构筑工业互联网道阻且长，高质量智能矿山行则将至
华为公司煤矿军团副总裁 郭振兴
2010年以来，我国数字经济快速发展，消费互联网兴起并改变了人们的生活，催生出基于云平台的移动支付、互联社交、在线一网通办等多种便民服务。消费互联网的成功，离不开全球通信网络的标准统一、完整的产业链和成熟的平台生态。
相比消费互联网，工业互联网的数据来源更加复杂、对网络性能和可靠性要求更高、标准和数据格式不统一、数据应用和生产过程及企业流程紧密相关。在矿山行业，生产领域的全面智能化建设涉及多个部门、多个学科，要想打破界限、下好“一盘棋”，绝非易事。我们可以借鉴IT领域的DevOps敏捷开发和运营的方式，通过持续迭代，不断集成新业务到统一的数字平台上，以矿山工业互联网的统一架构来应对未来的业务需求。正确的架构决定了正确的发展建设之路，避免盲目和重复投资，实现智能矿山的健康发展。
矿山工业互联网的五层架构：智能矿山的本质是工业互联网
如上图所示，矿鸿物联平台：装备智能化，万物互联，让设备会说话；统一操作系统，统一数据标准，设备说普通话。矿山工业网络是“高速公路”，矿山5G、融合IP工业网、F5G全光工业网等方案适配矿山井下需求。本安的万兆路由器和Wi-Fi6、本安的F5G无源全光网等不再依赖笨重的隔爆箱，部署简单和网络简化。统一的云和数字平台实现IT/CT/OT数据统一入湖，通过矿山的数据治理和人工智能平台，打通数据，消除信息孤岛，缩短应用开发周期。华为坚持聚焦ICT基础设施，采用“Huawei inside”“Huawei enable”的双轮驱动，充分发挥矿鸿物联平台和数字平台的能力，向下赋能矿山各类装备，向上使能应用开发伙伴。
矿山工业互联网是面向矿山数字化、网络化、智能化需求，通过构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，最终支撑矿山生产资源的泛在连接、弹性供给和高效配置。工业互联网的核心是数据和模型，并在此基础上，依托工业App对数据和模型的调用，完成最终的智能化决策和系统间的智能联动。矿山工业互联网架构中，从数据的采集、汇聚到价值挖掘的三个环节中，需要采用三大关键技术解决三个行业难题。
关键技术一：矿鸿操作系统，统一数据标准，实现矿山设备说普通话
当前，矿山智能化建设过程中存在一系列的挑战，整个行业标准还需要进一步推进和深入，企业各个系统之间的互联互通难度大、成本高。数据共享和数据流转不畅，各类烟囱式的系统林立导致数据孤岛问题比较突出，各种生产设备接口不统一，严重影响了数据价值的释放。
矿鸿操作系统正是为矿山万物互联而生。矿鸿物联协同感知技术将从数据源头确保数据标准一致，并实现多系统之间的协同。在工业互联网架构下，通过构建统一的物联网操作系统，既可以替代当前七国八制的操作系统，也可以为各种矿山装备和海量传感器提供统一的接入标准和规范。
以一台采煤机为例，它有3套操作系统、3种通信协议、161种芯片，设备互通互操作非常困难，数据也很难打通。通过矿鸿，确保了设备间数据协议和格式一致性、简化互通互联操作、实现智能协作。向下使能传感器、装备和人员，以预置和后装的方式改造新旧终端设备，从而实现矿山设备超级互联，以及设备间的同步和协作；向上通过5G、F5G、Wi-Fi6技术构建可靠、高效的矿山综合承载网，将数据传输至云平台，并支持跨系统的数据互通，使能系统智能化开发和应用批量化复制，为智能矿山打下坚实的数字底座。
目前，矿鸿已得到诸多行业客户、伙伴的认可。自去年9月14日，国家能源集团与华为共同发布矿鸿操作系统以来，众多矿企和行业伙伴已踊跃地参与到矿鸿操作系统生态建设中。
关键技术二：数据入湖和数字平台，打通数据，提高应用开发效率
2020年4月，《中共中央国务院关于构建更加完善的要素市场化配置体制机制的意见》首次明确数据成为继土地、劳动力、资本、技术之外的第五大生产要素。数字经济时代，数据成为核心生产资料，算力成为生产力，工业互联网组织了新的生产关系，同时大数据和AI成为最重要的生产工具。
数字化转型不仅仅是将技术简单运用到生产关系和生产力中，更应该在转型过程中不断积累和形成数字资产，围绕数字资产构建数字世界的竞争力，为企业不断创造价值。对安装了矿鸿操作系统的设备，矿鸿统一了设备之间的通信协议，让所有矿山生产设备按统一格式、统一接口、统一标准进行数据传输，从数据源头确保了数据清洁。但对现网海量非矿鸿类装备数据，我们可以基于集团云、边缘云两级架构，通过华为云ROMA（数据集成计算服务）将数据集成到数字平台，借助DGC（数据治理服务）进行数据治理和过滤，使其与管理体系融合，以此支撑矿企日常经营管理的高效运转及运营的全面管控。数据入湖、数据集成和治理的本质，就是数字资产的整理和沉淀，让数据如同一池活水，以提供全面的数据分析视图、提升业务敏捷性，让企业使用更加高效、便利。
自2021年2月以来，陕煤集团红柳林公司与华为共同依托矿山工业互联网架构展开顶层设计，联合生态伙伴对矿井生产系统展开智能化升级。红柳林的智能化建设进程中始终强调：“让数据成为核心的生产要素，确保数据上得来，用得起来，让数据服务生产经营的分析和决策”。当前，每天1.7亿条数据，40+个系统数据入湖，接入2960+个设备，沉淀100+设备模型。
