煤矿井下工程全生命周期过程协同体系研究

安景文，张志强

(中国矿业大学(北京)管理学院，北京 100083)

1 概述

煤炭企业的生产过程具有显著的单件性特点，每个矿井、各个水平、各个采区，甚至每个工作面，都各不相同，而就每项具体工作而言，都具有相应的目标和约束条件，这就决定了每一项工作都是一个“工程”，完全可以采用工程管理的方法对其进行管理，以取得最佳的经济效益和社会效益。本文将煤矿井下工程的范围定义为围绕煤矿井下工作面开展的开拓、掘进、安装、回采、回撤工程，这五项工程是煤矿价值链的核心，煤矿的生产管理、经营管理、安全管理等工作都是围绕其具体开展的。因此，煤矿井下工程可以从工程管理的角度，运用工程生命周期具体分析煤矿井下工程管理的阶段和过程，为煤矿的具体管理工作理清工作内容。同时，目前煤矿井下工程管理的理论和思想是建立在高度分工的基础上,强调分工的重要性，而对整体重视不足，造成系统不清、流程不顺、协调不力、沟通不畅，极大地影响了煤矿井下工程整体管理效能的发挥，增加了管理成本，降低了管理效率。因此，煤矿井下工程全生命周期的各个阶段和各个工程都必须打破原有的界限，用系统的观点统筹考虑，使其相互渗透、相互作用，形成一个有机的整体。因此，目前很有必要从“协同”角度对煤矿井下工程的管理问题展开系统深入地研究[1-3]。

协同学是20世纪70年代初联邦德国理论物理学家哈肯创立的，是研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科。协同学具有广阔的应用范围，它在化学、物理学、经济学、生物学、社会学，以及管理科学等许多方面都取得了重要的应用成果。但目前对煤矿协同管理的研究多侧重于供应链协同、企业协同、组织协同等外部协同，对煤矿内部协同，尤其是煤矿井下工程的协同问题鲜有研究。因此，针对目前煤矿井下工程协同性不足的现状，首先，从工程生命周期的角度，识别出煤矿井下工程的生命周期阶段和相应的过程；然后，根据煤矿井下工程工作实际和工程范围的界定，构建煤矿井下工程全生命周期过程协同体系的单项工程协同体系、单工作面工程协同体系和多工作面工程协同体系的三大协同体系；其次，分析总结出煤矿井下工程全生命周期过程协同体系的三大体系的协同机制，最后，根据协同学中序参量的定义，给出了影响三大协同体系运行的协同有序度的数学表达式。本文创造性的研究对于优化现有煤矿生产管理方式、增加煤矿井下工程全生命周期的协调性、提高煤矿生产的经济效益和劳动效率具有一定的理论和实践意义[4-6]。

2 煤矿井下工程生命周期

项目生命周期确定了项目的开端和结束，决定了在项目结束时应该包括或不包括哪些过渡措施。通过这种方式，我们可以利用项目生命周期设定来将项目和执行组织的连续性操作链接起来。通过研究煤矿井下工程生命周期的具体阶段和过程，使煤矿井下工程的管理从煤矿管理的大体系中明晰出来，理清煤矿井下工程管理的主线和具体内容。

2.1 煤矿井下工程生命周期阶段

现代项目管理理论将整个项目的全部工作看成是由一系列项目阶段构成的一个完整的项目生命周期。对于一般意义上的项目和工程，生命周期包括“启动、规划、执行、完成”四个主要阶段(图1)。在项目管理中，通常相同性质的项目工作会划分在同一个项目阶段中，实际中具体工作根据不同领域和不同方法再进行具体划分。在项目生命周期运行过程中的不同阶段里，由不同的组织、个人和资源扮演着主要角色。

图1 项目生命周期

煤矿井下工程(开拓、掘进、安装、回采、回撤)具有显著的单件性特点，每项工程各不相同，都具有相应的目标和约束条件，这些“工程”特性就决定了可把煤矿井下工程运用项目生命周期进行阶段分析。煤矿井下工程相对于一般地面工程简单，项目环节、内容、参与方都相对较少且相对固定。因此，根据项目生命周期理论并结合煤矿井下工程的特点，可把煤矿井下工程的生命周期划分为“计划设计、施工控制、考核结算”三个主要阶段(图2)。

图2 煤矿井下工程生命周期

设计计划阶段：根据具体工程的目标(质量、工期、成本、安全)和计划，设计具体工程的设计说明书、预算报告等，为工程的施工奠定技术和经营基础。

施工控制阶段：根据设计标准、预算指标、管理规定等，开展工程的施工工作，并从生产管理、预算控制、安全管理三个方面对工程的施工过程进行控制。

考核结算阶段：根据本矿工作面工程的作业规程及相关规定等，进行项目的检查、考核、结算工作。矿和下一环节的区科都要对工程的具体情况考核，并根据考核结果对区科、班组和个人结算。

