何成群

（靈寶黃金集團(tuán)股份有限公司，河南 靈寶 472500）

1 智能化技術(shù)和機(jī)械工程自動(dòng)化的概述

智能化技術(shù)又被稱為人工智能，它是通過計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步而產(chǎn)生的智能化技術(shù)。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，智能技術(shù)可以利用對(duì)人腦的模擬，具備機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜、自然語言處理、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)視覺等多種功能，從而可以讓人們的各種使用需求得到充分的體現(xiàn)和滿足。特別是在信息社會(huì)，通過對(duì)知識(shí)、信息和數(shù)據(jù)3 個(gè)層面進(jìn)行的分析，可以通過信息來表示知識(shí)，通過數(shù)據(jù)來表示信息，進(jìn)而讓智慧技術(shù)可以對(duì)知識(shí)進(jìn)行多種方式的獲得，為人類的工作和生活帶來更為方便和有效的服務(wù)。機(jī)械工程自動(dòng)化是一門集機(jī)械、電子和信息技術(shù)于一身的綜合學(xué)科，它可以使機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)作業(yè)，提高作業(yè)的品質(zhì)和速度，降低作業(yè)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。目前，在機(jī)械工程中使用的自動(dòng)化技術(shù)，主要有柔性自動(dòng)化技術(shù)、集成自動(dòng)化技術(shù)等。利用這些技術(shù)，可以為我們的制造業(yè)提供更多的幫助，從而提高我們的制造業(yè)自動(dòng)化程度。

2 礦山智能化技術(shù)的應(yīng)用原則

（1）可靠性。礦山開采工作需在穩(wěn)定且可靠的環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)性的礦石開采，因此對(duì)于智能化技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)首先注意對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性可靠性的保障，這就需要相關(guān)單位對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要確保系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)格式、通信接口、通信協(xié)議等均滿足國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并注重壓縮軟件設(shè)計(jì)體量，縮短系統(tǒng)運(yùn)行響應(yīng)時(shí)間，以保障緊急狀態(tài)下的系統(tǒng)應(yīng)用。

（2）互聯(lián)性。礦石開采生產(chǎn)涉及礦石開采、運(yùn)輸、地面生產(chǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要涉及多類電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備，因此對(duì)于智能化技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)不應(yīng)以單一功能的實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，而是應(yīng)當(dāng)確保系統(tǒng)建設(shè)具備高度互聯(lián)性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)礦山開采生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、信息聯(lián)動(dòng)等多功能的支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)礦山開采中信息孤島問題的消除，最大限度地促進(jìn)礦山開采生產(chǎn)各階段各項(xiàng)工作的科學(xué)對(duì)接和無縫銜接。

（3）覆蓋性。礦山生產(chǎn)在實(shí)際工作中涉及地下地面兩大開采生產(chǎn)場(chǎng)景，實(shí)際工作中涉及人力、能源、設(shè)備、產(chǎn)能等多項(xiàng)控制要素，應(yīng)用技術(shù)設(shè)備中涉及開采、運(yùn)輸、分揀等多項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)，因此對(duì)于智能化技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)注意實(shí)現(xiàn)各環(huán)境、元素、對(duì)象的覆蓋，以全覆蓋的系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的生產(chǎn)開采管理。

（4）可視性。智能化技術(shù)及其相關(guān)系統(tǒng)，作為具備智能處理和信息管控能力的系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)建設(shè)中應(yīng)注意對(duì)科學(xué)合理人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，以便于生產(chǎn)人員對(duì)各系統(tǒng)部分、設(shè)備環(huán)節(jié)以及能源資源的可視化管控，其中實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史回放、監(jiān)控存儲(chǔ)等功能都應(yīng)予以建設(shè)，以此最大限度地保障設(shè)備運(yùn)行的高質(zhì)量高水平。

3 礦山智能化技術(shù)在機(jī)械工程自動(dòng)化中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 數(shù)據(jù)處理效率高

