长期以来,煤炭作为我国国民经济的重要组成部分,一直都是能源安全稳定供应的“压舱石”,支撑能源结构调整和转型发展的“稳定器”。近年来,随着淘汰落后产能、推动生产结构优化的持续开展,煤炭产业转型升级已经取得实质进展。
尤其在新一代信息技术与煤炭行业的深度融合的今天,加快煤炭产业智能化建设,已经成为实现高质量发展的必由之路和必然选择。去年2月,国家发改委等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》以来,我国煤矿行业智能化建设全面进入“加速跑”阶段。但正如中国工程院院士王国法所说,我国煤矿智能化建设仍处于培育示范阶段,发展还不充分、不平衡,总体水平不高,距离全面智能化还有很大差距。
为了进一步加速煤矿智能化建设,日前国家能源局、国家矿山安全监察局联合发布的《煤矿智能化建设指南(2021版)》明确指出,要形成智能化煤矿设计、建设、评价、验收等系列技术规范与标准体系,建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿,提升煤矿安全水平。
顺应煤矿行业智能化创新发展需要,华为煤矿军团也在致力于“重构矿山智能化,共创煤炭新价值”,通过统一的标准、统一的架构,实现行业数据、能力、知识、人才和平台共享;并在“安全”的前提下,真正做到高效、集约的煤矿智能化发展。
“双碳”目标下,煤矿智能化建设仍面临五大挑战
“十四五”规划纲要提出,力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。“双碳”目标的提出,正在带来一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。在这一趋势下,尽管煤炭作为主体能源的地位不会改变,但在一定程度上也将倒逼煤炭行业必须加快绿色低碳转型、加速实现高质量发展,这样一来,煤炭行业对于如何智能化建设加速科技创新和产业转型也变得更为迫切。
不仅如此,煤矿机械化、信息化、自动化、智能化的持续推进,也让煤矿安全水平不断提升,安全生产形势持续稳定好转。作为煤矿行业最大的挑战,要解决安全问题首先要从安全架构、管理规程和作业规范等入手,这无疑离不开平台化和数字化技术的应用。
不过,在煤矿智能化进入全面加速的新阶段,要实现煤矿生产“安全、少人无人、高效”,实现煤炭行业绿色低碳转型,为未来达成“双碳”目标奠定基础,我们还需要解决以下五大挑战:
首先,缺少行业标准。在煤矿智能化建设过程中,由于缺乏指导信息化、智能化建设的标准体系,企业各个信息系统之间无法互联互通,数据共享和流转不畅,不仅无法发挥出信息系统应有的价值,还造成系统升级和演进困难。
其次,各种生产设备接口不统一,七国八制。在煤矿生产运营过程中,IT(信息技术)应用与设备OT(操作技术)制式多样,跨系统集成复杂度高,IT与OT的融合问题突出;而且,生产数据没有统一格式无法及时上传,海量OT数据也不能通过IT手段进行分析与建模,严重影响了数据价值的释放。
第三,数据孤岛问题突出。在过去很长一段时间里,煤矿在开展数字化、智能化建设中,都是根据不同业务部门需求建设相应的IT系统,缺乏整体规划设计,致使“烟囱式”系统林立,各系统的独立部署不仅维护成本高,还严重制约了数据的流通与协同应用。
第四,煤矿网络系统和生产装备安全性亟待提升。如今,煤矿网络系统和生产装备在给企业生产带来便利的同时,无时无刻不收到来自网络中硬件设备、软件系统与信息的威胁,网络服务的安全性、可靠性和连续性,同样也是保证煤矿安全生产的重中之重。
第五,装备的操作系统缺乏自主可控也是产业安全的一大挑战。
由此可见,当下煤矿智能化建设所面临的挑战,一方面是由于来自不同厂商的不同系统,都有各自的数据系统和业务逻辑,造成了系统联动和协同难问题;另一方面则是煤矿行业缺乏一个全行业统一的标准和规范体系,难以支撑行业未来智能化创新发展和“双碳”目标实现。
构建统一标准、统一架构,为煤矿智能化夯实基础
过去十年,是移动互联网产业飞速发展的“黄金时代”,各种各样的移动互联网应用已经彻底改变了我们的工作和生活方式。事实上,移动互联网的发展,得益于全球通信网络在统一国际规范、规则、运作模式下,整个产业生态圈在资金、技术、市场等层面凝心聚力的结果。
包括3GPP等在内的通信行业组织,通过推动“统一标准、统一架构”,各运营商、设备供应商积极协同配合,最终形成了移动互联网领域的共赢局面,不仅为全球用户带来了丰富的移动互联网体验,也催生出苹果、字节跳动等众多优秀企业。
如今,数字经济的蓬勃发展,进一步加快了数字技术与传统产业的融合,工业互联网正在“接棒”移动互联网,成为经济社会高质量发展的新引擎。在工业互联网发展过程中,能否借鉴移动互联网的成功经验,通过构建统一标准、统一架构,推动产业快速发展?
