礦業(yè)系統(tǒng)工程

論礦業(yè)系統(tǒng)工程一、 礦業(yè)系統(tǒng)工程及其發(fā)展礦業(yè)是開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源的產(chǎn)業(yè)部門(mén)總稱(chēng)。礦業(yè)系統(tǒng)工程則是應(yīng)用系統(tǒng)方法分析、設(shè)計(jì)和控制礦業(yè)系統(tǒng)的工程技術(shù)。系統(tǒng)方法的主要特征在于其考察系統(tǒng)因其要素、環(huán)境間的相互作用而產(chǎn)生的整體性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能對(duì)環(huán)境變化的自適應(yīng)性與自組織性、系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間的變動(dòng)性即動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)行為的不確知性含隨機(jī)性與模糊性、系統(tǒng)目標(biāo)的多重性以及系統(tǒng)方法的定性定量綜合性和結(jié)構(gòu)功能綜合性。運(yùn)籌學(xué)、信息論、控制論、模糊系統(tǒng)理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論、大系統(tǒng)理論、灰色系統(tǒng)理論、分形系統(tǒng)理論、人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，為礦業(yè)系統(tǒng)工程提供了越來(lái)越多的、有效的系統(tǒng)方法與手段。由于人們研究的目的不同，礦業(yè)系統(tǒng)可以從采礦工程系統(tǒng)、礦山管理系統(tǒng)和礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等三個(gè)方面來(lái)考察。所以“礦業(yè)系統(tǒng)工程”較“采礦系統(tǒng)工程”、“礦山系統(tǒng)工程”或者“計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用”等術(shù)語(yǔ)，具有更廣泛、深邃的內(nèi)涵。這是因?yàn)椋傻V一般系指采礦工程，是礦業(yè)系統(tǒng)的一個(gè)方面；礦山一般系指礦山企業(yè)，是礦業(yè)系統(tǒng)的一個(gè)部分計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)僅僅是諸多系統(tǒng)方法與手段之一。當(dāng)然，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究源于計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用。這種發(fā)展可以追朔到本世紀(jì)50年代初的運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用研究迅猛發(fā)展時(shí)期。1951年，D.Hicks發(fā)表了題為《煤炭工業(yè)中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，探討了運(yùn)籌學(xué)方法在英國(guó)煤炭工業(yè)中的應(yīng)用，特別是在巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用。1955年，J.W.Dunlap和H.H.Jacobs提出了一個(gè)某磷鹽巖礦索斗鏟作業(yè)的模擬模型，是計(jì)算機(jī)模擬在礦業(yè)中應(yīng)用研究的經(jīng)典之作。同年，T.M.Ware在于巴黎召開(kāi)的一次國(guó)際采礦會(huì)議上，作了題為《運(yùn)籌學(xué)與未來(lái)礦山》的報(bào)告，論述了運(yùn)籌學(xué)在礦產(chǎn)勘查、儲(chǔ)量評(píng)估、生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)作業(yè)等方面應(yīng)用的可能性，并于翌年發(fā)表了題為《采礦工業(yè)中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，指出應(yīng)將運(yùn)籌學(xué)方法應(yīng)用于礦山設(shè)計(jì)及規(guī)劃中。1957年，P.P.Hypher在英國(guó)劍橋召開(kāi)的第一屆國(guó)際運(yùn)籌學(xué)會(huì)議上，發(fā)表了題為《采礦中的運(yùn)籌學(xué)》的論文，指出；運(yùn)籌學(xué)在規(guī)劃與作業(yè)中的各種可能應(yīng)用，并具體討論了排隊(duì)論與模擬方法在分析礦山生產(chǎn)系統(tǒng)以提高生產(chǎn)能力過(guò)程中的應(yīng)用。同年，M.Allais應(yīng)用概率理論，對(duì)在撒哈拉沙漠實(shí)施大規(guī)模地質(zhì)勘查的效果進(jìn)行了評(píng)估，是應(yīng)用隨機(jī)理論研究找礦方面的經(jīng)典研究工作。此后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種運(yùn)籌學(xué)方法在礦業(yè)中的應(yīng)用范圍日益礦大。1961年，美國(guó)亞利桑那大學(xué)主持召開(kāi)了一次計(jì)算機(jī)在礦業(yè)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)討論會(huì)，取得很大成功。并由此發(fā)展為“國(guó)際計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議”（簡(jiǎn)稱(chēng)為APCOM），該系列會(huì)議至今已舉行過(guò)24次，發(fā)表論文1600篇，參加者近9000人次，來(lái)自世界五大洲的數(shù)十個(gè)國(guó)家。此會(huì)議是礦業(yè)系統(tǒng)工程研究領(lǐng)域的最重要學(xué)術(shù)論壇，會(huì)議論文代表著該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平、預(yù)示著該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。