智能技術(shù)的特點(diǎn)是對(duì)信息主動(dòng)地采集，并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化的加工，其最大的特點(diǎn)就是高效的加工。使用智能科技可以減少資料的處理，也可以提高資料的準(zhǔn)確性。另外，在使用智能化技術(shù)時(shí)，也可以將數(shù)據(jù)表現(xiàn)為文本和屏幕的方式，當(dāng)智能技術(shù)在使用時(shí)，對(duì)圖像有較高的需求時(shí)，智能化的自動(dòng)化技術(shù)還可以將圖像由靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)，從而使得數(shù)據(jù)信息的顯示更直接。根據(jù)上述論述，我們可以得出結(jié)論，在使用智能技術(shù)時(shí)，可以將資料以各種方式展現(xiàn)出來，從而為資料的處理工作帶來更大的方便。

3.2 數(shù)據(jù)處理精度高

從目前國內(nèi)智能技術(shù)的發(fā)展情況來看，在將其與智能技術(shù)進(jìn)行融合的時(shí)候，通常都是使用CPU 芯片或RISC芯片來進(jìn)行操作，因此，對(duì)智能技術(shù)的處理效率有了顯著的提升。此外，當(dāng)前國內(nèi)的智能技術(shù)在使用的時(shí)候，可以多個(gè)CPU 進(jìn)行工作，因此，可以顯著提高處理的準(zhǔn)確性，提高了工作效率。

4 礦山智能化技術(shù)在機(jī)械工程自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 智能化故障診斷

4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

礦山智能化技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的智能化診斷，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是一種非常有效的方法。該算法通過仿真人類大腦的神經(jīng)系統(tǒng)，來達(dá)到對(duì)各種問題的迅速辨識(shí)和解決的目的。在一個(gè)機(jī)器裝備出現(xiàn)了問題后，它在振動(dòng)的時(shí)候，會(huì)釋放出一些不一樣的信號(hào)，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是根據(jù)這些信號(hào)的辨識(shí)結(jié)果，來對(duì)其進(jìn)行判定，并且在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建起了一個(gè)故障的模型，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，可以消除對(duì)故障診斷效果產(chǎn)生不利的因素，并且在培訓(xùn)結(jié)束后，再把這些數(shù)據(jù)再一次地輸入進(jìn)去，在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析之后，可以為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況做出相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)的故障診斷的目的，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)控，就是一個(gè)很好的例子。該體系以光伏技術(shù)作為系統(tǒng)的承載主體，由兩大模塊組成：一是硬件部分；二是軟件部分。該探測(cè)體系利用了光伏技術(shù)，利用太陽能面板將光能轉(zhuǎn)換成電量，并將其儲(chǔ)存在貯電池中，監(jiān)控工作的供電情況，利用驅(qū)動(dòng)器監(jiān)控體系完成對(duì)信號(hào)的收集。利用CCD 攝像機(jī)拍攝下的礦山真實(shí)狀況，并在液晶屏幕上實(shí)時(shí)地展示被測(cè)對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)。該裝置以AR單片機(jī)為中心，以液晶顯示模塊、蓄電池模塊、自動(dòng)加速模塊、氣體傳感器等為主要功能模塊。

4.1.2 專家系統(tǒng)

在智能化的發(fā)展過程中，專家系統(tǒng)起到了很大的推動(dòng)和發(fā)展智能化技術(shù)的發(fā)展。該系統(tǒng)由知識(shí)庫，推理引擎，以及人機(jī)交互界面構(gòu)成。該體系中的知識(shí)表示需要運(yùn)用電腦生成式法則，并通過AI 的方式來實(shí)現(xiàn)，以保證其與人類思維的邏輯性相符合。在技術(shù)應(yīng)用中，推理邏輯和推理模型，是技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，專家系統(tǒng)在工作的過程中，可以通過對(duì)模糊系統(tǒng)和推理邏輯的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障的有效診斷。在煤礦智慧化的過程中，專家系統(tǒng)起到了非常關(guān)鍵的作用，它是提高煤礦智慧化程度、促進(jìn)煤礦智慧化和煤炭資源開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。在智能化技術(shù)中，可以用專家?guī)靵韺?duì)專家進(jìn)行構(gòu)建，從而達(dá)到了智能化的目的，專家?guī)彀ㄋ懔υO(shè)施、算法庫和知識(shí)庫等。能夠在煤礦的智能化施工過程中，完成整體的智能化控制，控制中心是一個(gè)人機(jī)協(xié)同的接口。其中，感知網(wǎng)絡(luò)、骨干網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成了一個(gè)重要的信息系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以完成對(duì)信息的收集和傳送，為制定智能的政策和政策奠定基礎(chǔ)。由邊緣計(jì)算資源與云計(jì)算共同構(gòu)成的運(yùn)算能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)收集的各結(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)處理，減少網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳送。對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)掘中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了整合，提高了利用效果。在具體的使用過程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備的智能化的診斷，利用諸如智能綜掘法等一些高級(jí)的算法，可以對(duì)裝備的缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。智慧礦山的核心是構(gòu)建一個(gè)能夠?qū)ΦV井內(nèi)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理和分析的大的系統(tǒng)，同時(shí)還可以構(gòu)建出智能巡檢和決策指揮等多個(gè)小的系統(tǒng)來完成各種工作。隨著人們?cè)诠ぷ骱蜕钪械牟粩嗬鄯e，智慧礦井的應(yīng)用平臺(tái)在數(shù)據(jù)、算力、算法和知識(shí)的支撐下，對(duì)目前的情況進(jìn)行了反饋，實(shí)現(xiàn)了自身的學(xué)習(xí)和進(jìn)化，使其越來越智慧。

