國內智慧礦山標準可轉化為國際標準的選擇策略研究
——以露天煤礦為例

汪義龍，李義朝，石芬芬，丁日佳

(1.華能煤炭技術研究有限公司，北京市豐臺區，100070;.華能煤業有限公司，北京市豐臺區，100070；3.中國礦業大學(北京)管理學院，北京市海淀區，100083)

作為向國際社會傳播先進實用的生產方式以及消除國際貿易技術壁壘的重要手段，國際標準已引起世界各國的廣泛重視。2019年，習近平總書記致第83屆IEC大會賀信中指出：“中國高度重視標準化工作，積極推廣應用國際標準，以高標準助力高技術創新，促進高水平開放，引領高質量發展”。近年來隨著智能化技術與裝備加快迭代升級，新基建加快推進新一代信息技術與礦業開發技術深度融合，智慧礦山建設已經成為礦山企業實現高質量發展的必由之路。將智慧礦山研究與國際標準研制相結合，可以有效促進智慧礦山技術的推廣應用，并提高我國的國際競爭力；而如何在短期內選擇一部分重點領域，取得相關國際標準的制定權或修改權，是值得我們探討的問題。基于此，本文提出了國內智慧礦山標準可轉化為國際標準的選擇策略，并以露天煤礦標準為案例驗證了該策略，以期更好地為智慧礦山國際標準研制、修訂工作提供決策依據。

1 國內外智慧礦山標準發展現狀

當前，隨著經濟社會的不斷發展，采礦國際標準化方向發生了巨大變化，礦業市場發展對標準化的對象提出了新要求，如對復雜機器的安全問題、可持續發展的相關環境問題以及自動化的采礦機器問題等均需要標準化[1]。長期以來，我國采礦國際標準化程度較低，無論是在礦山機械、礦山安全，還是礦山環境、采礦自動化領域都尚未主導制定國際標準[2]。國際上與礦業相關的技術委員會有固體燃料委員會(ISO/TC 27)和采礦技術委員會(ISO/TC 82)。截至目前，固體燃料委員會已出版發布99項國際標準，正在制定中的標準有18項，涉及的主要領域有選煤方面的術語，煤質分析中采樣和化驗方法等。采礦技術委員會目前已出版發布53項國際標準，涉及安全生產要求、礦井結構、采礦事故分類等。國內煤炭行業標準包括國家標準、行業標準以及少數的地方標準，部分煤炭企業也會制定自己的標準[3]。現行煤炭國家標準不足100項[4]，煤炭行業標準超過1 400項。

智慧礦山的建設是確保煤炭工業安全、高效、經濟、綠色發展的必然選擇[5]，這與當前國際標準化追求的目標非常吻合。目前智慧礦山標準正處于初步完善階段，相關的國際標準僅有正在研制中的《自主運輸的FMS接口》(ISO/AWI 23725)以及一些關于信息化技術方面的標準(ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等)。國內發布的智慧礦山標準主要有《智慧礦山信息系統通用技術規范》《煤炭工業智能化礦井設計標準》《礦井感應通信系統通用技術條件》《智慧礦山建設規范》《智能煤礦建設規范》《數字煤礦數據字典》等規范標準。2021年7月，中國煤炭學會發布了49項煤礦智能化立項標準。2021年10月，中國煤炭工業協會發布了2022年煤炭行業團體標準制定計劃，共推進了59項團體標準的制定。2021年10月，中國煤炭工業協會發布了2022年煤炭行業團體標準制定計劃，共推進了59項團體標準的制定。

由上述分析可知，目前智慧礦山國際標準數量較少且主要側重于信息技術領域標準的研制。現階段，我國煤炭行業相關部門已經開始逐步立項并發布與智慧礦山相關的標準，同時，我國煤炭、金屬、非金屬、有色金屬等不同領域的礦業企業研發了一系列采選、礦山環境修復、自動化/智能化等新技術新方法[6-9]，為礦山國際標準研制積累了寶貴經驗。因此，我國應抓住這一契機，積極參加國際標準化活動，向國際標準化組織(ISO)提交標準建議，輸出中國優秀實踐，增強我國礦山企業的國際競爭力。

