒng)，其中首先要解決的問題是多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的集成。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要大筆投資，還需要為海量的數(shù)據(jù)遷移和轉(zhuǎn)換付出巨大的精力。

從務(wù)實的角度來看，這樣做是完全沒有必要的。盡管整個礦山信息化系統(tǒng)被分散為多個功能子系統(tǒng)，但每個功能系統(tǒng)都有自身面對的對象，操作相對獨立。一般情況下，同屬于生產(chǎn)系統(tǒng)的子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系較緊密，管理系統(tǒng)也是如此。而管理與生產(chǎn)兩類不同性質(zhì)的系統(tǒng)之間關(guān)系主要體現(xiàn)在信息交流層面，交互操作需求較少。因此將礦山各個工作子系統(tǒng)集成為一個同一平臺的大系統(tǒng)，除了形式上得到統(tǒng)一外，并沒有太大的實際意義。相反，子系統(tǒng)保持相對獨立能保持自身較高的自治性，也更方便系統(tǒng)維護和變更。如果子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，其波及范圍也會受到限制。對于那些需要共享信息的子系統(tǒng)群，可以通過數(shù)據(jù)庫引擎(DataBase Engine)、中間件（Middleware）或數(shù)據(jù)倉庫（Data Warehouse）等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫集群或整合。

六、結(jié)語

數(shù)字礦山的實質(zhì)是礦山企業(yè)的高度信息化，而礦山的高度信息化應(yīng)體現(xiàn)為工業(yè)與信息技術(shù)的深度融合。在我國礦山數(shù)字化發(fā)展的進程中，礦山生產(chǎn)自動化和智能化應(yīng)作為當(dāng)前的首要任務(wù)。因為只有在礦山生產(chǎn)自動化和智能化這一基礎(chǔ)上，數(shù)字礦山發(fā)展才具備條件，未來的數(shù)字礦山也才會有助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際意義。

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（責(zé)任編輯：高 博）