構(gòu)筑工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)道阻且長，高質(zhì)量智能礦山行則將至

華為公司煤礦軍團(tuán)副總裁 郭振興

2010年以來，我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)興起并改變了人們的生活，催生出基于云平臺(tái)的移動(dòng)支付、互聯(lián)社交、在線一網(wǎng)通辦等多種便民服務(wù)。消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的成功，離不開全球通信網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、完整的產(chǎn)業(yè)鏈和成熟的平臺(tái)生態(tài)。

相比消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)來源更加復(fù)雜、對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性要求更高、標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)應(yīng)用和生產(chǎn)過程及企業(yè)流程緊密相關(guān)。在礦山行業(yè)，生產(chǎn)領(lǐng)域的全面智能化建設(shè)涉及多個(gè)部門、多個(gè)學(xué)科，要想打破界限、下好“一盤棋”，絕非易事。我們可以借鑒IT領(lǐng)域的DevOps敏捷開發(fā)和運(yùn)營的方式，通過持續(xù)迭代，不斷集成新業(yè)務(wù)到統(tǒng)一的數(shù)字平臺(tái)上，以礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)一架構(gòu)來應(yīng)對(duì)未來的業(yè)務(wù)需求。正確的架構(gòu)決定了正確的發(fā)展建設(shè)之路，避免盲目和重復(fù)投資，實(shí)現(xiàn)智能礦山的健康發(fā)展。

礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的五層架構(gòu)：智能礦山的本質(zhì)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

如上圖所示，礦鴻物聯(lián)平臺(tái)：裝備智能化，萬物互聯(lián)，讓設(shè)備會(huì)說話；統(tǒng)一操作系統(tǒng)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備說普通話。礦山工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是“高速公路”，礦山5G、融合IP工業(yè)網(wǎng)、F5G全光工業(yè)網(wǎng)等方案適配礦山井下需求。本安的萬兆路由器和Wi-Fi6、本安的F5G無源全光網(wǎng)等不再依賴笨重的隔爆箱，部署簡單和網(wǎng)絡(luò)簡化。統(tǒng)一的云和數(shù)字平臺(tái)實(shí)現(xiàn)IT/CT/OT數(shù)據(jù)統(tǒng)一入湖，通過礦山的數(shù)據(jù)治理和人工智能平臺(tái)，打通數(shù)據(jù)，消除信息孤島，縮短應(yīng)用開發(fā)周期。華為堅(jiān)持聚焦ICT基礎(chǔ)設(shè)施，采用“Huawei inside”“Huawei enable”的雙輪驅(qū)動(dòng)，充分發(fā)揮礦鴻物聯(lián)平臺(tái)和數(shù)字平臺(tái)的能力，向下賦能礦山各類裝備，向上使能應(yīng)用開發(fā)伙伴。

礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是面向礦山數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，通過構(gòu)建基于海量數(shù)據(jù)采集、匯聚、分析的服務(wù)體系，最終支撐礦山生產(chǎn)資源的泛在連接、彈性供給和高效配置。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心是數(shù)據(jù)和模型，并在此基礎(chǔ)上，依托工業(yè)App對(duì)數(shù)據(jù)和模型的調(diào)用，完成最終的智能化決策和系統(tǒng)間的智能聯(lián)動(dòng)。礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，從數(shù)據(jù)的采集、匯聚到價(jià)值挖掘的三個(gè)環(huán)節(jié)中，需要采用三大關(guān)鍵技術(shù)解決三個(gè)行業(yè)難題。

關(guān)鍵技術(shù)一：礦鴻操作系統(tǒng)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備說普通話

當(dāng)前，礦山智能化建設(shè)過程中存在一系列的挑戰(zhàn)，整個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步推進(jìn)和深入，企業(yè)各個(gè)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通難度大、成本高。數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)不暢，各類煙囪式的系統(tǒng)林立導(dǎo)致數(shù)據(jù)孤島問題比較突出，各種生產(chǎn)設(shè)備接口不統(tǒng)一，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)價(jià)值的釋放。

