SAM系统服务全景调研与发展战略研究

SAM系统服务全景调研与发展战略研究 一、 智能矿山行业发展历程 煤矿信息化建设是煤矿智能化建设的主线与基础，从20世纪80年代中期至今，我国煤矿信息化建设主要经历了单机（系统）自动化、综合自动化及矿山物联网阶段，且随着工业物联网、云计算、人工智能等技术的快速发展，我国煤矿信息化的发展趋势将向煤矿智慧化方向演化。 （一）单机（系统）自动化阶段 从20世纪80年代中期开始，随着微机技术的发展和普及，我国煤矿信息化建设进入了单机（系统）自动化阶段。该时期矿用自动化设备类型不断增多，如能够实现自动升降的液压支架等，控制设备可靠性及安全性有所提高，这使得我国煤矿安全状况得到初步改善，但由于此时的采集信息均为模拟信号，因此信息传输距离相当有限，只能实现本地采集数据以用于单机的就地控制。而到20世纪90年代中后期，随着数字信息技术和网络技术的发展，信息传输距离大幅增加，煤矿自动化开始出现单系统地面监控。 （二）综合自动化阶段 2000年以后，煤矿企业单机（系统）不断完善，各系统之间协调越来越困难，企业对各系统之间互联互通的需求越来越强烈，借助通信、工业总线及工业以太网技术飞速发展的契机，一些企业推出专用网络来实现煤矿不同系统的集成系统，这使得我国煤矿信息化建设进入了综合自动化阶段。综合自动化实现了各系统之间的网络化集成，使得各系统能够相互联系，解决了信息孤岛问题，但由于各系统中传感器信息只能用于本系统，系统间协同管控能力弱，缺少相互联动和信息融合，因此并未解决系统的认知孤岛问题。 （三）矿山物联网阶段 矿山物联网即工业物联网技术在矿山领域的应用，许多专家对此进行了探讨和界定，对矿山物联网的架构、功能、目标等目前已基本达成共识。矿山物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，利用感知技术与智能装置对矿山物理世界进行感知识别，通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖掘，实现矿山人与物、物与物信息交互和无缝连接，达到对矿山物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的，发展方向是矿山开采的无人化、智能化。 物联网技术推动了物物相联，为解决认知孤岛问题提供了手段。2010-2020年为物联网技术发展的第一阶段，主要研究内容包括物联网平台技术，中心化的安全架构，物理、数字和虚拟融合技术，工业物联网技术及物联网生态的形成。2020-2030年是物联网技术发展的第二阶段，称之为自治网络化的智慧物联网，其主要特征是物联网十人工智能，全分布式、异构网络架构，云、边、端融合的协同，离散式平台，区块链分布式存储技术，自治化物与系统。 （四）矿山智能化阶段 以人工智能为代表的新技术在算法、算力和大数据等方面取得了突破性进展，计算机在视觉、语音和自然语言处理的部分任务中的表现已经超越人类。5G移动通信技术已经成功在部分国家和地区商用，极大提升了海量多源信息的实时互联、共享能力，借助这些新兴技术，矿山智能化成为时代和历史的必然选择。目前，学术界、工业界和政府高度重视我国矿山智能化技术的发展，并在多个省、市的矿山企业进行实践，初步形成了科研攻关、产品研发、技术落地的良性格局。 中国煤炭科工集团首席科学家王国法给出了智能化煤矿的定义：基于现代煤矿智能化理念，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术深度融合，形成矿山全面感知、实时互联、分析决策、向主学习、动态预测、协同控制的完整智能系统，实现矿井开拓、采掘、运通、分选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程的智能化运行。 目前我国尚处于煤矿智能化建设的初级阶段，仅有少量煤矿实现了局部生产环节的智能分析及决策控制，距智慧矿山建设目标甚远，未来发展空间广阔，根据发改委、国家能源局、国家矿山安监局等八部委联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》提出的目标，到2025年，我国大型煤矿和灾害严重煤矿需基本实现智能化；而到2035年，各类煤矿需基本实现智能化。 