華為公司煤礦軍團副總裁 郭振興
2010年以來，我國數(shù)字經濟快速發(fā)展，消費互聯(lián)網興起并改變了人們的生活，催生出基于云平臺的移動支付、互聯(lián)社交、在線一網通辦等多種便民服務。消費互聯(lián)網的成功，離不開全球通信網絡的標準統(tǒng)一、完整的產業(yè)鏈和成熟的平臺生態(tài)。
相比消費互聯(lián)網，工業(yè)互聯(lián)網的數(shù)據來源更加復雜、對網絡性能和可靠性要求更高、標準和數(shù)據格式不統(tǒng)一、數(shù)據應用和生產過程及企業(yè)流程緊密相關。在礦山行業(yè)，生產領域的全面智能化建設涉及多個部門、多個學科，要想打破界限、下好“一盤棋”，絕非易事。我們可以借鑒IT領域的DevOps敏捷開發(fā)和運營的方式，通過持續(xù)迭代，不斷集成新業(yè)務到統(tǒng)一的數(shù)字平臺上，以礦山工業(yè)互聯(lián)網的統(tǒng)一架構來應對未來的業(yè)務需求。正確的架構決定了正確的發(fā)展建設之路，避免盲目和重復投資，實現(xiàn)智能礦山的健康發(fā)展。
礦山工業(yè)互聯(lián)網的五層架構：智能礦山的本質是工業(yè)互聯(lián)網
如上圖所示，礦鴻物聯(lián)平臺：裝備智能化，萬物互聯(lián)，讓設備會說話；統(tǒng)一操作系統(tǒng)，統(tǒng)一數(shù)據標準，設備說普通話。礦山工業(yè)網絡是“高速公路”，礦山5G、融合IP工業(yè)網、F5G全光工業(yè)網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無源全光網等不再依賴笨重的隔爆箱，部署簡單和網絡簡化。統(tǒng)一的云和數(shù)字平臺實現(xiàn)IT/CT/OT數(shù)據統(tǒng)一入湖，通過礦山的數(shù)據治理和人工智能平臺，打通數(shù)據，消除信息孤島，縮短應用開發(fā)周期。華為堅持聚焦ICT基礎設施，采用“Huawei inside”“Huawei enable”的雙輪驅動，充分發(fā)揮礦鴻物聯(lián)平臺和數(shù)字平臺的能力，向下賦能礦山各類裝備，向上使能應用開發(fā)伙伴。
礦山工業(yè)互聯(lián)網是面向礦山數(shù)字化、網絡化、智能化需求，通過構建基于海量數(shù)據采集、匯聚、分析的服務體系，最終支撐礦山生產資源的泛在連接、彈性供給和高效配置。工業(yè)互聯(lián)網的核心是數(shù)據和模型，并在此基礎上，依托工業(yè)App對數(shù)據和模型的調用，完成最終的智能化決策和系統(tǒng)間的智能聯(lián)動。礦山工業(yè)互聯(lián)網架構中，從數(shù)據的采集、匯聚到價值挖掘的三個環(huán)節(jié)中，需要采用三大關鍵技術解決三個行業(yè)難題。
關鍵技術一：礦鴻操作系統(tǒng)，統(tǒng)一數(shù)據標準，實現(xiàn)礦山設備說普通話
當前，礦山智能化建設過程中存在一系列的挑戰(zhàn)，整個行業(yè)標準還需要進一步推進和深入，企業(yè)各個系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通難度大、成本高。數(shù)據共享和數(shù)據流轉不暢，各類煙囪式的系統(tǒng)林立導致數(shù)據孤島問題比較突出，各種生產設備接口不統(tǒng)一，嚴重影響了數(shù)據價值的釋放。
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)同感知技術將從數(shù)據源頭確保數(shù)據標準一致，并實現(xiàn)多系統(tǒng)之間的協(xié)同。在工業(yè)互聯(lián)網架構下，通過構建統(tǒng)一的物聯(lián)網操作系統(tǒng)，既可以替代當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)一的接入標準和規(guī)范。
以一臺采煤機為例，它有3套操作系統(tǒng)、3種通信協(xié)議、161種芯片，設備互通互操作非常困難，數(shù)據也很難打通。通過礦鴻，確保了設備間數(shù)據協(xié)議和格式一致性、簡化互通互聯(lián)操作、實現(xiàn)智能協(xié)作。向下使能傳感器、裝備和人員，以預置和后裝的方式改造新舊終端設備，從而實現(xiàn)礦山設備超級互聯(lián)，以及設備間的同步和協(xié)作；向上通過5G、F5G、Wi-Fi6技術構建可靠、高效的礦山綜合承載網，將數(shù)據傳輸至云平臺，并支持跨系統(tǒng)的數(shù)據互通，使能系統(tǒng)智能化開發(fā)和應用批量化復制，為智能礦山打下堅實的數(shù)字底座。