礦鴻操作系統(tǒng)正是為礦山萬物互聯(lián)而生。礦鴻物聯(lián)協(xié)同感知技術(shù)將從數(shù)據(jù)源頭確保數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一致，并實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間的協(xié)同。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，通過構(gòu)建統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，既可以替代當(dāng)前七國八制的操作系統(tǒng)，也可以為各種礦山裝備和海量傳感器提供統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

以一臺(tái)采煤機(jī)為例，它有3套操作系統(tǒng)、3種通信協(xié)議、161種芯片，設(shè)備互通互操作非常困難，數(shù)據(jù)也很難打通。通過礦鴻，確保了設(shè)備間數(shù)據(jù)協(xié)議和格式一致性、簡化互通互聯(lián)操作、實(shí)現(xiàn)智能協(xié)作。向下使能傳感器、裝備和人員，以預(yù)置和后裝的方式改造新舊終端設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備超級(jí)互聯(lián)，以及設(shè)備間的同步和協(xié)作；向上通過5G、F5G、Wi-Fi6技術(shù)構(gòu)建可靠、高效的礦山綜合承載網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)，并支持跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通，使能系統(tǒng)智能化開發(fā)和應(yīng)用批量化復(fù)制，為智能礦山打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)字底座。

目前，礦鴻已得到諸多行業(yè)客戶、伙伴的認(rèn)可。自去年9月14日，國家能源集團(tuán)與華為共同發(fā)布礦鴻操作系統(tǒng)以來，眾多礦企和行業(yè)伙伴已踴躍地參與到礦鴻操作系統(tǒng)生態(tài)建設(shè)中。

關(guān)鍵技術(shù)二：數(shù)據(jù)入湖和數(shù)字平臺(tái)，打通數(shù)據(jù)，提高應(yīng)用開發(fā)效率

2020年4月，《中共中央國務(wù)院關(guān)于構(gòu)建更加完善的要素市場化配置體制機(jī)制的意見》首次明確數(shù)據(jù)成為繼土地、勞動(dòng)力、資本、技術(shù)之外的第五大生產(chǎn)要素。數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為核心生產(chǎn)資料，算力成為生產(chǎn)力，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)組織了新的生產(chǎn)關(guān)系，同時(shí)大數(shù)據(jù)和AI成為最重要的生產(chǎn)工具。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅僅是將技術(shù)簡單運(yùn)用到生產(chǎn)關(guān)系和生產(chǎn)力中，更應(yīng)該在轉(zhuǎn)型過程中不斷積累和形成數(shù)字資產(chǎn)，圍繞數(shù)字資產(chǎn)構(gòu)建數(shù)字世界的競爭力，為企業(yè)不斷創(chuàng)造價(jià)值。對(duì)安裝了礦鴻操作系統(tǒng)的設(shè)備，礦鴻統(tǒng)一了設(shè)備之間的通信協(xié)議，讓所有礦山生產(chǎn)設(shè)備按統(tǒng)一格式、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從數(shù)據(jù)源頭確保了數(shù)據(jù)清潔。但對(duì)現(xiàn)網(wǎng)海量非礦鴻類裝備數(shù)據(jù)，我們可以基于集團(tuán)云、邊緣云兩級(jí)架構(gòu)，通過華為云ROMA（數(shù)據(jù)集成計(jì)算服務(wù)）將數(shù)據(jù)集成到數(shù)字平臺(tái)，借助DGC（數(shù)據(jù)治理服務(wù)）進(jìn)行數(shù)據(jù)治理和過濾，使其與管理體系融合，以此支撐礦企日常經(jīng)營管理的高效運(yùn)轉(zhuǎn)及運(yùn)營的全面管控。數(shù)據(jù)入湖、數(shù)據(jù)集成和治理的本質(zhì)，就是數(shù)字資產(chǎn)的整理和沉淀，讓數(shù)據(jù)如同一池活水，以提供全面的數(shù)據(jù)分析視圖、提升業(yè)務(wù)敏捷性，讓企業(yè)使用更加高效、便利。

自2021年2月以來，陜煤集團(tuán)紅柳林公司與華為共同依托礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)展開頂層設(shè)計(jì)，聯(lián)合生態(tài)伙伴對(duì)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)展開智能化升級(jí)。紅柳林的智能化建設(shè)進(jìn)程中始終強(qiáng)調(diào)：“讓數(shù)據(jù)成為核心的生產(chǎn)要素，確保數(shù)據(jù)上得來，用得起來，讓數(shù)據(jù)服務(wù)生產(chǎn)經(jīng)營的分析和決策”。當(dāng)前，每天1.7億條數(shù)據(jù)，40+個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)入湖，接入2960+個(gè)設(shè)備，沉淀100+設(shè)備模型。