4.1.3 故障診斷步驟

在運(yùn)用智能化技術(shù)來解決問題故障時(shí)，需要遵循一些程序。（1）收集有關(guān)對(duì)象的資料。傳感器是獲得對(duì)象的重要途徑，常用的傳感器包括開關(guān)位置傳感器、母線的溫度傳感器等，還可以選擇特征量如零序的電流。（2）求出質(zhì)量函數(shù)。概率論是計(jì)算質(zhì)量函數(shù)的方法。通過該方法能有效簡(jiǎn)化計(jì)算過程，最后能歸一化全部假設(shè)的概率，確保其能符合質(zhì)量函數(shù)要求。（3）信息融合處理。我充分利用信息需做好信息融合處理，對(duì)每個(gè)傳感器上的信息進(jìn)行獲取與融合，合并不同特征信息。（4）制定目標(biāo)。決策邏輯是判定目標(biāo)類別的重要手段。

4.2 自動(dòng)化生產(chǎn)

將礦山智能技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械工程自動(dòng)化中，要能夠?qū)μ岣邫C(jī)械裝備的自動(dòng)化程度起到作用，以保證能夠達(dá)到其自動(dòng)化的生產(chǎn)要求。

（1）集成化應(yīng)用。所謂的自動(dòng)化，實(shí)際上就是將靈活的生產(chǎn)方法用于機(jī)械裝備，使其可以將生產(chǎn)的過程進(jìn)行數(shù)字化。信息化是實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)的重要手段，它可以極大地提高生產(chǎn)的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。

（2）自動(dòng)化柔性應(yīng)用。在機(jī)械制造與生產(chǎn)方面，需要具有一種具有綜合管理的技能，在這些技能中柔性自動(dòng)化技術(shù)，可以構(gòu)造出一種可視化的人機(jī)接口，利用對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和運(yùn)用，可以給公司帶來很好的服務(wù)和協(xié)助。

（3）智能制造。為了減少生產(chǎn)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，對(duì)機(jī)器裝備的生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。采用了一種基于數(shù)控PID 的智能化校正裝置，該裝置通過安裝在裝置上的感應(yīng)器，能夠高效地采集各種信息，經(jīng)過分析和放大，再傳送到傳動(dòng)裝置。糾偏系統(tǒng)組件定位是通過驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的。對(duì)比收集來的信號(hào)與設(shè)定信號(hào)，然后對(duì)糾偏量進(jìn)行確定，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器在獲取信號(hào)后快速開啟糾偏行為。以礦井安全輔助系統(tǒng)為例，主要是由通訊系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)等組成，下面就主要介紹這3 個(gè)系統(tǒng)：①通訊系統(tǒng)。有了WIFI 通信技術(shù)，即使是在有干擾的情況下，也能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。最高帶寬達(dá)到11Mb，通信距離達(dá)到305m。與常規(guī)通信模式不同，它的信號(hào)范圍更廣，直徑覆蓋可達(dá)700m，其中有線信號(hào)最大可達(dá)54Mb，有線信號(hào)最大可達(dá)100Mb。②工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。本裝置分為井上井下兩個(gè)部分，井上部分主要安裝于廠房等區(qū)域，井下主要安裝于巷道等區(qū)域。③大屏幕顯示系統(tǒng)。歐、美國家的顯示器體系是一種高質(zhì)量、高可靠性的一體化的數(shù)字顯示器。

