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25座大型露天煤礦實(shí)證研究,國內(nèi)露天礦智能化能力成熟度究竟如何?答案在這里

為解決我國露天礦智能化建設(shè)中缺乏系統(tǒng)性、可量化評(píng)價(jià)方法的問題,采用層次分析法(AHP),構(gòu)建了涵蓋人文智慧、系統(tǒng)智能與融合再生三維度的露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)模型。通過構(gòu)建層次化指標(biāo)體系并確定權(quán)重,對(duì)國內(nèi)25座大型露天煤礦開展實(shí)證研究,得出了各礦山的成熟度評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)。結(jié)果表明:當(dāng)前國內(nèi)露天礦智能化能力成熟度整體處于中等偏下水平,呈現(xiàn)出“系統(tǒng)智能領(lǐng)先、人文智慧次之、融合再生滯后”的不平衡格局,且區(qū)域發(fā)展差異明顯,模型具備系統(tǒng)性、科學(xué)性與適用性,可為礦山智能化建設(shè)水平診斷與發(fā)展路徑規(guī)劃提供決策支持。

文章來源:《智能礦山》2026年第1期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者:辛鳳陽,現(xiàn)任中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司數(shù)字技術(shù)研發(fā)部主任,主要從事露天礦智能化系統(tǒng)開發(fā)與關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的相關(guān)研究工作。E-mail:1643660267@qq.com

通訊作者:田鳳亮,博士,現(xiàn)任中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司二級(jí)科學(xué)家,主要從事露天礦智能化系統(tǒng)研究與開發(fā)相關(guān)研究工作。E-mail:1719979259@qq.com

作者單位:中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司;中國煤炭科工集團(tuán)有限公司煤炭無人化開采數(shù)智技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;露天煤礦災(zāi)害防治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

引用格式:辛鳳陽,王忠鑫,田鳳亮,等. 基于AHP的露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)模型研發(fā)與應(yīng)用[J]. 智能礦山,2026,7(1):130-134.

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針對(duì)我國露天礦智能化建設(shè)進(jìn)程中缺乏系統(tǒng)性、可量化評(píng)價(jià)方法的問題,在分析智能化能力內(nèi)涵與“智能生長”漸進(jìn)特征的基礎(chǔ)上,指出露天礦智能化是由單個(gè)系統(tǒng)向全面智能化迭代發(fā)展的復(fù)雜系統(tǒng)工程,其本質(zhì)是“人文智慧”與“系統(tǒng)智能”在螺旋上升中不斷融合過程。借鑒軟件工程領(lǐng)域的能力成熟度模型(CMM)及智慧城市領(lǐng)域的成熟度評(píng)價(jià)方法,構(gòu)建基于層次分析法(AHP)的露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)模型,實(shí)證研究國內(nèi)25座大型露天煤礦,旨在揭示當(dāng)前智能化建設(shè)的真實(shí)水平與關(guān)鍵短板,為后續(xù)發(fā)展提供決策支持。

露天礦智能化的生命周期與能力成熟度

煤礦智能化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,其發(fā)展并非一蹴而就,而是呈現(xiàn)出“技術(shù)引入-管理滯后-協(xié)同突破”的螺旋上升路徑。典型案例:許多礦山在初期引入了無人駕駛礦用卡車等系統(tǒng)智能,但與之匹配的安全規(guī)程、維護(hù)流程和員工技能等人文智慧未能同步更新,導(dǎo)致技術(shù)效能無法充分發(fā)揮,進(jìn)入典型的“瓶頸期”。隨后,通過重構(gòu)管理架構(gòu)、轉(zhuǎn)型培訓(xùn)駕駛員,實(shí)現(xiàn)了人、制度與技術(shù)的深度融合,系統(tǒng)才真正進(jìn)入效能躍升的“成熟期”。此類矛盾與突破的過程,揭示了智能化建設(shè)的內(nèi)生動(dòng)力。

露天礦智能化建設(shè)能力成熟度,正是衡量在特定發(fā)展周期內(nèi),人文智慧與系統(tǒng)智能充分發(fā)展與相互融合程度的標(biāo)尺,本質(zhì)上是礦山作為決策主體,對(duì)內(nèi)外部環(huán)境變化做出實(shí)時(shí)、科學(xué)響應(yīng)的綜合能力,強(qiáng)調(diào)成熟度是周期性演進(jìn)的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象,而非靜態(tài)終點(diǎn)。