2 國內智慧礦山標準可轉化為國際標準的選擇策略研究

國內智慧礦山標準可轉化為國際標準選擇策略為：領域界定(D)-初步排除(P)-領域評價(E)-結果處理(H)，即DPEH選擇方法。領域界定的主要作用是構建智慧礦山標準體系框架，初步確定研究領域；初步排除的主要作用是通過問卷調查，排除明顯不能體現智慧化以及形成標準的指標；領域評價主要作用是構建智慧礦山國際標準潛力轉化評價指標體系，利用模糊綜合評價方法對重點領域進行打分；結果處理主要作用是根據領域評價結果，選擇重點研究方向。國內智慧礦山標準可轉化為國際標準選擇策略流程如圖1所示。

圖1 國內智慧礦山標準可轉化為國際標準選擇策略流程

2.1 領域確定

智慧礦山標準化所涉及的標準集合是一個復雜的多形態的標準體系，既有層次結構，也有關系結構。本文采用過程法和分類法相結合的方法，對依存主體的系統有序研究，并結合統一建模語言UML對相同屬性、約束和關系的一組對象進行概述[10-11]，研究標準之間的相互關系，最終形成智慧礦山標準體系框架。具體步驟為：分析智慧礦山標準依存主體→構建智慧礦山標準靜態結構模型→分析智慧礦山標準研究領域→確定智慧礦山標準體系層級結構→構建智慧礦山標準體系框架。

2.2 初步排除

結合智慧礦山標準體系框架給出的初步研究領域，選取10位以上專家進行打分，對非重點領域進行排除，初步確定重點研究領域。首先進行專家評議，將智慧礦山研究領域及指標賦值為(0，100)區間，由專家進行打分；其次進行結果分析，去除得分60分以下領域及指標，最終得出重點研究領域。

2.3 領域評價

(1)確定因素集。本文借鑒國際標準重點領域選擇實踐經驗，遵循目的性、科學實用性和開放性原則，經過專家多次討論，從智慧礦山標準化領域內技術成果的界定、技術成果轉化的實力、國際標準研制能力、技術成果轉化后的經濟效益和社會(國家)效益5個方面入手，設計了國內智慧礦山標準可轉化為國際標準的潛力評價指標體系，該指標體系包含成果界定、轉化實力、國際標準研制能力、經濟效益、社會(國家)效益5個一級指標、11個二級指標、22個三級指標，具體見表1。

(2)確定評語集。從專家打分的角度將評價等級分為優、良、中、差4個等級，將評語集表示為V=(優，良，中，差)。

(3)確定單因素評價矩陣。通過問卷調查，采用模糊隸屬度賦值法對定性指標進行評價，由專家組按照指標體系對評價對象的每一個指標進行相應等級的評價，則隸屬度Rij=判斷某指標屬于相應等級專家個數/專家總數，此評價值是介于0和1之間的數值。

(4)確定指標權重。結合已有的研究結論[12-13]，并通過問卷調查的方式，利用層次分析法確定出各指標權重(見表1)，其中一級指標權重設為ai，二級指標權重設為aij，三級指標權重設為aijk(i=1，2，…n；j=1，2，…n；k=1，2，…n)。

表1 國內智慧礦山標準可轉化為國際標準的指標體系

(5)進行綜合評價。首先，對準則層中的成果界定作一級模糊綜合評價。成果界定包含轉化可行性和推廣必要性2個要素指標，設為uij(i=1,j=1,2)。當j=1時，對轉化可行性u11進行一級模糊評價。其中u11的因素重要程度子集為A11=a111，u11中因素的模糊評價矩陣為R11=[r111,r112,r113,r114]，因此，對轉化可行性綜合評價為：B11=A11×R11=[b111,b112,b113,b114]。根據隸屬度最大原則，B11中最大的數對應于哪一等級，說明專家組對該智慧礦山重點領域在“轉化可行性”上的評價為哪一等級。同理得到當j=2時，對推廣必要性u12進行一級模糊綜合評價：B12=A12×R12=[b121,b122,b123,b124]。