紅柳林的生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)全面入湖后，有效解決了過去數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、系統(tǒng)無法互通、應(yīng)用開發(fā)難的問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化資產(chǎn)的統(tǒng)一管理與可視化運(yùn)營。當(dāng)前，紅柳林已先后完成智能地質(zhì)保障系統(tǒng)、智慧園區(qū)與經(jīng)營管理系統(tǒng)等13大項(xiàng)24個(gè)系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)和評(píng)審，多個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)上線運(yùn)行。生產(chǎn)運(yùn)營和園區(qū)管理從傳統(tǒng)的被動(dòng)化、手工化轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一、自動(dòng)、高效的新模式，新應(yīng)用開發(fā)時(shí)間與人員工作量減少約50%，極大地提高了應(yīng)用開發(fā)效率。

關(guān)鍵技術(shù)三：盤古礦山大模型助力數(shù)據(jù)盤活，實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用工業(yè)化開發(fā)

隨著人工智能技術(shù)（AI）發(fā)展迎來又一次浪潮，傳統(tǒng)礦山企業(yè)、制造業(yè)也開始引入這一技術(shù)。礦井生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的海量數(shù)據(jù)入湖后，理想的情況是：通過大而全的數(shù)據(jù)模型庫、多次調(diào)優(yōu)后的算法庫，可進(jìn)行場景化應(yīng)用的批量定制化開發(fā)，最終構(gòu)建出完整的、多系統(tǒng)、多產(chǎn)業(yè)鏈集成的礦山智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能連接、智能決策、在監(jiān)督下自動(dòng)運(yùn)行的煤礦智能信息化體系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的少人、無人化。

但是，當(dāng)前礦山行業(yè)的AI開發(fā)模式，普遍基于傳統(tǒng)“手工作坊式”的小模型，針對(duì)不同場景的AI應(yīng)用都是重復(fù)性的定制化開發(fā)，換個(gè)應(yīng)用場景不一定適配，模型需要重新開發(fā)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到批量開發(fā)的設(shè)想。當(dāng)前的開發(fā)模式主要存在以下問題：

1. 方案碎片化：多家礦企的供應(yīng)商分別定制開發(fā)，投入成本高，方案互通性差；

2. 開發(fā)門檻高：需要AI專業(yè)人員持續(xù)支持，業(yè)內(nèi)AI專家少、薪酬高、難聘請(qǐng)；

3. 開發(fā)效率低、時(shí)間長：模型泛化性差，無法批量應(yīng)用，數(shù)據(jù)處理、模型選擇、模型訓(xùn)練、模型微調(diào)與優(yōu)化，都需要投入大量的人力和時(shí)間，根據(jù)不同場景從0開始定制化，開發(fā)周期一般長達(dá)數(shù)月。

為解決以上問題，建立一套通用、易用的人工智能開發(fā)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)煤礦行業(yè)AI廣泛應(yīng)用的核心需求。華為于2021年4月正式發(fā)布盤古系列大模型，包括NLP（中文語言）大模型、CV（視覺）大模型、多模態(tài)大模型、科學(xué)計(jì)算大模型等。盤古大模型將海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的知識(shí)抽取，找出數(shù)據(jù)間共性，在此基礎(chǔ)上訓(xùn)練出超大網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的預(yù)訓(xùn)練模型，通過微調(diào)形式快速適配多種場景。相對(duì)于以前的作坊式開發(fā)，AI工業(yè)化開發(fā)效率可以提升10倍以上，同時(shí)盤古大模型具備更佳的性能。

2021年7月，世界人工智能大會(huì)(WAIC)在上海舉辦，開幕式上發(fā)布了2021卓越人工智能引領(lǐng)者獎(jiǎng)（Super AI Leader，簡稱SAIL獎(jiǎng)）評(píng)選結(jié)果，華為云盤古大模型項(xiàng)目憑借突破性的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了AI模型的通用性、泛化性和可復(fù)制性，開創(chuàng)了AI工業(yè)化開發(fā)新模式，獲得“SAIL之星”獎(jiǎng)。