日前,由工业和信息化部、国家标准化管理委员会组织编制的《工业互联网综合标准化体系建设指南(2021版)》(征求意见稿)指出,到2023年,基本形成工业互联网标准体系,推动标准优先在重点行业(领域)实现突破、率先应用,引导企业在研发、生产、管理等环节对标达标。
事实上,由于工业互联网涉及行业(领域)众多,涉及的设备、数据等资源更是五花八门,再加上工业知识琐碎、工业应用复杂度高等,要实现整个工业互联网领域的“统一标准、统一架构”并非易事;而以煤矿这样一个重点行业实现突破,不仅符合国家政策要求,也符合当下煤矿智能化发展需要。
在统一标准方面,煤矿行业的行管部门、生产企业、煤矿装备制造商、智能化应用提供商,应该携起手来,通过成立标准、架构、协议的联盟或者组织,共同推动创新合作,促进煤矿行业在统一的标准、架构下,高效、快速的发展。这里,统一标准指的是定义终端接入层、网络层、云、数据平台、应用层,统一各层数据的接口格式、数据规范和协议等。
在统一架构方面,煤矿行业正在着力打造开放合作的煤矿智能化发展生态,从技术装备、标准、人才、管理、工业互联网平台等多个方面协同推进智能化发展。我们也希望与煤炭生产企业、院校以及众多伙伴一起,共同营造开放合作的生态,攻克关键技术瓶颈,特别是颠覆性技术创新,实现基于统一架构的煤炭开发生产工艺、装备、信息等先进技术的有机融合。
加速统一标准、统一架构落地,建立四大共识是关键
通过持续推动煤矿智能化建设,我国正在加快建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿,并初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行技术体系。智能化示范煤矿的建设,不仅为构建覆盖全行业的统一标准、统一架构提出了新要求,也为统一标准、统一架构的打造积累了丰富的实践经验。
我们认为,在煤矿智能化过程中,要实现统一标准、统一架构的落地,煤矿行业应在以下四个层面达成共识:
首先,智能矿山的本质是工业互联网。建设智能矿山的目标是以统一的平台和架构为重要支撑,提高煤矿本质安全、最终实现少人无人。因此,在工业互联网架构下,煤矿行业应该把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接起来,打通信息流,实现无人化、智能化。
其次,智能矿山的核心在于建立统一架构的煤矿工业互联网平台。而煤矿工业互联网平台则是新ICT技术与煤矿行业实际业务深入融合的结果,这种融合需要以数字平台、物联网平台为基础,通过携手工业应用、设备伙伴,打通跨系统业务数据流、生产数据,构建数字孪生。
数据的打通,一方面需要依托开放的煤矿智能化生态,推动不同系统间数据的互通,在数据共享的基础上进行智能化系统的设计开发;另一方面则需要针对不同煤矿设备定义统一的数据接口和数据格式,以构建通用的功能平台,开发煤矿工业互联网APP应用,实现行业数字资源配置的系统性优化,提升行业效率。
第三,煤矿工业互联网平台的关键是建立行业统一的煤矿物联网操作系统。统一的物联网操作系统可以为各种煤矿装备和海量传感器提供统一的接入标准和规范,既能替代当前七国八制的操作系统,也能通过统一接口、统一数据格式、简化互联,实现矿山设备超级互联。
借助软总线技术,煤矿企业在任何有网络的场景下,都可实现数据实时在线采集,以及和设备、系统数据同步。因此,物联网操作系统的建立,将把煤矿全面带入万物互联时代,为煤矿智能化建设打造坚实基石。
这样一来,煤矿企业就可以通过标准协议框架,进一步形成一套煤矿物联和数据的标准,最终将所有数据汇入统一的“数据湖”,为数据价值挖掘提供有力支撑。同时,煤矿装备企业也可以借助物联网操作系统,更加便捷地实现智能化升级、实现设备间的同步和协作,以及支持应用伙伴实现数据互通、智能化开发、应用发布等。
第四,煤矿行业需要更多的数字化人才。随着智能矿山建设的持续推进,煤矿行业迫切需要通过培训、实战,加强数字化专业人才队伍建设,逐步提升煤矿人员数字素养,进而发挥出智能化系统的最大价值。
如今,煤矿行业通过引入云计算、大数据、人工智能、数字孪生等技术,正在将现有的安全生产规程和实践经验进行数字化、工具化,并逐步推广复制到全行业;在此基础上,统一标准、统一架构的建设,将进一步消除煤矿行业的数字鸿沟。为此,华为煤矿军团也将不断深化新ICT技术与煤矿全产业链的融合,打造产业升级智能平台;并以国家能源安全、生产安全、生产效率等核心需求为导向,建设贯穿全行业、全场景的开放数字化架构,从而为煤矿工业互联网建设提供更加智能化的服务,助力煤矿智能化建设。
(作者:华为公司高级副总裁、煤矿军团董事长 邹志磊)