红柳林的生产系统数据全面入湖后，有效解决了过去数据不统一、系统无法互通、应用开发难的问题，实现数字化资产的统一管理与可视化运营。当前，红柳林已先后完成智能地质保障系统、智慧园区与经营管理系统等13大项24个系统的项目设计和评审，多个系统已经上线运行。生产运营和园区管理从传统的被动化、手工化转变为统一、自动、高效的新模式，新应用开发时间与人员工作量减少约50%，极大地提高了应用开发效率。
关键技术三：盘古矿山大模型助力数据盘活，实现人工智能应用工业化开发
随着人工智能技术（AI）发展迎来又一次浪潮，传统矿山企业、制造业也开始引入这一技术。矿井生产现场实时和非实时的海量数据入湖后，理想的情况是：通过大而全的数据模型库、多次调优后的算法库，可进行场景化应用的批量定制化开发，最终构建出完整的、多系统、多产业链集成的矿山智能化系统，建成智能感知、智能连接、智能决策、在监督下自动运行的煤矿智能信息化体系，从而实现生产现场的少人、无人化。
但是，当前矿山行业的AI开发模式，普遍基于传统“手工作坊式”的小模型，针对不同场景的AI应用都是重复性的定制化开发，换个应用场景不一定适配，模型需要重新开发，远远达不到批量开发的设想。当前的开发模式主要存在以下问题：
1.方案碎片化：多家矿企的供应商分别定制开发，投入成本高，方案互通性差；
2.开发门槛高：需要AI专业人员持续支持，业内AI专家少、薪酬高、难聘请；
3.开发效率低、时间长：模型泛化性差，无法批量应用，数据处理、模型选择、模型训练、模型微调与优化，都需要投入大量的人力和时间，根据不同场景从0开始定制化，开发周期一般长达数月。
为解决以上问题，建立一套通用、易用的人工智能开发系统，是实现煤矿行业AI广泛应用的核心需求。华为于2021年4月正式发布盘古系列大模型，包括NLP（中文语言）大模型、CV（视觉）大模型、多模态大模型、科学计算大模型等。盘古大模型将海量的数据进行高效的知识抽取，找出数据间共性，在此基础上训练出超大网络参数的预训练模型，通过微调形式快速适配多种场景。相对于以前的作坊式开发，AI工业化开发效率可以提升10倍以上，同时盘古大模型具备更佳的性能。
2021年7月，世界人工智能大会(WAIC)在上海举办，开幕式上发布了2021卓越人工智能引领者奖（Super AI Leader，简称SAIL奖）评选结果，华为云盘古大模型项目凭借突破性的技术，实现了AI模型的通用性、泛化性和可复制性，开创了AI工业化开发新模式，获得“SAIL之星”奖。
2021年10月19日，晋能控股集团的智能矿山科研创新人工智能计算中心，在华为煤矿军团的加持下正式上线运行。煤矿军团经过大量的调研和客户需求分析，在晋控人工智能计算中心引入了盘古大模型，并且基于矿山行业的大量数据学习训练，形成盘古矿山大模型解决方案。目前选择井下主运皮带、掘进作业两个典型价值场景，并以晋控下属煤矿的实际视频和数据为数据源进行基于大模型的算法训练，形成场景化的推理模型，经过几个月的实测，效果显著，比如在主运皮带异常监测场景中，该推理模型实现识别准确率超过95%；在掘进作业动作规范性的识别准确率平均超过93%、非动作类的识别准确率超过95%。基于大模型的子场景AI应用开发周期从传统方式的以月为单位，缩短到以天数为单位。
盘古大模型的本质是让人工智能开发标准化、可复制，批量化生产。可以预见，即将发布的盘古矿山大模型必能极大地改变矿山行业，开发出更多的场景化人工智能应用，最终实现矿山生产少人、无人、高效的目标。
对未来的展望：打造以人工智能为核心的矿山工业互联网体系，迎接智能时代的到来，极大的释放生产力
智能矿山建设本质是工业体系架构的变革。唯有建设统一标准、统一的架构和统一的数据格式的矿山工业互联网，才能实现整个矿山生产系统的智能化。
依照业务需求有序地将应用系统和数据迁移到新建的工业互联网架构，投资“新城区”，逐步改造“老城区”，探索出一条智能化矿山工业互联网架构升级的有效路径。矿山的新应用采用云原生技术构建，使用微服务架构和零代码、低代码的DevOps敏捷开发模式。当老应用系统全部切换到新架构后，最终实现智能矿山工业互联网目标架构。
未来智能社会，数据成为最核心的生产资料，能否高效、快速的解析数据并应用于实际生产过程，是提升生产力的关键。矿山工业互联网体系采用分层解耦的架构，其中，云和数字平台的核心能力是通过数据入湖和人工智能技术，支撑应用开发从传统单个系统需12个月的开发周期到按周迭代的跃迁，极大提升开发效率。人工智能的工业化开发，让人工智能成为智能矿山的必需品，逐步替代人干脏活、累活、危险的活，极大地释放生产力。因此，矿山工业互联网架构的建设需要有能力、有担当的信息技术企业和矿山生产企业、标准组织、行管部门、研究机构紧密合作，共同开展顶层设计，推动信息基础设施、应用创新和技术突破的齐头并进，共同打造以人工智能为核心的矿山工业互联网体系，实现矿山领域万物互联、数据共享、智能决策。
道阻且长，行则将至。在智能化矿山工业互联网架构基础上，通过科学规划、有的放矢、务实推进，矿山行业将携手拥抱智能时代的到来，实现数字经济对实体经济的赋能和矿山行业高质量发展。
