煤矿安全生产一体化协同管理平台研究与应用
时间：2024-07-08 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 科技引领 ★
煤矿安全生产一体化协同管理平台研究与应用
0 引言
协同管理是一门近年来出现并被广泛应用的综合性学科，是研究不同事物共同属性及其协同关系的学科理论。其核心工作一方面是加强对管理组织机构的梳理，对决策执行、控制与反馈流程的梳理，通过对组织机构和业务职能的协同优化，改变管理系统机构重叠、层次繁多、部门脱节、人浮于事等负向协同现象。根据部门职责，将同类事务划归同一部门管理，一方面可以明确管理层次和管理范围，发挥整体最优效应；另一方面是通过系统规范各种管理行为，避免不同部门管理行为之间的矛盾和冲突，从整体优化出发消除各行其是、互不关联的状态，从而实现企业资源的最优配置，发挥企业最大效能，提升企业核心竞争力。
近年来，随着我国企业规模不断扩大，协同管理逐渐开始被企业管理者所认同，并受到众多专家学者的广泛关注。协同被认为是企业组织之间匹配关系的理想状态，好的协同往往会产生“1+1>2”的效果。尤其对于一些大型企业，协同管理可以给企业带来更为持久的规模性竞争优势，这也是大型企业数字化转型的一个重要动机。随着工业互联网、大数据、人工智能、5G通信等新技术的出现和应用，数据要素赋能作用持续显现，正在引发系统性、革命性、群体性的技术突破和产业变革，不断催生能源行业发展出新技术、新产业、新模式、新业态[1-2]。
山东能源集团有限公司(以下简称“山东能源集团”)是山东省属大型能源企业集团，以矿业、高端化工、电力、新能源新材料、高端装备制造、现代物流贸易为主导产业，拥有20多家二级公司，境内外上市公司11家。旗下企业多、业务广、区域跨度大，其中所涉煤矿企业多为地质条件复杂、开采年限长的矿井、千米深井和灾害严重矿井较多，生产监管和安全管理均面临着巨大的挑战，迫切需要采用数字化手段，提升管理的协同能力和水平，促进传统产业转型升级。目前山东能源集团已建成ERP、SRM、MDM等以集团业务为基础的生产经营类系统和以煤炭、高端化工、电力等业务板块为主的生产管理类、安全保障类和监测监控类系统。但因各单位信息化建设水平差别较大，信息化系统供应商繁多且建设标准不一，数据存在多源异构且缺少数据标准指导，难以实现业务和数据的协同，无法满足业务集中管理的需求。另外，煤矿生产是半连续性、半流水化模式，涉及调度、应急、安全、采掘、通防、机电、辅运、地测、选煤等多个专业。随着采煤机、掘进机、选煤设备设施的更新换代，对安全生产管理决策的时效性和智能化要求也越来越高[3]。
近年来，随着能源行业新技术的不断革新和完善，数据的统一采集、治理和数据湖建设在能源行业逐步推进，高性能计算机及大容量云存储的出现也加速了协同一体化管理的实现。为了提高信息处理速度、优化安全生产决策流程以及提升管理效率，2021年，山东能源集团首次提出“煤矿安全生产协同一体化管理”这一概念，作为管理高度规范化、生产高度信息化的产物，“煤矿安全生产协同一体化管理”加快了企业管理由纵向逐级决策向横向中心决策的转变，将信息优势转化为决策优势，逐步实现企业的扁平化管理。同时，以数字化促进工业化，以数字化促进集团整合、融合和数智赋能，进一步提升集团核心竞争力，也是大型企业管理的必然趋势[4]。
1 平台设计原则
按照“统一规划、先急后缓、分步实施、迭代推进”的实施步骤，以信息自动感知、模型智能驱动、产业整体协同、应急快速精准为目标，建设山东能源集团“一体管控、融合共享、高效协同、迭代创新”的安全生产一体化协同管理平台，平台全面覆盖山东能源集团六大产业板块，各管理层级的安全环保、生产、调度和应急管理等业务范围，实现业务协同管控、数据统一采集、多维数据融合分析，进而实现安全生产数据的全流程贯通和多产业链衔接。
2 平台架构及功能设计
2.1 平台架构设计
