高方欣

（國能北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

1 礦山設(shè)備制造企業(yè)的發(fā)展方向

大型露天礦用機(jī)械正鏟式挖掘機(jī)承擔(dān)礦巖的“挖掘”和“裝載”兩大重要職能，是露天礦山開采系統(tǒng)的核心裝備，斗容≥12m3，自重≥500t，下面簡稱“電鏟”，是礦山采掘環(huán)節(jié)中的主要設(shè)備，電鏟的綜合性能，對整個礦山開采效率都有影響作用。結(jié)合電鏟自身數(shù)據(jù)特點(diǎn)來分析礦山物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究，積累企業(yè)在設(shè)計(jì)、建模、控制、優(yōu)化技術(shù)等方面的技術(shù)，應(yīng)用實(shí)踐時(shí)根據(jù)礦山生產(chǎn)規(guī)劃、過程控制、安全監(jiān)控、智慧化建設(shè)等方面，在大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)背景下，電鏟的發(fā)展方向如下。

（1）基于大數(shù)據(jù)的電鏟設(shè)備健康管理系統(tǒng)。通過監(jiān)測設(shè)備各類運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如振動、溫度、光譜、粉塵、電流、電壓、功率等，判斷設(shè)備是否出現(xiàn)異常，是否存在運(yùn)行故障，能夠直接代替人工進(jìn)行故障診斷。結(jié)合故障診斷結(jié)果，做好數(shù)據(jù)管理，為后續(xù)開發(fā)設(shè)備健康系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

（2）基于大數(shù)據(jù)的無人操作電鏟研發(fā)。在借助大數(shù)據(jù)研發(fā)無人操作電鏟時(shí)，存在無人和有人的兩個階段。需要利用設(shè)備搜集礦山的礦品、各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息等，這樣就能夠根據(jù)這些信息研發(fā)出滿足露天開采需求的電鏟。

（3）在礦山物聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下，所有的信息數(shù)據(jù)都可以共。礦山能夠?qū)崿F(xiàn)全流程一體化生產(chǎn)，將電鏟應(yīng)用其中也可以實(shí)現(xiàn)自動操作。在故障診斷和故障預(yù)測的支持下，電鏟大數(shù)據(jù)運(yùn)行系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠高效分享礦山設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)提高電鏟和各設(shè)備的配合度。還可以挖掘各設(shè)備、各運(yùn)行層和控制層的隱藏?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)優(yōu)化控制方法，優(yōu)化生產(chǎn)流程。這樣能夠發(fā)揮這些數(shù)據(jù)的最大化價(jià)值，幫助礦山企業(yè)降低生產(chǎn)能耗和物耗。

電鏟設(shè)備健康管理是以大數(shù)據(jù)為支撐的，必須做好數(shù)據(jù)挖掘等多項(xiàng)工作，這樣電鏟才能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)無人操作，并為礦山全流程一體化自動運(yùn)行和智慧礦山的建立奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，人們已經(jīng)完成了基本準(zhǔn)備工作，無人挖掘機(jī)的研發(fā)工作也在緊張開展。礦山企業(yè)與相關(guān)高校、智能制造國家實(shí)驗(yàn)室建立了合作關(guān)系，研發(fā)工作將能有序進(jìn)行。

2 基于大數(shù)據(jù)的電鏟設(shè)備健康管理系統(tǒng)

某產(chǎn)品服務(wù)云平臺是一種能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控、服務(wù)重型設(shè)備的平臺，擁有傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及嵌入式技術(shù)等。將基于大數(shù)據(jù)的電鏟設(shè)備健康管理系統(tǒng)應(yīng)用在WK系列的挖掘機(jī)中，就能夠做好備件管理和設(shè)備故障診斷等多項(xiàng)工作。能夠根據(jù)故障預(yù)測結(jié)果，提前做好養(yǎng)護(hù)、維修等多項(xiàng)工作，延長設(shè)備的使用壽命以及使用的穩(wěn)定性。這是一種應(yīng)用價(jià)值較高的電鏟設(shè)備健康管理系統(tǒng)。

2.1 電鏟數(shù)據(jù)采集傳輸方案

現(xiàn)階段，礦山企業(yè)應(yīng)用的礦山大數(shù)據(jù)平臺只能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的監(jiān)控，有很多應(yīng)用方式只停留在理論研究方面，需要深入探索。這表明還沒有充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的隱含價(jià)值。礦山企業(yè)要擴(kuò)大大數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，結(jié)合設(shè)備特點(diǎn)，研究符合設(shè)備需求的數(shù)據(jù)采集方案，為開發(fā)設(shè)備健康管理系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，也能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)備升級提供數(shù)據(jù)支持。