二、 礦業(yè)系統(tǒng)工程研究范圍迄今為止，礦業(yè)系統(tǒng)工程領(lǐng)域所研究的主要內(nèi)容及采用的主要方法可以概括地?cái)⑹鋈缦拢篴） 礦床勘查中的探井或者鉆孔布局優(yōu)化的隨機(jī)模型；b） 礦床產(chǎn)狀、品位分布和儲(chǔ)量評(píng)估的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)數(shù)學(xué)及幾何模型；c） 礦山開(kāi)采計(jì)劃、配礦和露天礦境界圈定的優(yōu)化模型（諸如圖論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、線性規(guī)劃、控制論模型）和啟發(fā)式模型（諸如浮動(dòng)錐。參數(shù)化、模擬模型）；d） 礦山開(kāi)拓運(yùn)輸方式、采礦方法和爆破參數(shù)選擇的專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)模型；e） 礦巖工程特性分級(jí)的專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)模型；f） 礦巖破碎、巖體節(jié)理及穩(wěn)定性分析和粉塵防治的隨機(jī)模型和分形幾何模型；g） 礦山巖體工程應(yīng)力場(chǎng)分析的有限元、邊界元、離散元及耦合模型；h） 礦山生產(chǎn)系統(tǒng)特別是礦巖采裝運(yùn)系統(tǒng)及設(shè)備選型。匹配和調(diào)度的計(jì)算機(jī)模擬模型、排隊(duì)論模型和可靠性模型；i） 礦區(qū)發(fā)展規(guī)劃與礦山生產(chǎn)計(jì)劃的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；10、 宏觀能源規(guī)劃和礦山企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析的的工程過(guò)程模型（包括線性規(guī)劃模型）和投入產(chǎn)出模型；11、 礦山企業(yè)或者車(chē)間的管理信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究。由此可以看出，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究迄今主要集中于采礦工程系統(tǒng)方面，而對(duì)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的研究在國(guó)內(nèi)則顯得不足。三、礦業(yè)系統(tǒng)工程研究成就與問(wèn)題計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在我國(guó)礦業(yè)中的應(yīng)用研究可以追溯到70年代中期，甚至更早，至今已有20余年的歷史。在此過(guò)程中，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究所取得的主要成就，可以歸納如下：a） 將現(xiàn)代科學(xué)方法與手段，引入到采礦工程管理系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和控制之中，推動(dòng)了采礦工程學(xué)科從傳統(tǒng)的工藝方法向現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)方面發(fā)展。b） 培養(yǎng)了一批既掌握采礦工程技術(shù)，又熟悉系統(tǒng)方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)的復(fù)合型人才。特別是在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)生在深刻變化的今天，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究與教育顯示出很強(qiáng)的生命力，表明了我國(guó)礦業(yè)系統(tǒng)工程研究先驅(qū)者的遠(yuǎn)見(jiàn)灼識(shí)；c） 取得了一些具有實(shí)用價(jià)值的研究成果，帶動(dòng)了礦山企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)與管理手段及水平的改善，促進(jìn)了礦山企業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提高。但是，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究的發(fā)展也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，以本人之見(jiàn)，核心問(wèn)題是研究工作投入大，見(jiàn)效慢。礦業(yè)系統(tǒng)工程作為一門(mén)工程技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。它需要能夠以最經(jīng)濟(jì)的方式解決有關(guān)礦業(yè)系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題。就此而言，現(xiàn)有礦業(yè)系統(tǒng)工程研究成果的總體水平仍有待于提高。造成礦業(yè)系統(tǒng)工程研究經(jīng)濟(jì)效益差這一問(wèn)題的主要原因包括：系統(tǒng)工程方法與手段在一定程度上超前我國(guó)礦業(yè)工程與管理實(shí)踐。譬如，系統(tǒng)方法要求遵循整體性與綜合性原則，追求系統(tǒng)的全局最優(yōu)化。這與礦山現(xiàn)行的條塊分割、機(jī)構(gòu)繁雜、指標(biāo)分配等管理實(shí)踐相悖。再加，系統(tǒng)工程最基本的技術(shù)手段是計(jì)算機(jī)及通訊系統(tǒng)。理論上說(shuō)，這些設(shè)施可以提高效率、降低成本。但是，在我國(guó)礦山目前的情況下，無(wú)論是勞動(dòng)人事管理制度，還是生產(chǎn)要素（此處指勞動(dòng)力和計(jì)算機(jī)設(shè)施）價(jià)格比，或者是礦山工作人員的知識(shí)水平，皆極大地制約著這些現(xiàn)代化設(shè)備之效能的發(fā)揮。但是，隨著政治經(jīng)濟(jì)體制改革的深化，礦山企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)將逐步由重社會(huì)效益向重經(jīng)濟(jì)效益方面轉(zhuǎn)變。在此過(guò)程中，現(xiàn)代化的管理方法與手段一一系統(tǒng)工程方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)，必將在礦山企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。人們對(duì)系統(tǒng)工程方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)在礦山中的作用缺乏認(rèn)識(shí)，投入不足。