煤矿安全生产一体化协同管控平台的核心架构包括一体化数据采集治理平台、一体化协同管理平台和一体化指挥决策平台。一体化数据采集治理平台主要解决数据烟囱林立、数据源头不统一、数据利用困难等问题，通过数据治理实现组织、经营、财务、安全生产数据的标准化，通过数据盘点形成山东能源集团数据资产；一体化协同管理平台主要实现了数据和业务的融合共享，避免重复工作，并将数据资产进行可视化展示，为业务管理活动提供快速、灵活、准确、稳定的应用系统；一体化指挥决策平台主要实现了基于数据资产和管理预警模型的智能化自主决策，促进由人工决策向数据驱动决策的转变，实现管理的数据赋能。煤矿安全生产一体化协同管理平台业务架构如图1所示。
图1 煤矿安全生产一体化协同管理平台业务架构[5]
2.2 一体化数据采集治理平台业务设计
一体化数据采集治理平台主要由数据采集平台、数据治理平台、湖仓一体化平台组成。
(1)数据采集平台主要围绕数据存储、标准定义、数据来源和数据集成开展工作，采集煤炭、电力、化工等不同产业板块的生产管理、安全保障和安全监测等现有系统数据，采集山东能源集团财务管理、设备管理、CRM管理和人资管理等集团统建类系统数据，可满足结构化数据、非结构化数据和半结构化数据等多类型数据源的采集需求，也可满足工业数据和非工业数据等多类型业务数据的采集需求，通过MQTT、FTP等多类型传输协议，最终实现多源异构数据的实时同步、结构化数据的秒级变更捕获、流式数据的实时传输采集。数据治理平台需要具备数据采集、治理、服务全过程管理能力，主数据、元数据、指标数据和数据模型管理等基础能力，数据脱敏等数据安全能力，以及为外部需求提供数据服务的能力[6-7]。
(2)数据治理平台是煤矿企业高效管理水平的体现。通过企业数据治理咨询，形成数据标准体系、数据质量体系以及企业数据资产目录。数据治理围绕数据价值发掘利用数据质量，提升及管理落实过程中的难点及痛点，建立适用的数据治理体系，编制数据资产管理制度，挖掘数据的价值资产，是对整个煤矿管理业务的提炼，是煤矿管理中最本质、最关键的指标信息。数据采集和治理的实施为企业制定了统一的标准和规范，从而实现数据输入、输出的一致性和开放性，使更多有实力的IT解决方案供应商加入，从而加快整个行业的数字化转型速度[8-9]。
(3)湖仓一体化平台分为数据集成、湖仓存储、湖仓计算。以“低耦合、高内聚”为原则，构建统一存储、统一分析的数据湖。满足PB级的数据量实时交互的要求，支持计算能力弹性扩容、机器学习、多样化分析。数据集成包括统一外部关系型数据库、NoSQL数据库、分布式文件系统等数据源的管理。对数据湖数据转换为数仓数据进行数据和权限管理，同时支持数仓内价值密度低的数据进行数据清洗的能力。具备入湖任务配置与管理的能力，湖仓存储保障数据的安全和质量。具备数据存储和计算资源独立部署，以及动态扩缩容存储、计算资源的存算分离能力。支持主流数据格式和多种缓存策略的数据缓存加速，湖仓计算包括存储生态能力，可以对数据湖数据进行读写，统一开发平台进行湖仓数据开发利用、作业调度、任务运维监控。计算资源弹性扩缩容，且能够对弹性资源的使用情况进行监控，对湖仓数据可进行科学计算、向量计算、机器学习等多场景融合分析。对湖仓存储资源、计算资源进行统一管理、分配、使用以及监控，支持批处理、实时计算、OLAP分析等多种计算模式。
2.3 一体化协同管理平台业务设计
协同工作可有效避免重复劳动，解决单个员工的瓶颈问题，同时协同管理可以更好地利用团队成员的专业技能和经验，提高整个团队的生产力和效率。本质上协同工作要求管理者必须对员工进行分工协作，实现组织系统中各种人的力量之和并高倍放大，从而实现低投入、高产出。山东能源集团作为大型能源企业，权属单位众多、生产环节紧凑、协作关系复杂、生产连续性强、情况变化快速，如某一局部发生事故，往往会波及整个生产系统的安全运行。经过多年的高速发展，山东能源集团在信息化建设方面取得了很大的进步。目前，权属煤矿均已部署了井下自动化控制、安全检测监控、人员定位、井下通讯、降雨量监测等信息化系统，部分矿井利用现代空间分析、虚拟现实等可视化技术，实现了模拟仿真和过程分析重现。通过实时显示井下各系统运行状况和指标数据，利用AI分析技术智能捕获动态监测监控异常状态，管理人员可远程实时直观了解生产现场，但由于系统厂家不同、架构和技术差异，造成同一类系统的数据无法共享共用，极大地阻碍了数据资产价值属性的发挥[10-13]。