二、 煤炭装备面临的机遇 （一）煤矿安全生产需要煤矿智能化水平提升 我国对煤炭开采行业安全性的重视持续提高，煤矿安全、人员健康保护条件不断改善。但受资源赋存条件、开发与利用工艺的复杂度、技术与装备水平等因素制约，我国煤炭自动化、智能化水平仍然较低，重大安全隐患的智能监测、预测、预警等技术相对落后，人员生产环境仍有较大改善空间。煤矿智能化建设将大幅减少井下作业人员数量与劳动强度，推动煤矿开采提质增效，具有巨大的市场空间。 （二）国家高度重视并出台多项政策鼓励煤矿智能化发展 近年来，国家相继出台了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》《煤矿智能化建设指南（2021年版）》和《十四五智能制造发展规划》等一系列行业政策，加快推进煤矿智能化转型，鼓励支持煤矿企业向智能、安全、绿色方向发展，为煤矿无人化智能开采相关业务提供了广阔的市场空间。 5G大数据人工智能以及区块链等新一代信息技术的快速发展为煤矿智能化建设提供了技术与装备支撑。这些新技术已经在煤炭开采关键技术、设备、系统平台等方面获得初步应用，未来深度融合是发展趋势。新技术的引入可以提升无人智能化开采产品的技术水平，为实现更高水平的技术指标、更综合的产品功能提供了条件，将为行业发展带来新的发展机遇。 目前煤炭企业从业人员老龄化严重，煤炭企业井下恶劣的作业环境难以吸引年轻人加入，导致招工越发困难；随着人民生活水平持续提升，从业人员的工资需求也在提高；加之煤炭安全生产投入加大，煤炭企业的用工成本不断攀升，这将促使煤炭企业加大智能化投入减少劳动用工。 三、 煤炭装备发展情况和未来发展趋势 （一）新技术的引入成为煤炭装备行业增长的新引擎 伴随着第四次工业革命的浪潮，当前全球制造业正在经历数字化、网络化、智能化的转变，而人工智能、大数据、5G等技术的引入融合正深刻改变自动化行业及其服务的企业，成为增长新引擎。 人工智能技术的兴起在逐步推进制造业的深度智能化，一方面制造工厂利用人工智能支持自动化流程和机械加工，通过智能决策应对异常情况；另一方面，人工智能应用于自动控制领域，改善自动控制的准确性。5G技术具有极低时延、高可靠等特点，5G技术的应用为工业领域提供强有力的网络基础设施保障，使得安全高效的控制应用通过无线网络连接成为可能，有利于提高自动控制系统的稳定性。机器视觉识别技术通过人工智能深度学习算法可以更加精准地识别自动控制系统所处的环境和风险，还可以24小时不间断的工作，并在各种不适合人类工作的恶劣生产环境下替代人实现高速检测，有利于提高自动控制系统的运行效率。 （二）煤炭装备整体解决方案开始替代单独产品销售成为市场趋势 数字化变革及新技术的复杂性促使煤炭生产企业越来越趋向选择有整体自动化、信息化解决方案的供应商及合作伙伴。目前，高质量、贴近用户的个性化整体解决方案正在逐渐代替原有单一系统成为市场发展趋势。 自动控制是一项整体性较强且长期持续进行的工程，随着自身认识、积累的增加，用户对自动控制系统的需求将会更加明确，对方案设计、实施的参与过程会逐渐加深。处于不同发展阶段的企业，在向智能开采的转型升级过程中，对于自动化、网络化、智能化技术及解决方案的需求具有较大的差异性，客观上要求解决方案具有良好的灵活性和弹性。行业头部企业具有谱系较为完整的自动化、信息化产品，并且具有工程实施、方案优化、整体咨询服务能力，具备提供贯穿全流程、全生命周期的一体化智能解决方案的能力。 （三）煤炭装备远程诊断和智能运维服务将成为新业态 煤矿智能化面对的市场是典型的项目型市场。虽然我国当前煤矿整体智能化水平有待提升，但经过近年的快速发展积累了规模较大的存量市场，存量产品和系统的升级改造需求增大、运维服务的重要性凸显。另外，煤矿企业对智能开采技术和装备的应用日趋成熟，其业务需求由产品逐步向智能服务转变，远程诊断和智能运维服务成为前景广阔的新模式。煤矿智能装备企业需要适应客户需求变化，由产品提供商向智能服务提供商转变。 