2.1.1 基于設(shè)備特性的數(shù)據(jù)分頻傳輸

電鏟的設(shè)備數(shù)據(jù)分為開關(guān)量（控制開關(guān)量、狀態(tài)開關(guān)量）和模擬量（控制模擬量、狀態(tài)模擬量）兩大類。設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會結(jié)合運(yùn)行情況發(fā)射控制指令數(shù)據(jù)，設(shè)備會及時(shí)做出響應(yīng)，運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就是控制量。當(dāng)前，系統(tǒng)在應(yīng)用過程中采集的主要是狀態(tài)量，一般會選取最高值的狀態(tài)量錄入數(shù)據(jù)傳輸頻率的設(shè)計(jì)模型中。

步入了“有人值守”環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)會同時(shí)采集狀態(tài)量和控制量這兩種數(shù)據(jù)。到了“生產(chǎn)全流程一體化”環(huán)節(jié)后，設(shè)備會根據(jù)控制平臺發(fā)出的指令運(yùn)行。要想儲存這些數(shù)據(jù)是比較困難的，而且儲存量比較大。為了節(jié)約成本，減少儲存容量，可以針對每種類型的數(shù)據(jù)設(shè)定特定的采集頻率。這樣可以有選擇地儲存一些重要數(shù)據(jù)，將一些不必要的數(shù)據(jù)剔除，方案如下。

（1）根據(jù)規(guī)劃，采集所有的狀態(tài)開關(guān)量。但在采集控制類開關(guān)量時(shí)，可以根據(jù)重要程度篩選出一些重要度較高的數(shù)據(jù)，其余的數(shù)據(jù)可以忽略不計(jì)。電鏟的數(shù)據(jù)采集周期可以設(shè)定為一個較小的時(shí)間，例如，在采集開關(guān)量時(shí)，可以設(shè)定為1 個基本時(shí)間的周期，在傳輸時(shí)可以設(shè)定為5 個基本時(shí)間的周期。

（2）時(shí)間常數(shù)較大的模擬量如：各類軸承溫度、電機(jī)溫度、潤滑油液位、各機(jī)構(gòu)消耗電量、電鏟挖掘噸數(shù)等，采集周期一般是5000 個基本時(shí)間，傳輸周期一般是20000 個基本時(shí)間。一些機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速、電壓等一般是100 個基本時(shí)間的采集周期，傳輸周期則是1000 個基本時(shí)間。

2.1.2 基于數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)映射方案

在應(yīng)用大數(shù)據(jù)時(shí)，要統(tǒng)一數(shù)據(jù)代碼和數(shù)據(jù)信息。如果無法統(tǒng)一數(shù)據(jù)，就無法有效采集，儲存這些數(shù)據(jù)信息，也就難以完成后續(xù)的深度挖掘和應(yīng)用工作。

在映射概念的支持下，要設(shè)計(jì)出符合要求的映射方案。可以在挖掘機(jī)設(shè)備原有的PLC 程序中建立全新的DB 數(shù)據(jù)模塊，在這個模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)劃。這個過程必須建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)傳感器數(shù)據(jù)等其他設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這樣能夠得到較全面的映射數(shù)據(jù)。結(jié)合設(shè)備未來的發(fā)展方向，要提前留出一部分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)域。這樣在開發(fā)新功能時(shí)就能夠儲存這些新數(shù)據(jù)。未來也不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存區(qū)域較小，出現(xiàn)重疊占用的情況。數(shù)據(jù)映射最基礎(chǔ)，最重要的工作就是數(shù)據(jù)規(guī)劃，要做好這項(xiàng)工作。

2.2 電鏟故障診斷模塊模型

在本地采集和遠(yuǎn)程傳輸?shù)闹С窒?，人們能夠獲得電鏟各機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)信息。利用這些數(shù)據(jù)信息建立故障分析和故障預(yù)測模型。例如，搜集風(fēng)機(jī)電機(jī)在散熱過程中的溫度信息以及電壓和電流情況，對比現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)電機(jī)在應(yīng)用過程中的各項(xiàng)信息。如果溫度和電流有明顯上升的情況，表明可能出現(xiàn)了缺少潤滑油或是出現(xiàn)了軸承同心度方面的問題。如果針對這些方面采取了解決措施，溫度仍然持續(xù)上升?？赡苁请姍C(jī)產(chǎn)生了嚴(yán)重故障，系統(tǒng)會在第一時(shí)間發(fā)出強(qiáng)烈警報(bào)。工程師會立刻到現(xiàn)場做好檢查和維修工作。當(dāng)然，也有一些故障是系統(tǒng)無法檢測出來的，這些故障信息會傳輸?shù)焦こ處煹碾娔X上。工程師會根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息分析故障，這樣能夠節(jié)省到現(xiàn)場才開展故障分析和維護(hù)的時(shí)間。