2.4 結果處理

根據各領域評價的結果，按綜合評價的分值大小進行排序，確定出智慧礦山國際標準的重點研究方向。

3 案例分析

目前，我國智慧露天煤礦的建設標準還不是很完善，國際上與露天煤礦智慧化標準相關性較強標準有《采礦和土方機械——自動和半自動機械系統安全》(ISO 17757)以及《公路自動駕駛系統相關術語的分類法和定義》(SAE J3016)等相關標準，國內針對智慧露天煤礦標準主要有《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸交換控制技術要求》《智慧露天煤礦建設指南》《煤炭工業露天礦節能設計規范》等標準以及中國煤炭工業協會發布的團體標準技術中的《露天礦無人駕駛運輸系統技術規范第1部分：總則》《露天礦無人駕駛運輸系統技術規范第2部分：無人駕駛礦車技術要求》《露天礦無人駕駛運輸系統技術規范第3部分：無人駕駛道路技術要求》等16項智慧露天煤礦標準。由此可見，智慧露天煤礦中的自動化、無人駕駛、信息技術等方面已經得到國內外的重點關注，下面以露天煤礦標準為例，驗證智慧礦山標準化領域可轉化為國際標準方法的可行性。

3.1 露天煤礦標準研究領域初步界定

3.1.1 露天煤礦標準靜態結構模型

基于過程法，將露天煤礦標準劃分為基礎標準、檢測評價系統標準、信息支撐系統標準、生產輔助系統標準、穿爆系統標準、采裝系統標準、運輸系統標準、排土系統標準、地面生產系統標準、綜合管理系統標準等，是確定智慧露天煤礦標準系統的依存主體。根據露天煤礦標準系統組成結構分析與其依存主體系統組成結構分析，構造出基本的靜態結構模型如圖2所示。

圖2 露天煤礦標準靜態結構模型

3.1.2 露天煤礦標準化領域分析

露天煤礦標準化領域分析要經歷抽取常用詞匯、明確初步類圖、對類分組、形成組合或聚合4個步驟。

(1)抽取常用詞匯。關于依存主體的結構和行為以及行為結果，通過對依存主體的分析和描述，可以找到并抽取出大量相關的名詞和動詞。

(2)明確初步類圖。大量的詞匯要經過篩選、轉換、更高一級的抽象，才有可能成為智慧礦山標準系統中的類。

(3)對類分組。對于建立了初步類圖的所有無序的類，需要進行類的分組，也就是將所有無序的類歸入幾個高一級的抽象類組。

(4)形成組合或聚合。對于系統靜態結構，在對類分組后，需要建立類和類之間的關聯，形成聚集和組合關系。

3.1.3 露天煤礦標準體系框架

結合圖2 以及對露天煤礦標準領域分析，可得出露天煤礦標準體系框架，其中第一層由基礎標準、支持標準組成。第二層由基礎支撐系統標準、生產輔助系統標準、穿爆系統標準、采裝系統標準、運輸系統標準、排土系統標準、地面生產系統標準、綜合管理系統標準8個專業組成，每一類標準都依賴于基礎標準和支持標準。第三層主要由20個專業門類標準構成，結果如圖3所示。

圖3 智慧露天煤礦標準體系框架

3.2 確定露天煤礦標準重點研究領域

根據構建的標準體系框架，通過初步排除以及專家訪談等方法，進一步凝練出露天煤礦國際標準重點研究領域，見表2。

表2 露天煤礦國際標準重點研究領域

3.3 露天煤礦標準研究領域綜合評價

根據已有文獻的研究[14-18]，專家選取的人數一般為10位以上，本文選取了13位有關專家進行綜合評價，并以“基礎支撐系統標準”所對應的“信息通訊標準”領域為例進行說明，其中“信息通訊標準”的細分領域包含礦井工業以太網、煤礦無線網絡、通信系統、5G通信網絡、信息安全等研究內容，專家根據經驗以及有關資料對“信息通訊標準”領域進行等級評價，并按照隸屬度計算公式進行計算，結果見表3。

表3 信息通訊標準指標隸屬度

續表3

根據領域評價步驟對“信息通訊標準”領域進行綜合評價，計算得出,B=A×R=[0.243,0.535,0.181,0.041]，其中B中最大的數為0.535，對應于“良”，說明專家組對該領域的綜合評價為“良”，量化后可得出Z=B×Q=[0.243,0.535,0.181,0.041]×(95,85,75,65)T=84.843。由此可知，“信息通訊標準”領域的總評分為84.843分。同理，對其他15個領域進行計算，結果見表4。