對(duì)成熟度的評(píng)估必須兼顧“充分發(fā)展”與“有效融合”2個(gè)維度。若只關(guān)注技術(shù)與管理的各自發(fā)展水平,而忽視其融合程度,極易將正處于瓶頸期的露天礦誤判為成熟;反之,若只滿足于當(dāng)前的融合狀態(tài),而忽略二者的持續(xù)深化發(fā)展,則會(huì)導(dǎo)致將階段性成果視為最終目標(biāo),致使智能化建設(shè)陷入停滯。

因此,推進(jìn)露天礦智能化,必須認(rèn)識(shí)到此為從單個(gè)系統(tǒng)智能向全面智能、全生命周期智能迭代邁進(jìn)的過程。實(shí)踐中,應(yīng)著力避免上述2種誤判,通過不斷促進(jìn)人文智慧與系統(tǒng)智能的良性互動(dòng)與協(xié)同進(jìn)化,推動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)突破瓶頸,實(shí)現(xiàn)周期性成熟躍升,最終達(dá)成安全、高效、可持續(xù)發(fā)展的根本目標(biāo)。

AHP智能化能力成熟度評(píng)價(jià)方法

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

采用AHP層次分析法構(gòu)建成熟度評(píng)價(jià)模型。層次分析法是指將1個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為1個(gè)系統(tǒng),將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則,進(jìn)而分解為多指標(biāo)(或準(zhǔn)則、約束)的若干層次,通過定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序(權(quán)數(shù))和總排序,以作為方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。對(duì)于成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指標(biāo),以成對(duì)比較矩陣衡量各指標(biāo)的重要程度。指標(biāo)體系的構(gòu)建參考了《煤礦智能化建設(shè)指南(2021年版)》的相關(guān)要求,并結(jié)合露天礦生產(chǎn)特點(diǎn),確保指標(biāo)的科學(xué)性與實(shí)用性,露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)為智能化的人文智慧、系統(tǒng)智能與融合再生,其中人文智慧包含人員、組織、流程、戰(zhàn)略4個(gè)二級(jí)指標(biāo),能力成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 能力成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1)人員指標(biāo)用以評(píng)價(jià)露天礦人員整體素質(zhì)水平。成熟的智能化露天礦要求礦山人員能夠完全掌握智能化系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)。

(2)組織指標(biāo)用以評(píng)價(jià)露天礦組織結(jié)構(gòu)對(duì)智能化的支撐程度。成熟的智能化露天礦要求組織能夠充分釋放智能化技術(shù)帶來的紅利。

(3)流程指標(biāo)用以衡量露天礦流程能否適應(yīng)智能化建設(shè)現(xiàn)狀。成熟的智能化露天礦要求流程能夠與智能化技術(shù)深度融合。

(4)戰(zhàn)略指標(biāo)用以衡量礦山未來智能化發(fā)展戰(zhàn)略是否具有前瞻性。成熟的智能化露天礦要求其戰(zhàn)略能夠明確指導(dǎo)未來智能化建設(shè)工作。

系統(tǒng)智能用以衡量礦山日常生產(chǎn)及相關(guān)業(yè)務(wù)的智能化建設(shè)與常態(tài)化運(yùn)行水平,包括可用性、穩(wěn)定性、可控性、可維護(hù)性4個(gè)二級(jí)指標(biāo)。

(1)可用性指標(biāo)用來衡量系統(tǒng)智能是否適應(yīng)露天礦生產(chǎn)現(xiàn)狀。成熟的智能化露天礦要求系統(tǒng)智能快速融入露天礦,具體到各個(gè)系統(tǒng)則表現(xiàn)為操作簡單、學(xué)習(xí)成本低。

(2)穩(wěn)定性用來衡量系統(tǒng)智能是否能夠從故障中快速恢復(fù)。成熟的智能化露天礦要求系統(tǒng)智能高度可靠。

(3)可控性用來衡量系統(tǒng)智能的行為可預(yù)測(cè)性。成熟的智能化露天礦要求系統(tǒng)智能的每一種行為都能夠被充分預(yù)測(cè)。

(4)可維護(hù)性用來衡量系統(tǒng)智能維護(hù)的難易程度。成熟的智能化露天礦要求系統(tǒng)智能維護(hù)時(shí)間短,維護(hù)難度低。

融合再生是反映人文智慧與系統(tǒng)智能融合程度的指標(biāo),由可擴(kuò)展性、可持續(xù)性2部分組成。

(1)可擴(kuò)展性反映了當(dāng)前人文智慧與系統(tǒng)智能的融合是否具有開放性,能否支持系統(tǒng)智能的小范圍擴(kuò)展與延伸。成熟的智能化露天礦應(yīng)能夠充分應(yīng)對(duì)系統(tǒng)智能的調(diào)整。