(1)一体化协同管理平台通过梳理业务关系、明确业务边界，以实现“一数一源”和“一源多用”为目标，规划了安全生产技术协同管理系统、安全环保管理系统、应急管理系统和大数据分析应用系统[14]。
(2)安全生产技术协同管理系统打造山东能源集团生产技术业务领域的“ERP”，整合煤炭、化工、电力新能源、高端装备制造、建筑施工产业板块业务需求，覆盖调度专业、采掘专业、机电专业、辅运专业、通风专业、地测专业、选煤专业等专业需求。通过规范煤炭各产业、专业管理标准，打通数据链路，明确业务边界，通过系统建设实现山东能源集团生产技术管理的全产业链协同。
(3)安全环保管理系统覆盖安全管理、职业健康管理和环保管理，基于双重预防管理、智能视频监控系统、风险库、人员定位管理、设备预警监测管理、灾害治理等业务需求，利用AI技术、物联网技术、大数据技术、数据可视化技术，满足山东能源集团的三级管控需求，实现安全、职业健康和环保管理的统一化、规范化，实现远程监管常态化运行。
(4)应急管理系统建立了快速响应多级联动应急管理应用，通过建立预案管理体系、救护队伍管理体系、应急资源管理体系和应急演练体系，保障山东能源集团各级单位应急处置流程；通过健全完善应急资源信息数据库，实现信息共享、资源共用、协调联动，提升应急工作质量和效率，推进应急救援智能化，科学、高效、有序应对处置各类事故。
(5)大数据分析应用系统以数据模型驱动为目标，不仅实现多维数据融合分析，而且实现生产数据的全流程贯通和多产业链衔接。依托山东能源集团丰富的海量数据资产，实现管理重心由人员经验管理转变到基于数据驱动的自主管理，加快数据流动时间和数据处理节奏，将信息优势转化为决策优势。
2.4 一体化指挥决策平台业务设计
一体化指挥决策平台通过云计算、大数据、人工智能、自然语言识别等新技术，不仅实现多模态和机器学习的深度结合，而且实现预警模型的定制、模型算法优化、大数据分析、模型库的管理、模型训练、智能应急响应、智能安全等人工智能的业务应用。建立智能决策中心，实现多层级事件智能调度、多数据资源“一张图”展示，以一体化数据采集治理平台的数据为基础，辅助管理人员直观全面分析事态和调度指挥，实现安全生产的态势感知。全面搭建山东能源集团指挥决策应用场景，用智能手段赋能企业管理运行。
煤矿安全生产在某种程度上取决于获取、处理、传递和使用信息数量的多少、质量的好坏和处理速度的快慢。安全生产信息的价值体现在时效性，信息的价值往往转瞬即逝。传统的生产决策一般由管理人员获取异常信息，集中形成处理意见，执行单位组织落实，缺点是周期长、环节多，对人的依赖较大。而通过一体化指挥决策平台，数据应用的重心由展示分析转变为对数据价值的挖掘利用，使安全决策不再单独依赖管理人员。一体化指挥决策平台通过挖掘海量数据之间的关系，找出各层级、各板块和各专业的内部管理缺陷，优化决策流程，变纵向决策为横向决策，变各级领导决策为中心决策，变人工决策为智能决策，减少决策层级，加快信息处理节奏，提升决策优势，真正实现数据驱动决策[15-16]。
3 应用效果
2023年9月，煤矿安全生产一体化协同管理平台在山东能源集团全面上线应用，平台覆盖煤矿、电力/新能源、化工、建筑施工、高端装备制造5个业务板块的175家业务单位。平台的上线运行进一步优化了集团的管理决策与反馈流程，加快了各单位各部门数据交互的正向协同，消除了大企业内部各行其是、互不关联的管理现状。
3.1 形成工业大数据应用体系