表4 重點研究領域得分

3.4 露天煤礦國際標準研制方向分析

根據表4的重點研究領域綜合得分結果進行排序，結果如圖4所示。

圖4 智慧露天煤礦標準重點研制領域綜合得分情況

由圖4可以看出，排名前3的領域有綠色管理標準(86.199分)、無人駕駛標準(85.921分)、信息通訊標準(84.843分)，針對這3個重點標準領域的細分領域進行分析，結果如圖5、圖6和圖7所示，其他細分領域的分析方法類似。

圖5 綠色管理標準細分領域

圖6 無人駕駛標準細分領域

圖7 信息通訊標準細分領域

由圖5可以看出，綠色管理標準的細分領域包含粉塵智慧化管控、疏干水再利用、生態治理等方面，其中69.23%的專家認為粉塵智慧化管控最有可能成為國際標準，目前國際上針對粉塵的管理和測定成立過工作組(ISO/TC27/SC1/WG13)并發布過相應的國際標準《選煤-煤塵/粉關系的測定》(ISO 20905:2004)，在一定程度上說明國際上對粉塵的管理較為重視，而露天煤礦綠色管理應實現礦山粉塵、有毒有害物質的全方位在線監測和綜合治理，因此可以重點選擇粉塵智慧化管控標準制定為國際標準。

由圖6可以看出，無人駕駛標準的細分領域包含無人駕駛系統、精確定位技術、跟馳避障建模、車輛控制決策等方面，其中78.57%的專家認為無人駕駛系統最有可能成為國際標準。目前國際上針對無人駕駛技術的標準側重于公路上和飛機上的應用研究，與之相關性較強的國際標準有《土方機械和采礦——自動和半自動機械系統安全》(ISO 17757)，且在國內，中國煤炭工業協會發布了多項關于無人駕駛的團體標準制定計劃，例如《露天礦無人駕駛運輸系統技術規范第1部分：總則》《露天礦無人駕駛運輸系統技術規范第2部分：無人駕駛礦車技術要求》等，因此可以重點選擇無人駕駛相關標準制定為國際標準。

由圖7可以看出，信息通訊標準的細分領域包含礦井工業以太網、煤礦無線網絡、通信系統、5G通信網絡、信息安全等方面，其中76.92%的專家認為5G通訊網絡最有可能成為國際標準。對露天煤礦而言，5G網絡可解決網絡傳輸信息延時大、丟包多、成本高等問題，讓礦山的遠程操作、無人駕駛、無人機巡檢視頻傳輸實現真正的實時傳輸，更好地實現露天煤礦建設和開采目標。目前國內發布立項了相應的團體標準，例如《F5G網絡功能技術要求》《煤礦5G通信網絡設備接入通用技術條件》等，且國外也發布過信息技術標準，如ISO/IEC 11179:2015、ISO/IEC 20944-4:2013、ISO/IEC 19773:2011、ISO/IEC 19773:2011等，因此可以重點選擇5G通訊網絡制定為國際標準。

4 結語

國內智慧礦山標準可轉化為國際標準選擇策略能夠有效識別目前智慧礦山標準領域可轉為國際標準的可能性。根據分析結果可知，該選擇策略識別出的三大領域都具有一定的標準研制基礎，且有國際標準制定的需求。同時，該選擇策略具有易操作性，將定性指標進行定量化處理，能夠直觀反映出目前智慧礦山標準制定的重點領域。

此外，煤炭領域國際標準研制在當前和今后一段時期有較大的國際市場需求，發展前景廣闊。國內智慧礦山標準可轉化為國際標準選擇策略的研究一是有利于煤炭企業從宏觀層面直觀地了解企業智慧礦山領域標準的構成現狀(已有的、空缺的、未來應發展的)和更好地考慮國際標準研制、修訂工作提供決策依據；二是有利于實現我國在煤礦領域國際標準的參與和突破，逐步形成懂標準、用標準的良好氛圍，聚集一批有國際標準化工作實際經驗的專家，為以后大量參與研制國際標準工作創造好的基礎條件；三是有利于促進煤炭產業先進技術研發與標準研制相互融合與推廣，通過技術標準加速技術創新和產品市場化進程，提高我國煤炭產業的國際競爭力。