目前，礦鴻已得到諸多行業(yè)客戶、伙伴的認可。自去年9月14日，國家能源集團與華為共同發(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)建設中。
關鍵技術二：數(shù)據入湖和數(shù)字平臺，打通數(shù)據，提高應用開發(fā)效率
2020年4月，《中共中央國務院關于構建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》首次明確數(shù)據成為繼土地、勞動力、資本、技術之外的第五大生產要素。數(shù)字經濟時代，數(shù)據成為核心生產資料，算力成為生產力，工業(yè)互聯(lián)網組織了新的生產關系，同時大數(shù)據和AI成為最重要的生產工具。
數(shù)字化轉型不僅僅是將技術簡單運用到生產關系和生產力中，更應該在轉型過程中不斷積累和形成數(shù)字資產，圍繞數(shù)字資產構建數(shù)字世界的競爭力，為企業(yè)不斷創(chuàng)造價值。對安裝了礦鴻操作系統(tǒng)的設備，礦鴻統(tǒng)一了設備之間的通信協(xié)議，讓所有礦山生產設備按統(tǒng)一格式、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一標準進行數(shù)據傳輸，從數(shù)據源頭確保了數(shù)據清潔。但對現(xiàn)網海量非礦鴻類裝備數(shù)據，我們可以基于集團云、邊緣云兩級架構，通過華為云ROMA（數(shù)據集成計算服務）將數(shù)據集成到數(shù)字平臺，借助DGC（數(shù)據治理服務）進行數(shù)據治理和過濾，使其與管理體系融合，以此支撐礦企日常經營管理的高效運轉及運營的全面管控。數(shù)據入湖、數(shù)據集成和治理的本質，就是數(shù)字資產的整理和沉淀，讓數(shù)據如同一池活水，以提供全面的數(shù)據分析視圖、提升業(yè)務敏捷性，讓企業(yè)使用更加高效、便利。
自2021年2月以來，陜煤集團紅柳林公司與華為共同依托礦山工業(yè)互聯(lián)網架構展開頂層設計，聯(lián)合生態(tài)伙伴對礦井生產系統(tǒng)展開智能化升級。紅柳林的智能化建設進程中始終強調：“讓數(shù)據成為核心的生產要素，確保數(shù)據上得來，用得起來，讓數(shù)據服務生產經營的分析和決策”。當前，每天1.7億條數(shù)據，40+個系統(tǒng)數(shù)據入湖，接入2960+個設備，沉淀100+設備模型。
紅柳林的生產系統(tǒng)數(shù)據全面入湖后，有效解決了過去數(shù)據不統(tǒng)一、系統(tǒng)無法互通、應用開發(fā)難的問題，實現(xiàn)數(shù)字化資產的統(tǒng)一管理與可視化運營。當前，紅柳林已先后完成智能地質保障系統(tǒng)、智慧園區(qū)與經營管理系統(tǒng)等13大項24個系統(tǒng)的項目設計和評審，多個系統(tǒng)已經上線運行。生產運營和園區(qū)管理從傳統(tǒng)的被動化、手工化轉變?yōu)榻y(tǒng)一、自動、高效的新模式，新應用開發(fā)時間與人員工作量減少約50%，極大地提高了應用開發(fā)效率。
關鍵技術三：盤古礦山大模型助力數(shù)據盤活，實現(xiàn)人工智能應用工業(yè)化開發(fā)
隨著人工智能技術（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。礦井生產現(xiàn)場實時和非實時的海量數(shù)據入湖后，理想的情況是：通過大而全的數(shù)據模型庫、多次調優(yōu)后的算法庫，可進行場景化應用的批量定制化開發(fā)，最終構建出完整的、多系統(tǒng)、多產業(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)督下自動運行的煤礦智能信息化體系，從而實現(xiàn)生產現(xiàn)場的少人、無人化。
但是，當前礦山行業(yè)的AI開發(fā)模式，普遍基于傳統(tǒng)“手工作坊式”的小模型，針對不同場景的AI應用都是重復性的定制化開發(fā)，換個應用場景不一定適配，模型需要重新開發(fā)，遠遠達不到批量開發(fā)的設想。當前的開發(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AI專家少、薪酬高、難聘請；