3 電鏟管理維修要點(diǎn)與管理策略

3.1 建立模塊化隨動機(jī)制

礦坑是在不斷移動的模塊，也應(yīng)當(dāng)根據(jù)移動方向不斷移動。模塊化是實(shí)現(xiàn)合理分工的基礎(chǔ)，能夠高效處理各種復(fù)雜事物，屬于一種超分工。能夠提高各項(xiàng)工作的專業(yè)化水平和工作速度。隨動模塊又可以細(xì)分為后勤、檢修和配件等多個模塊，每個模塊都擁有整體移動能力，可以在模塊下方安裝可移動的車輪。根據(jù)礦坑的移動周期，每半年或是一年移動一次。

檢修模塊要做好電鏟檢修工作，要提前準(zhǔn)備檢修工具和檢修資料，了解工況環(huán)境、做好電鏟定位等。

輔助模塊需要做好電鏟檢修的準(zhǔn)備工作，必須維護(hù)好輔助車輛，完成這些車輛的養(yǎng)護(hù)和行駛等多項(xiàng)任務(wù)，同時(shí)還要做好技術(shù)準(zhǔn)備。

配件模塊要根據(jù)配件需求發(fā)放、儲存配件，一般是小中型的配件，大中型配件一般存放在固定的庫房中，如果需要，可以隨時(shí)調(diào)取。

后勤則負(fù)責(zé)模塊的移動和供給等多項(xiàng)工作。為各個模塊供電、供水、提供食物等，還要做好所有模塊的安全防護(hù)和養(yǎng)護(hù)工作，到了搬遷的日期，需要整體移動模塊。

綜上所述，建立模塊隨動機(jī)制能夠確保維修隊(duì)伍和電鏟的工作位置在合理的范圍內(nèi)移動，縮短電鏟維修的響應(yīng)時(shí)間，這樣就能解決維修距離較遠(yuǎn)的問題，能夠滿足現(xiàn)場生產(chǎn)維修的需求。

3.2 信息化管理模式

當(dāng)前的信息化技術(shù)已經(jīng)十分成熟，可以結(jié)合各崗位的工作流程、人員設(shè)備信息、質(zhì)量保障體系、實(shí)際管理需求等，建立完善的信息化管理體系，讓設(shè)備維修信息管理系統(tǒng)覆蓋生產(chǎn)的全流程、全體工作人員，同時(shí)也要關(guān)注維修技能的時(shí)效性。為了滿足時(shí)效性方面的需求，在引入模塊后，要嚴(yán)格劃分工作內(nèi)容，確保各模塊都有相應(yīng)的負(fù)責(zé)人，工作人員可以各司其職。這也為信息化精準(zhǔn)管理奠定了基礎(chǔ)。配件組只需要及時(shí)補(bǔ)充發(fā)放配件即可，要保證補(bǔ)充的時(shí)效性和發(fā)放的準(zhǔn)確性。針對配件發(fā)放，建立實(shí)時(shí)信息化管理模塊。這樣能夠在第一時(shí)間查詢所有的配件信息，及時(shí)提醒哪種類型的配件庫存不足，還要增設(shè)動態(tài)推送配件信息的功能。后勤組要計(jì)算所有車輛的保養(yǎng)維修時(shí)間和每工作小時(shí)的耗油量，記錄重點(diǎn)檢修項(xiàng)目等，協(xié)調(diào)檢修組和輔助組共同完成設(shè)備的保養(yǎng)等多項(xiàng)工作，輔助司機(jī)高效率完成本職工作。檢修組和輔助組要做的工作內(nèi)容有很多，包括檢查高空吊裝裝置、查看電鏟高處點(diǎn)檢位置、利用無人機(jī)繪制坑下道路等，需要將自動定位裝置和錄屏裝置安裝在下坑的人和車身上，這樣能夠提供遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)，也可以隨時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息。

3.3 電鏟管理要點(diǎn)

（1）加強(qiáng)日常管理。在應(yīng)用電鏟設(shè)備進(jìn)行露天開采時(shí)，還需做好電鏟設(shè)備的管理工作，并將其作為常規(guī)化的工作來開展。主要做法為，每天的生產(chǎn)作業(yè)結(jié)束后都對電鏟設(shè)備進(jìn)行日常保養(yǎng)，確保其使用性能處于最佳狀態(tài)。此外，還應(yīng)結(jié)合以往的設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)對設(shè)備維修的時(shí)間間隔進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以確保在發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題的第一時(shí)間確定故障位置，并解除故障隱患。我國在露天開采中所使用的電鏟存在規(guī)模大和體積大的特性，其設(shè)備購置成本較高，如果不科學(xué)開采設(shè)備管理工作，則會引發(fā)諸多問題，如增加露天開采成本和威脅作業(yè)人員人身安全等問題。因此，需要密切關(guān)注電鏟設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀，加強(qiáng)對電鏟日常管理工作的重視。