對(duì)于生產(chǎn)礦山，人們常常以為，能夠通過(guò)實(shí)踐摸索出在現(xiàn)有人力物力條件下足以方便、有效地解決所以礦山生產(chǎn)問(wèn)題的方法，而不需要大量地投入去引進(jìn)那些尚未經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的新方法。在此，人們忽視了這樣的事實(shí)。即只有那些具有超前意識(shí)，用于采用新方法、新技術(shù)的礦山企業(yè)經(jīng)營(yíng)者，才能在礦山儲(chǔ)量不斷消耗、開(kāi)采條件逐漸變差、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力日益增強(qiáng)的情況下立于不敗之地。系統(tǒng)工程方法有待發(fā)展?，F(xiàn)有的系統(tǒng)工程方法用來(lái)解決主要設(shè)計(jì)邏輯思維、顯式知識(shí)和演繹推理的問(wèn)題，一般能夠取得令人滿意的結(jié)果，而對(duì)于主要涉及形象思維、隱式知識(shí)和歸納推理的問(wèn)題，則常常無(wú)能為力。礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)象（指礦巖體）屬性的時(shí)空獨(dú)特性及對(duì)其認(rèn)識(shí)的不完備性，決定著礦業(yè)工程與管理中的許多問(wèn)題具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與主觀判斷對(duì)解決這類(lèi)問(wèn)題起著重要的作用，現(xiàn)有系統(tǒng)工程方法與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，還有待于進(jìn)一步發(fā)展，才能逐漸適應(yīng)這種情況。礦業(yè)系統(tǒng)工程研究水平有待提高，現(xiàn)有礦業(yè)系統(tǒng)工程研究人員多位采礦工程專(zhuān)業(yè)工作者，因?qū)I(yè)化教育的束縛，缺乏系統(tǒng)、深入地研究系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等方面的理論與方法所需要的基礎(chǔ)和嫻熟的技巧，他們常常直接應(yīng)用這些學(xué)科現(xiàn)有的理論與方法，而不能對(duì)其適應(yīng)性與局限性進(jìn)行證明或者度量，更難于將其結(jié)合采礦工程與管理的具體問(wèn)題加以擴(kuò)展和拓寬。當(dāng)然，采礦工程與管理問(wèn)題的復(fù)雜性，也使得有效的礦業(yè)系統(tǒng)工程方法的產(chǎn)生極為困難。四、 礦業(yè)工程的發(fā)展方向如前所述，我國(guó)的礦業(yè)系統(tǒng)工程研究雖然起始于計(jì)算機(jī)與運(yùn)籌學(xué)在礦業(yè)中的應(yīng)用，但它的內(nèi)涵已不局限于此。本人認(rèn)為，礦業(yè)系統(tǒng)工程研究應(yīng)該在下述三個(gè)主要方面得到進(jìn)一步發(fā)展。a） 深入開(kāi)展采礦工程系統(tǒng)研究，包括礦床的計(jì)算機(jī)模型，礦床開(kāi)拓開(kāi)采計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及規(guī)劃，礦床、采掘工程、工作面間的時(shí)空關(guān)系，采場(chǎng)圍巖變形及破壞規(guī)律的計(jì)算機(jī)圖形表達(dá)，采礦工程系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和控制支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)技術(shù)等問(wèn)題的研究。采用的理論與方法可能有計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、模糊系統(tǒng)理論、模式識(shí)別理論、人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)等；b） 加強(qiáng)礦山管理系統(tǒng)研究，包括企業(yè)與車(chē)間生產(chǎn)信息自動(dòng)采集及處理，企業(yè)外部環(huán)境信息的收集及處理，企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度與控制，企業(yè)經(jīng)營(yíng)爭(zhēng)端與預(yù)測(cè)，企業(yè)管理體制及決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系與實(shí)現(xiàn)技術(shù)等問(wèn)題的研究。采用的理論與方法可能有管理信息系統(tǒng)及決策支持系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)、預(yù)測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)等。c）開(kāi)展礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)研究，①礦產(chǎn)市場(chǎng)及價(jià)格研究，諸如礦產(chǎn)資源的遠(yuǎn)景評(píng)估、礦產(chǎn)供求關(guān)系及其變化規(guī)律；②礦業(yè)生產(chǎn)研究，諸如礦產(chǎn)勘查與生產(chǎn)的關(guān)系、生產(chǎn)及交易成本、資源消耗與資源保護(hù)的關(guān)系、礦業(yè)生產(chǎn)規(guī)模及最佳要素組合、邊際品位經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題的研究；③礦業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的模型分析、經(jīng)濟(jì)量預(yù)測(cè)和影響因素評(píng)估等問(wèn)題的研究；④礦業(yè)投資決策分析，諸如礦床和建設(shè)項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法、投資項(xiàng)目的資本構(gòu)成及融資方式等問(wèn)題的研究；⑤礦業(yè)結(jié)構(gòu)分析，諸如礦山企業(yè)內(nèi)部結(jié)及其變化規(guī)律、礦業(yè)與其它產(chǎn)業(yè)間的相互作用規(guī)律等問(wèn)題的研究；⑥礦業(yè)政策研究，諸如礦業(yè)投資與信貸、礦業(yè)稅收、礦產(chǎn)價(jià)格管制、礦業(yè)補(bǔ)貼、礦產(chǎn)儲(chǔ)備、土地資源管理、區(qū)域發(fā)展、環(huán)境保