3. 開發(fā)效率低、時間長：模型泛化性差，無法批量應用，數(shù)據處理、模型選擇、模型訓練、模型微調與優(yōu)化，都需要投入大量的人力和時間，根據不同場景從0開始定制化，開發(fā)周期一般長達數(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)，是實現(xiàn)煤礦行業(yè)AI廣泛應用的核心需求。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、科學計算大模型等。盤古大模型將海量的數(shù)據進行高效的知識抽取，找出數(shù)據間共性，在此基礎上訓練出超大網絡參數(shù)的預訓練模型，通過微調形式快速適配多種場景。相對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，同時盤古大模型具備更佳的性能。
2021年7月，世界人工智能大會(WAIC)在上海舉辦，開幕式上發(fā)布了2021卓越人工智能引領者獎（Super AI Leader，簡稱SAIL獎）評選結果，華為云盤古大模型項目憑借突破性的技術，實現(xiàn)了AI模型的通用性、泛化性和可復制性，開創(chuàng)了AI工業(yè)化開發(fā)新模式，獲得“SAIL之星”獎。
2021年10月19日，晉能控股集團的智能礦山科研創(chuàng)新人工智能計算中心，在華為煤礦軍團的加持下正式上線運行。煤礦軍團經過大量的調研和客戶需求分析，在晉控人工智能計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)據學習訓練，形成盤古礦山大模型解決方案。目前選擇井下主運皮帶、掘進作業(yè)兩個典型價值場景，并以晉控下屬煤礦的實際視頻和數(shù)據為數(shù)據源進行基于大模型的算法訓練，形成場景化的推理模型，經過幾個月的實測，效果顯著， 比如在主運皮帶異常監(jiān)測場景中，該推理模型實現(xiàn)識別準確率超過95%；在掘進作業(yè)動作規(guī)范性的識別準確率平均超過93%、非動作類的識別準確率超過95%?；诖竽Ｐ偷淖訄鼍癆I應用開發(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。
盤古大模型的本質是讓人工智能開發(fā)標準化、可復制，批量化生產?？梢灶A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用，最終實現(xiàn)礦山生產少人、無人、高效的目標。
對未來的展望：打造以人工智能為核心的礦山工業(yè)互聯(lián)網體系，迎接智能時代的到來，極大的釋放生產力
智能礦山建設本質是工業(yè)體系架構的變革。唯有建設統(tǒng)一標準、統(tǒng)一的架構和統(tǒng)一的數(shù)據格式的礦山工業(yè)互聯(lián)網，才能實現(xiàn)整個礦山生產系統(tǒng)的智能化。
依照業(yè)務需求有序地將應用系統(tǒng)和數(shù)據遷移到新建的工業(yè)互聯(lián)網架構，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)網架構升級的有效路徑。礦山的新應用采用云原生技術構建，使用微服務架構和零代碼、低代碼的DevOps敏捷開發(fā)模式。當老應用系統(tǒng)全部切換到新架構后，最終實現(xiàn)智能礦山工業(yè)互聯(lián)網目標架構。
未來智能社會，數(shù)據成為最核心的生產資料，能否高效、快速的解析數(shù)據并應用于實際生產過程，是提升生產力的關鍵。礦山工業(yè)互聯(lián)網體系采用分層解耦的架構，其中，云和數(shù)字平臺的核心能力是通過數(shù)據入湖和人工智能技術，支撐應用開發(fā)從傳統(tǒng)單個系統(tǒng)需12個月的開發(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、危險的活，極大地釋放生產力。因此，礦山工業(yè)互聯(lián)網架構的建設需要有能力、有擔當?shù)男畔⒓夹g企業(yè)和礦山生產企業(yè)、標準組織、行管部門、研究機構緊密合作，共同開展頂層設計，推動信息基礎設施、應用創(chuàng)新和技術突破的齊頭并進，共同打造以人工智能為核心的礦山工業(yè)互聯(lián)網體系，實現(xiàn)礦山領域萬物互聯(lián)、數(shù)據共享、智能決策。
道阻且長，行則將至。在智能化礦山工業(yè)互聯(lián)網架構基礎上，通過科學規(guī)劃、有的放矢、務實推進，礦山行業(yè)將攜手擁抱智能時代的到來，實現(xiàn)數(shù)字經濟對實體經濟的賦能和礦山行業(yè)高質量發(fā)展。
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