4.3 智能管理

在對(duì)機(jī)器裝備進(jìn)行控制和管理的過程中，既要保證其精度和可靠性，又要提高其智能的程度。采用礦山智能技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全機(jī)操作，不需要人工操作。智能機(jī)器設(shè)備的管理包括以下內(nèi)容。

（1）設(shè)備基本信息。在進(jìn)行智能管理的同時(shí)，需要在系統(tǒng)中擁有設(shè)備的內(nèi)在信息，例如，設(shè)備型號(hào)、名稱、運(yùn)行時(shí)間等。

（2）裝備的維護(hù)。在這個(gè)智慧的服務(wù)終端中，可以獲得關(guān)于該設(shè)備的維護(hù)的詳細(xì)情況，當(dāng)在機(jī)器設(shè)備發(fā)生了問題之后，還可以利用智能化技術(shù)，來達(dá)到對(duì)其進(jìn)行智能化的管理。在接到報(bào)修的消息后，該服務(wù)終端的維護(hù)工作人員可以馬上針對(duì)這些問題展開有針對(duì)性地維護(hù)和解決。

（3）設(shè)備保養(yǎng)。在機(jī)器的維護(hù)工作中，需要根據(jù)維護(hù)工作的進(jìn)度表來完成維護(hù)工作，維護(hù)工作是由系統(tǒng)完成的。在該系統(tǒng)中可以設(shè)定裝備維修的方案和規(guī)定，并在服務(wù)者的終端上獲取維修的資料，這樣維修人員就可以事先知道維修的具體情況，并根據(jù)維修的需要來實(shí)施維修，并且還可以在之后對(duì)維修的具體情況進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）對(duì)裝備進(jìn)行巡查。利用該體系對(duì)裝備的點(diǎn)檢方案進(jìn)行了管理，利用該體系對(duì)裝備進(jìn)行巡視，并將這些檢查結(jié)果及時(shí)地反饋給了服務(wù)端，以便對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和報(bào)警等。

4.4 生產(chǎn)綜合監(jiān)控

生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)是智能礦山建設(shè)的重要支撐，該系統(tǒng)主要是通過遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、智能聯(lián)動(dòng)等功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行中，對(duì)礦山日常工作涉及各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備的智能化控制和連續(xù)性檢測(cè)，進(jìn)而達(dá)到無人值守或少人值守的礦山生產(chǎn)需求。生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建采取面向?qū)傩詫?duì)象技術(shù)，在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用中，以操作、管理等為一體進(jìn)行所有受控對(duì)象及其相關(guān)信息的綜合繼承，并通過屬性鏈接、定制化工作界面以及安全管控等，進(jìn)行信息的準(zhǔn)確性明確以及判斷正確性的落實(shí)。而為了提升系統(tǒng)涉及的兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)當(dāng)下礦山建設(shè)需求的滿足以及未來礦山智能化擴(kuò)展需求的適應(yīng)，在實(shí)際的系統(tǒng)建設(shè)中一般采取C/S 和B/S 相結(jié)合的分布式架構(gòu)，其中C/S 架構(gòu)一般適用于進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和技術(shù)支持的工程師站，B/S 技術(shù)一般用于基礎(chǔ)管理和決策的管理層決策層等。而基于上述系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及對(duì)各種數(shù)據(jù)信息的讀取應(yīng)用，智能礦山的生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般還以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫建設(shè)進(jìn)行資源數(shù)據(jù)的獲取、存儲(chǔ)和分享，實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)資源共享，再結(jié)合支持多種協(xié)議的可視化操作界面，最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的可視化操作和控制。

5 結(jié)語

礦山智能化技術(shù)在機(jī)械工程自動(dòng)化中的應(yīng)用，是行業(yè)發(fā)展的必然要求，機(jī)械工程自動(dòng)化水平的提升，要利用礦山智能技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用。礦山智能技術(shù)能在故障智能診斷、自動(dòng)化生產(chǎn)及智能化管理中發(fā)揮其積極作用，全面提升機(jī)械工程的運(yùn)行質(zhì)量與效率。