一体化数据采集治理平台已覆盖山东能源集团总部、兖矿能源等9家二级公司及175家三级生产单位，共涉及数据采集对象35项。包括安全监控系统、人员定位系统、矿井双重预防管理系统、水文监测系统、主通风监测系统、压风监测系统、提升监测系统、排水监测系统、主运输监测系统等安全生产类系统24个，集团计量发运系统、人力资源管理系统、物资管理系统、设备管理系统、司库管理系统等经营管理类系统7个，环保数据、天气数据等外部数据系统4个。每个生产单位平均采集测点12 000个，涉及不同厂家系统约1 700个，累计接入数据147亿条，每日新增数据约1亿条。统一的数据采集平台可有效降低信息重复采集成本，避免各生产单位单建采集平台的费用，有利于一数采集、多级使用，为各类数据不同维度、不同层面的分析奠定了基础。
一体化数据采集治理平台可分业务域开展数据治理工作。目前已梳理出32个主题域组、164个二级主题域、671个三级业务对象、1329个四级业务实体、28 307个五级属性。数据资产累计收集200万条安全数据、3 500余项应急预案、13 000余项应急物资装备、2 300名应急专家；有效管控风险56 048余项(其中重大风险1 888个)、隐患1 005 501余项(其中A级以上隐患1 000余项)，且全部实现闭环处置；重大灾害预警分析共处理一级以上联动告警1 800次。建立了数据质量管理体系，形成常态化质量监控、检查、问题跟踪、整改提升的闭环管理。开展源端数据质量整改，建立了1 802条数据质量规则，完成数据质量评估任务619个。同时，对各种数据的一致性、及时性和可用性进行自动化校验，及时告警数据异常问题，确保数据准确；定期运行数据质量稽核服务，实现一数一源、一源多用，从源端确保数据的可用性、可集成性、安全性和易用性，使数据作为资产应用于业务、管理、战略决策中，充分发挥数据资产价值。
3.2 全产业全业务一体化生产协同应用
一体化协同管理平台共涉及山东能源集团五大业务板块13个专业的1 722项业务需求，覆盖25 000余个业务功能点。通过业务流程梳理，确定数据权责关系，明确交互数据流向和交互数据规范，形成各板块协同业务场景38项、各专业协同业务场景82项，明确了各层级、各板块、各专业部门管什么、怎么管。
通过业务协同平台和统一认证系统建设，实现山东能源集团94套统建业务系统统一管理。依托全新的协同系统，用户可轻松连接到管理单元的任何一个点，无论PC端还是移动端，通过配置相应的安全策略，都可进行交互业务处理，同时用户可开展无障碍交流，最终实现业务系统与社交工具的融合应用。
通过智能报表工具，可对业务数据进行分析展示，提升数字化管理和决策效率，为企业决策提供强有力的数据支撑。同时可提高企业数据资产积累的效率，降低数据重复管理成本，保障数据处理各环节的工作高效有序进行[17-18]。
3.3 打造扁平化、智能化安全决策新模式
依托山东能源集团扎实的管理理论和丰富的现场数据资产，可对异常数据进行分析处理，自动形成分析报告及决策方案，实现基于数据链驱动的智能决策。煤矿管理人员的角色由制定决策变成了监督实施，大大减少了管理人员的数量，降低管理决策流动的时间，提高管理决策的准确性，最终形成企业的扁平化、一体化管理模式[19-21]。
4 结语
随着企业业务板块的不断扩展及部门间市场化发展的需要，企业内部协同效应开始受到人们的关注。为了适应新的经济环境和市场竞争，必须要充分利用信息化手段谋求协同效应对管理效率的提升，从而构建集成化、协同化的管理和考核体系，全面提升煤矿安全管理的效率和效果。
一体化协同管理的基础是企业的工业化和信息化，在煤矿企业实施安全生产一体化协同管理时一定要结合企业自身的实际情况。首先，企业要具备安全生产各专业数据采集治理的条件，具备安全生产数据资产化管理的条件；其次，企业要具备现代高效的管理制度和管理体系的支撑，具有信息化驱动管理的强大动力；最后，安全生产一体化协同管理的实施对软硬件、资金预算、管理经验及人员素质都有较高要求，如软硬件、人员、投资不匹配，则会造成较大经济损失，无法达到预期目标。
[1] 威斯通,米切尔,马尔赫林,等.接管、重组与公司治理[M].李秉祥,译.大连:东北财经大学出版社,2006.