(2)可持續(xù)性反映了人文智慧與系統(tǒng)智能融合的生命力。當(dāng)人文智慧或系統(tǒng)智能在發(fā)展過程中由量變產(chǎn)生質(zhì)變時(shí),成熟的智能化露天礦自身應(yīng)具備革新自身的需求與能力。

2.3 成熟度評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

對(duì)于成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指標(biāo),以成對(duì)比較矩陣衡量各指標(biāo)的重要程度,衡量標(biāo)度見表1。

表1 比較矩陣標(biāo)度

以此構(gòu)建成對(duì)比較矩陣,并進(jìn)行一致性檢測(cè)。其中,一級(jí)指標(biāo)的成對(duì)比較矩陣

其計(jì)算一致性比例CR=0.0,CR<0.1,矩陣的一致性可以接受,一級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表2。

表2 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重

人文智慧中,各二級(jí)指標(biāo)的成對(duì)比較矩陣

其計(jì)算一致性比例CR=0.03,CR<0.1,矩陣的一致性可以接受,一級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表3。

表3 人文智慧指標(biāo)權(quán)重

系統(tǒng)智能中,各二級(jí)指標(biāo)的成對(duì)比較矩陣

其計(jì)算一致性比例CR=0.0,CR<0.1,矩陣的一致性可以接受,一級(jí)指標(biāo)權(quán)重見表4。

表4 系統(tǒng)性能指標(biāo)權(quán)重

融合再生的二級(jí)指標(biāo)包括可擴(kuò)展性與可持續(xù)性,二者重要性相同,故無需計(jì)算,二者權(quán)重都為0.5。

我國露天礦智能化的能力成熟度分析

樣本選擇范圍涵蓋了國內(nèi)1 000萬t以上規(guī)模的25個(gè)大型露天礦。采用專家打分的形式對(duì)各個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。各二級(jí)指標(biāo)滿分為10分,按照其智能化建設(shè)與常態(tài)化運(yùn)營現(xiàn)狀酌情扣分。每個(gè)露天礦參考了至少5名專家的意見,去掉最高分與最低分后取平均值作為二級(jí)指標(biāo)的得分。最后,將二級(jí)指標(biāo)得分代入評(píng)價(jià)模型,獲得一級(jí)指標(biāo)得分與總分。部分露天礦的得分情況見表5。

表5 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)該模型給出的評(píng)價(jià)結(jié)果,最低得分4.04,最高得分5.32,平均值為4.65,得分普遍偏低。其中,新疆地區(qū)露天礦智能化能力成熟度顯著低于其他地區(qū),成熟度區(qū)域分析如圖3所示。

圖3 成熟度區(qū)域分析

進(jìn)一步分析可知,導(dǎo)致新疆地區(qū)露天礦得分偏低的主要因素為人員與組織欠缺。受限于地理位置,新疆各露天礦的人員配置難以保證智能化系統(tǒng)的常態(tài)化運(yùn)行,導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)智能化系統(tǒng)。以某礦為例,該礦位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州奇臺(tái)縣,智能化運(yùn)維工作目前由神新公司兼管,對(duì)于各類智能化系統(tǒng),礦山尚不具備獨(dú)立的運(yùn)維能力。整體上看,樣本中智能化成熟度的一級(jí)指標(biāo)中系統(tǒng)智能得分最高,人文智慧指標(biāo)其次,而融合再生得分最低,與國內(nèi)露天礦智能化建設(shè)過程中技術(shù)先行的思路契合,而組織、流程等滯后于系統(tǒng)智能建設(shè),礦山智能化的可擴(kuò)展性與可持續(xù)性也受到限制,指標(biāo)總體分布如圖4所示。

圖4 指標(biāo)總體分布

為進(jìn)一步探究3個(gè)一級(jí)指標(biāo)之間的關(guān)系,采用皮爾遜相關(guān)性系數(shù)計(jì)算了各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性,相關(guān)性分析如圖5所示??梢园l(fā)現(xiàn),系統(tǒng)智能與人工智慧二者呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性,系統(tǒng)智能建設(shè)較好的露天礦,其組織結(jié)構(gòu)、流程制度、戰(zhàn)略規(guī)劃等也表現(xiàn)較好,反之亦然。

圖5 相關(guān)性分析

系統(tǒng)融合再生方面與系統(tǒng)智能與人文智慧方面呈現(xiàn)出中等的負(fù)相關(guān),即系統(tǒng)智能與人文智慧建設(shè)越好,其可持續(xù)性或可擴(kuò)展性越差。分析國家智能化示范礦山的智能化建設(shè)情況,造成此類現(xiàn)象的原因包括以下4個(gè)方面。

