数字孪生矿山之三：概念及体系

导读：数字孪生矿山联合实验室于2021年编写了《数字孪生矿山白皮书》，分析了数字孪生矿山关键核心技术，设计了可视化的虚拟矿山、实时同步的动态矿山和互操作的孪生矿山三阶段的演进路径，展望了华电力拓数字生态建设愿景。

数字孪生体作为数据驱动体系的单一数据源，成为国防和航空航天领域数字化转型中最突出的价值，美国国防部把数字孪生体称之为“可信源”[1]，展现了“数字孪生+”在各行业应用的基本共识。全球各行各业积极引入数字孪生体技术，通过“数字孪生+”在基础设施层面实现数据统一，避免将来的IT系统和平台烟囱化（指不能互联互通），具有重要的战略意义。

全球矿山行业正在悄然兴起新的数字革命，国内矿山企业鲜有关注到数字孪生体的价值，主动引入到矿山领域更是稀少。华电力拓和工业4.0研究院在2021年上半年确定共建“数字孪生矿山联合实验室”，把探索数字孪生矿山关键核心技术作为实验室运行的重点。

数字孪生矿山联合实验室经过调研和分析，对全球领先的数字矿山解决方案进行了梳理，召开了多次数字孪生矿山研讨会，跟国内外数字孪生体技术供应商做了交流探讨，确定了数字孪生矿山的定义和内涵。

数字孪生矿山的定义如下：

数字孪生矿山是矿山企业基于数字孪生体的数字化转型方法，通过地质、地表和设备的数字孪生化，让处于安全环境的人进入数字孪生矿山闭环中，逐步达到可视化、实时同步和互操作的运行水平，实现矿山行业少人化或无人化的经营目标。

图表 4 数字孪生矿山参考架构

跟其他以高度集成为目的的技术不同，数字孪生体具有开放架构，能够有效实现数据交换、流动和分享的目的。在矿山领域引入数字孪生体，因为它能够有效容纳人工智能、大数据和物联网等技术，为矿山企业数字化转型提供有效的支撑。

基于工业4.0研究院数字孪生体工程原则，数字孪生矿山实验室设计了四层的“数字孪生矿山参考架构”，包括地质环境、地表设施和设备系统数字孪生化形成的数字孪生基础设施，以及数字孪生矿山操作系统、生产工作人员在环（Workers in Loop）和数字孪生体应用。

表格 2 数字孪生矿山参考架构层级特点

类似美国国防部可信源的作用，数字孪生基础设施成为地质环境、地表设施和设备系统数据的源头，通过把它基础设施化，能够加强其专业化运行，不断提高各种数据精度，便于其他系统获取可信的数据，实现数据驱动的矿山运行体系。

数字孪生基础设施的各种资源要正常运行，需要数字孪生矿山操作系统来调度和管理，这类似个人电脑或手机上的操作系统，它是数字孪生矿山高效运行的核心，诸如能耗情况、设备管理效率和工作安全等功能，都是数字孪生矿山操作系统的核心模块，可以根据研发的进度无缝升级，展现了数字孪生体不断改进的优势。

在达到数字孪生矿山较高水平的时候，人仍然是不可或缺的，为了保障矿山勘探开采的安全，他们可以通过远程监控的方式，这能大大降低生产的风险，同时还具有更广的创新空间。

不仅如此，空闲出来的人员除了掌握数字管理能力，部分人员还可以学习数字开发技术，结合到运行场景需要，开发各种各样的应用。通过基于数字孪生体开放架构的数据驱动应用，矿山运行将达到较高的自动化水平，实现生产现场少人化或无人化，成为安全高效、高质量发展的矿山企业。

[1] 在美国国防部数字工程体系中，数字孪生体作为可信源（ASoT，Authoritative Source of Truth），能够避免各个系统私有标准的出现，从源头上避免未来的集成壁垒。

附：数字孪生矿山白皮书

链接：http://www.innovation4.cn/library/r56681