四、 中国智慧矿山行业产品发展趋势 目前，智能矿山系统产品经常来自不同厂家，其设备可靠性及可兼容性较差，尤其体现在标准、协议、接口等方面。因此，开展企业间的沟通合作，开发高兼容性软件及成套设备，更易于整合各软件系统实现全面的自动化、信息化、智能化，更易于在生产过程中收集各类信息，方便故障诊断，不断优化提升。产品成套化趋势能够为下游客户提供更为全面的技术和解决方案；产品集成化趋势顺应了煤机智能化技术发展的潮流；产品灵活化和综合化趋势增强了产品的功能多样性和环境适应性，以上产品发展趋势将进一步提升我国煤矿智能化建设水平。另外，随着智能矿山系统产品及技术在煤炭行业的成熟应用，相关业务在智能化程度及安全生产需求均较高的行业间进行低成本跨行业复制将具备更多可能性。 五、 智慧矿山发展政策背景 从2016-2021年，我国政府对智能矿山的重视程度逐步加强，并给出相应的指导意见与建议，智能化矿山的种类也从煤矿逐步延伸到非煤类矿山。尤其2020年2月，国家发改委、能源局等八部门联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，首次于国家层面对煤矿智能化发展提出了具体目标，旨在推动智能化技术与煤炭产业融合、提升煤矿智能化水平、促进煤炭工业高质量发展。 六、 煤炭装备行业竞争情况 随着国家八部委发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的出台落地，智能开采领域的设备厂家纷纷加大投入，行业外竞争对手也进入市场开发同类产品，加剧了市场竞争。在综采自动化控制系统与液压支架电液控制系统市场，总体呈现双寡头竞争态势，天玛智控稳居第一集团；在智能集成供液系统市场，呈现多家企业充分竞争局面。天玛智控聚焦头部大型煤炭集团和高端装备市场，发挥技术和产品优势，引领无人化智能开采持续发展。 （一）综采自动化控制系统市场竞争格局 从2019-2021年累计市场来看，综采自动化控制系统市场头部效应明显，天玛智控市场占有率保持第一，占据大型煤炭企业的主要市场。郑煤机依靠主机厂资源优势取得了较大市场，排名第二。 在2021年原煤年产量1亿吨以上煤炭集团市场应用中，综采自动化控制系统与液压支架电液控制系统都属于市场相对集中的产品，2021年天玛智控、郑煤机、天津华宁三家厂商合计占有74%的市场份额，其中天玛智控以36套的销量夺得市场占有率第一，其产品在国家能源集团、山东能源集团等龙头企业应用较广泛。 （二）液压支架电液控制系统市场竞争格局 在2021年原煤年产量1亿吨以上煤炭集团市场应用中，头部企业占据着80%左右的市场份额。其中天玛智控以50套的销量夺得市场占有率第一，其产品在国家能源集团、山东能源集团等大型煤炭集团应用较广泛；排名第二的是郑煤机，其产品主要应用在山东能源集团等大型煤炭集团；排名第三的是天津华宁，其产品主要应用在晋能控股、山西焦煤等大型煤炭集团。 （三）智能集成供液系统市场竞争格局 智能集成供液系统市场竞争激烈，从市场应用来看，无论是乳化液泵、喷雾泵还是控制系统，市场均以国产品牌为主。以浙江中煤、天玛智控、山东名盾、无锡威顺、南京六合以及无锡煤机这六家企业为代表的国内厂商占据90%左右的市场份额。其中浙江中煤处于龙头地位，天玛智控聚焦高端大流量泵站市场，排名第二。随着煤矿机械的自动化水平提升，煤炭的生产力不断提高，大流量泵的需求将会越来越大，630L/min及以上智能集成供液系统市场潜力巨大。 七、 中国智慧矿山行业市场现状 （一）能源消费结构 我国资源禀赋具备富煤、贫油、少气的特征，这决定了煤炭是我国能源体系的支柱。据统计，2021年煤炭占比我国能源消费总量的56．0%，虽然近年来核能、风能、太阳能等新能源行业发展迅速，我国能源结构呈现出持续多元化发展的态势，但具备成熟可靠、价格低廉等优势的煤炭资源仍将在较长时期内作为我国能源结构中的主导性能源和基础性能源，为我国国民经济持续发展发挥重要作用。 （二）煤炭供需现状 我国是全球最大的煤炭生产与消费国，据统计，2021年我国煤炭产量为41．26亿吨，同比增长5．74%，消费量为42．26