(1)智能化系統(tǒng)數(shù)量普遍偏多,人員與組織對(duì)系統(tǒng)的支撐越發(fā)困難。

(2)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,系統(tǒng)建設(shè)越多,新系統(tǒng)接入越難。

(3)智能化系統(tǒng)與露天礦生產(chǎn)組織流程難以充分融合。

(4)隨著智能化建設(shè)的推進(jìn),可參考的案例越來越少,發(fā)展路徑越發(fā)模糊。

此類現(xiàn)象表明:樣本中露天礦智能化的能力成熟度仍處于前生長期,人文智慧與系統(tǒng)智能的瓶頸越發(fā)明顯,需要研究揭示露天礦智能化發(fā)展的演進(jìn)邏輯和機(jī)制。

露天礦智能化的能力成熟度分析討論

構(gòu)建的基于AHP的露天礦智能化能力成熟度評(píng)價(jià)模型,系統(tǒng)整合了“系統(tǒng)智能”“人文智慧”與“融合再生”3個(gè)維度,彌補(bǔ)了以往研究中“重技術(shù)、輕管理、缺融合”的評(píng)價(jià)缺陷。模型通過AHP方法實(shí)現(xiàn)了定性判斷與定量權(quán)重的結(jié)合,具備較強(qiáng)的系統(tǒng)性與可操作性,評(píng)價(jià)結(jié)果具有較高的科學(xué)性與可信度。實(shí)證研究結(jié)果揭示了當(dāng)前我國大型露天礦智能化建設(shè)的典型特征與深層矛盾存在的3方面問題。

(1)“三重脫節(jié)”現(xiàn)象突出

“系統(tǒng)智能”得分(均值≈5.36)顯著高于“人文智慧”(均值≈4.18)與“融合再生”(均值≈3.16),反映出當(dāng)前建設(shè)普遍存在“技術(shù)先行、組織滯后、融合困難”的現(xiàn)實(shí)困境。此結(jié)果與國內(nèi)露天礦“重硬件投入、輕系統(tǒng)融合”的建設(shè)思路高度吻合。

(2)區(qū)域發(fā)展不均衡問題顯著

新疆地區(qū)露天礦成熟度得分普遍偏低,主要受限于地理位置導(dǎo)致的人才短缺與組織適應(yīng)性不足。例如,某礦的智能化運(yùn)維仍依賴外部公司兼管,自身缺乏獨(dú)立運(yùn)維能力,進(jìn)一步印證了“人員”與“組織”是制約落后地區(qū)智能化發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。

(3)“融合悖論”初現(xiàn)端倪

“融合再生”與“系統(tǒng)智能”“人文智慧”呈中等負(fù)相關(guān),形成“系統(tǒng)越智能,融合越困難”的悖論。其成因主要包括:系統(tǒng)數(shù)量增多導(dǎo)致運(yùn)維壓力劇增、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一形成“信息孤島”、系統(tǒng)與生產(chǎn)流程匹配不足,以及發(fā)展路徑不清晰帶來的“天花板效應(yīng)”。當(dāng)前樣本礦山的智能化能力成熟度仍處于“前生長期”,尚未形成良性的融合發(fā)展機(jī)制。

總 結(jié)

(1)構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型涵蓋3個(gè)一級(jí)指標(biāo)與10個(gè)二級(jí)指標(biāo),結(jié)構(gòu)清晰、層次分明,通過一致性檢驗(yàn)(CR均<0.1),具有良好的系統(tǒng)性與科學(xué)性,適用于露天礦智能化建設(shè)水平的系統(tǒng)診斷。

(2)國內(nèi)大型露天礦的智能化能力成熟度整體處于中等偏下水平(平均分4.65),呈現(xiàn)出“系統(tǒng)智能領(lǐng)先、人文智慧次之、融合再生嚴(yán)重滯后”的不平衡發(fā)展格局。

(3)區(qū)域分析表明,新疆等偏遠(yuǎn)地區(qū)在“人員”與“組織”方面的基礎(chǔ)能力不足是制約其智能化發(fā)展的關(guān)鍵。相關(guān)性分析進(jìn)一步揭示出“融合再生”與其他維度間的負(fù)相關(guān)現(xiàn)象,凸顯出推進(jìn)系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與流程重構(gòu)的緊迫性。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中,SCI收錄1種,Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種,是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地,也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》(月刊,CN 10-1709/TN,ISSN 2096-9139)是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編:王國法院士

刊載欄目:企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

投稿網(wǎng)址:www.chinamai.org.cn(期刊中心-作者投稿)

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期刊成果:創(chuàng)刊5年來,策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì),打造了“刊-網(wǎng)-號(hào)-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái),全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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