[2] 高林.产业互联网时代的新模式和新业态[J].软件和集成电路,2017(1):15.
[3] 张玄德.煤矿物联网建设的重点及步骤[J].山东煤炭科技,2011(6):232-233.
[4] 高洪深.决策支持系统(DSS)理论、方法、案例[M].北京:清华大学出版社,2005.
[5] 范春风,孙西堂,余来文,等.集团公司协同管理[M].北京:经济管理出版社,2016.
[6] 白斌,王理想,葛晓华,等.工业数据采集技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2023.
[7] 廖永红,吴冬燕,曹焕,等.工业数据采集与边缘服务[M].北京:人民邮电出版社,2023.
[8] 董付国.Python程序设计与数据采集[M].北京:人民邮电出版社,2023.
[9] 祝守宇,蔡春久.数据治理:工业企业数字化转型之道[M].北京:电子工业出版社,2020.
[10] 华为公司数据管理部.华为数据之道[M].北京:机械工业出版社,2020.
[11] 王喜祥.基于协同论的现代管理研究[J].现代商贸工业,2009,21(8):42-43.
[12] 祝守宇,蔡春久.数据标准化[M].北京:电子工业出版社,2023.
[13] 山东省能源局.山东省煤矿智能化建设实施方案[EB/OL].(2020-01-08)[2024-03-02]:http://nyj.zaozhuang.gov.cn/gzdt/tzgg/201912/P020191217522762594390.pdf.
[14] 全国信息化和工业化融合管理标准化技术委员会.推荐性国家标准:信息化和工业化融合管理体系+基础和术语:GB/T23000-2017[S].北京:中国质检出版社,2017.
[15] 中国国家标准化管理委员会.推荐性国家标准:信息化和工业化融合管理体系+实施指南:GB/T 23002-2017[S].北京:中国质检出版社,2017.
[16] 工业和信息化部电子科技技术情报研究所.推荐性国家标准:工业企业信息化和工业化融合评估规范:GB/T 23020-2013[S].北京:中国质检出版社,2023.
[17] 中华人民共和国国务院.国家中长期科技和技术发展设计纲要(2006-2020年)[EB/OL].(2006-02-07)[2024-03-02].http://fzgh.zua.edu.cn/_local/A/58/FC/573F2AB64988B527F5C40D86661_4C010 B48_6AE19.pdf?e=.pdf.
[18] 工业和信息化部.工业互联网专项工作组2022年工作计划[EB/OL].(2022-04-06)[2024-03-02].https://www.miit.gov.cn/cms_files/filemanager/1226211233/attach/202112/5a0f9a1593b849d1a135 b055a259f79a.pdf.
[19] 赵志勇,毛忠阳,张嵩,等.数据链系统与技术[M].北京:电子工业出版社,2014.
[20] 毛鹏飞,赵娟.企业数字化的核心逻辑与实践指南[M].北京:人民邮电出版社,2021.
[21] 马永斌.公司治理之道:控制权争夺与股权激励[M].北京:清华大学出版社,2013.
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