2021年10月19日，晉能控股集團(tuán)的智能礦山科研創(chuàng)新人工智能計(jì)算中心，在華為煤礦軍團(tuán)的加持下正式上線運(yùn)行。煤礦軍團(tuán)經(jīng)過大量的調(diào)研和客戶需求分析，在晉控人工智能計(jì)算中心引入了盤古大模型，并且基于礦山行業(yè)的大量數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，形成盤古礦山大模型解決方案。目前選擇井下主運(yùn)皮帶、掘進(jìn)作業(yè)兩個(gè)典型價(jià)值場景，并以晉控下屬煤礦的實(shí)際視頻和數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源進(jìn)行基于大模型的算法訓(xùn)練，形成場景化的推理模型，經(jīng)過幾個(gè)月的實(shí)測(cè)，效果顯著， 比如在主運(yùn)皮帶異常監(jiān)測(cè)場景中，該推理模型實(shí)現(xiàn)識(shí)別準(zhǔn)確率超過95%；在掘進(jìn)作業(yè)動(dòng)作規(guī)范性的識(shí)別準(zhǔn)確率平均超過93%、非動(dòng)作類的識(shí)別準(zhǔn)確率超過95%。基于大模型的子場景AI應(yīng)用開發(fā)周期從傳統(tǒng)方式的以月為單位，縮短到以天數(shù)為單位。

盤古大模型的本質(zhì)是讓人工智能開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、可復(fù)制，批量化生產(chǎn)?？梢灶A(yù)見，即將發(fā)布的盤古礦山大模型必能極大地改變礦山行業(yè)，開發(fā)出更多的場景化人工智能應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)少人、無人、高效的目標(biāo)。

對(duì)未來的展望：打造以人工智能為核心的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，迎接智能時(shí)代的到來，極大的釋放生產(chǎn)力

智能礦山建設(shè)本質(zhì)是工業(yè)體系架構(gòu)的變革。唯有建設(shè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的架構(gòu)和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦山生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化。

依照業(yè)務(wù)需求有序地將應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遷移到新建的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，投資“新城區(qū)”，逐步改造“老城區(qū)”，探索出一條智能化礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)升級(jí)的有效路徑。礦山的新應(yīng)用采用云原生技術(shù)構(gòu)建，使用微服務(wù)架構(gòu)和零代碼、低代碼的DevOps敏捷開發(fā)模式。當(dāng)老應(yīng)用系統(tǒng)全部切換到新架構(gòu)后，最終實(shí)現(xiàn)智能礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)。

未來智能社會(huì)，數(shù)據(jù)成為最核心的生產(chǎn)資料，能否高效、快速的解析數(shù)據(jù)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程，是提升生產(chǎn)力的關(guān)鍵。礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系采用分層解耦的架構(gòu)，其中，云和數(shù)字平臺(tái)的核心能力是通過數(shù)據(jù)入湖和人工智能技術(shù)，支撐應(yīng)用開發(fā)從傳統(tǒng)單個(gè)系統(tǒng)需12個(gè)月的開發(fā)周期到按周迭代的躍遷，極大提升開發(fā)效率。人工智能的工業(yè)化開發(fā)，讓人工智能成為智能礦山的必需品，逐步替代人干臟活、累活、危險(xiǎn)的活，極大地釋放生產(chǎn)力。因此，礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)需要有能力、有擔(dān)當(dāng)?shù)男畔⒓夹g(shù)企業(yè)和礦山生產(chǎn)企業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)組織、行管部門、研究機(jī)構(gòu)緊密合作，共同開展頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)信息基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用創(chuàng)新和技術(shù)突破的齊頭并進(jìn)，共同打造以人工智能為核心的礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)礦山領(lǐng)域萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、智能決策。

道阻且長，行則將至。在智能化礦山工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)基礎(chǔ)上，通過科學(xué)規(guī)劃、有的放矢、務(wù)實(shí)推進(jìn)，礦山行業(yè)將攜手擁抱智能時(shí)代的到來，實(shí)現(xiàn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)對(duì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的賦能和礦山行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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