（2）做好管理預(yù)案。通過對以往的電鏟故障成因的分析可以發(fā)現(xiàn)，引發(fā)電鏟故障的因素有很多種，除了與外部作業(yè)環(huán)境相關(guān)外，還與電鏟自身的運(yùn)行性能相關(guān)，當(dāng)電鏟的性能無法滿足實(shí)際開采需求的情況下，便會由于超負(fù)荷運(yùn)行而產(chǎn)生諸多故障問題。基于此，在進(jìn)行電鏟管理時(shí)，應(yīng)根據(jù)電鏟作業(yè)的特點(diǎn)以及外部環(huán)境的特征制定有針對性的管理預(yù)案。具體需要先對外部環(huán)境進(jìn)行分析，并結(jié)合電鏟作業(yè)的特點(diǎn)，分析可能會對電鏟設(shè)備產(chǎn)生影響的相關(guān)因素，明確實(shí)際作業(yè)中可能發(fā)生的故障※問題，并制定科學(xué)可行的管理預(yù)案。另外，需要對露天開采的作業(yè)要求進(jìn)行細(xì)致分析，并選擇合適型號的電鏟，使其性能滿足實(shí)際開采要求，從根源上消除由于電鏟自身性能不足引發(fā)的故障問題。這便要求在設(shè)備進(jìn)場前能夠安排專業(yè)的人員對設(shè)備質(zhì)量和性能等進(jìn)行綜合檢查，合格后方能入場使用。

（3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理。從前期的露天開采工作來看，電鏟質(zhì)量與露天開采效率直接相關(guān)，為能夠提高露天開采的效率，需要積極進(jìn)行設(shè)備養(yǎng)護(hù)，使電鏟運(yùn)行質(zhì)量得到保障。為此，也需要將電鏟養(yǎng)護(hù)管理作為電鏟管理的重點(diǎn)內(nèi)容，在條件允許的情況下，應(yīng)設(shè)立專門的電鏟養(yǎng)護(hù)管理小組，主要負(fù)責(zé)對電鏟設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)工作，要求其中的小組成員具備一定的養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)和維修經(jīng)驗(yàn)，能夠根據(jù)電鏟設(shè)備的運(yùn)行表現(xiàn)，判定設(shè)備的運(yùn)行狀況，制定科學(xué)的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，使電鏟作業(yè)質(zhì)量保持最佳狀態(tài)。

3.4 電鏟管理策略

為使電鏟管理工作得到有序開展，應(yīng)結(jié)合電鏟設(shè)備的作業(yè)特點(diǎn)以及以往的故障因素對電鏟管理制度進(jìn)行有效明確與規(guī)范?？紤]到當(dāng)前的電鏟設(shè)備更為精密，對維修和養(yǎng)護(hù)技術(shù)提出了更高的要求，在制定管理制度時(shí)，也需根據(jù)現(xiàn)階段電鏟設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)原理，對管理內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，爭取為具體的管理工作作出明確的指導(dǎo)，使電鏟管理工作有據(jù)可依。此外，為了提高電鏟設(shè)備的作業(yè)效果，也要求相關(guān)的維修和養(yǎng)護(hù)人員具有更強(qiáng)的專業(yè)能力，還需組織開采技術(shù)培訓(xùn)工作，全面提升設(shè)備維護(hù)人員的技術(shù)水平，為電鏟養(yǎng)護(hù)和管理工作提供可靠的人才支持。

4 結(jié)語

設(shè)備健康管理系統(tǒng)最重要的部分是設(shè)備故障診斷模塊，需要采集各類數(shù)據(jù)信息，開發(fā)符合本企業(yè)的自診斷模塊。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的深度應(yīng)用，獲取的數(shù)據(jù)信息越來越多，這能夠提高模塊的預(yù)測和診斷能力，但同時(shí)也要升級故障診斷模塊。將先進(jìn)的算法和自學(xué)功能應(yīng)用到模塊中，這是人們必須做的任務(wù)，也是提高設(shè)備健康管理系統(tǒng)的必經(jīng)之路。在增設(shè)系統(tǒng)的新模塊時(shí)，必須遵守?cái)?shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)，嚴(yán)格遵循執(zhí)行代碼的規(guī)劃，保證新的程序具有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)性、統(tǒng)一性。