2.2 煤矿井下工程生命周期过程

现代项目管理认为，项目是由一系列的项目阶段所构成的一个完整过程，而各个项目阶段又是由一系列具体活动构成的一个工作过程。所谓“过程”是指能够生成具体结果的一系列活动的组合。项目管理过程一般是由五个不同的项目管理具体工作过程构成，即起始过程、计划过程、实施过程、控制过程、结束过程。它们构成了一个项目管理工作过程组。项目管理具体工作过程之间的关系是一种前后衔接的关系，是通过输入、输出而相互关联的关系。项目管理工作过程组的各个具体工作过程之间在时间上会有不同程度的交叉和重叠。同时，项目管理具体工作过程之间的相互作用和相互影响还会跨越不同的两个项目阶段。这种关系如图3所示。

图3 一个项目阶段/项目生命周期中各过程的交叉、重叠关系

从图3可以看出，项目生命周期和一个项目阶段中的各个阶段和过程是相互重叠的，一个过程往往都与别的过程重叠，这就产生了项目生命周期各个阶段和过程的衔接问题，为项目生命周期和工程间的协同问题的解决创造了条件。

根据工程生命周期的工作过程的分类和具体内容，结合煤矿井下工程管理实际，对煤矿井下工程按照项目生命周期各阶段工作过程进行分类识别。煤矿井下工程生命周期具体过程如表1所示。

表1 煤矿井下工程生命周期过程

由表1煤矿井下工程具体过程识别的结果可以发现：如煤矿井下工程的工程设计、工程施工、检查验收等过工作过程虽然属于不同的生命周期阶段和过程，但这三个工作工程之间联系紧密，构成了一套完整的煤矿井下工程生产管理流程。因此，为了实现煤矿井下工程的协同，实现煤矿井下工程管理的目标，有必要从工程生命周期角度，并结合煤矿井下工程管理实践，按照各个工程项目的阶段特征和技术特点找到他们之间的联系，构建煤矿井下工程全生命周期过程协同管理体系。

3 煤矿井下工程全生命周期过程协同体系

对煤炭企业而言，煤矿井下工程的过程协同是对煤矿井下工程体系中各个过程(工程、阶段、环节、工序等)进行协同，实现它们之间的优化组合与配置，进而产生一个在结构、功能等方向远远超越原有组织系统、具有新生命体的系统。工程项目的所有工程、阶段、过程等都是不可分割的，需要用协同的观点统筹考虑。本文按照工程协同范围的不同由小到大将煤矿井下工程全生命周期过程协同体系分为三大体系：单项工程协同体系、单工作面工程协同体系、多工作面工程协同体系。

3.1 煤矿井下工程全生命周期过程协同体系——单项工程

煤矿井下单项工程全生命周期过程协同是为实现单项工程项目全生命周期的信息、资源共享和各方协同工作，将原来孤立的工程各阶段和过程进行整合，形成一个协调的系统。

在以往生产中，工程各方只注重本单位利益，不考虑工程各阶段的实际情况，给其它阶段的工作带来不必要的困难，影响施工质量和效率。例如以前设计阶段只对具体工程开展技术设计，成本控制往往放在施工和考核阶段，这就造成了成本控制无标准、控制困难的粗放式生产问题。可以在设计阶段就运用预算管理的方法，设计预算标准和办法，做到成本的全过程控制。因此，要想实现单项工程各阶段有序进行，必须实现单项工程各阶段的协同。

通过上文对煤矿井下工程生命周期阶段和过程的分析，以单项工程性质为依据，以流程为主线，以协同为目的，构建煤矿井下单项工程全生命周期过程协同体系，如图4所示。

目标是工程协同的结果，同时也对整个协同过程有着指导作用。随着项目结构和过程协同的分解，以工程全生命周期总目标为主导的目标分解、控制分解、考核分解也在同步进行，这样就把项目目标和计划逐步转变成设计工作，施工任务和验收工作等。

图4 煤矿井下单项工程全生命周期过程协同体系

煤矿井下单项工程的生命周期包括设计计划阶段、施工控制阶段、考核结算阶段。这三个阶段是煤矿井下单项工程实施的过程。

煤矿井下单项工程的各个阶段的各个具体工作过程之间在时间和工作性质上会有不同程度的延续、交叉和重叠。如煤矿井下工程的预算编制、预算控制、预算考核、结算过程虽然属于不同的生命周期阶段和过程，但这三个工作工程之间联系紧密，构成了一套完整的煤矿井下工程经营管理流程。因此，要根据单项工程的目标合理协调各阶段和各过程，合理设计各协同界面，制定确保各阶段和过程协同的管理制度、流程等，实现各阶段和过程的无缝衔接。

3.2 煤矿井下工程全生命周期过程协同体系——单工作面工程

煤矿井下单工作面工程全生命周期过程的协同是为实现单工作面工程项目全生命周期的信息、资源共享和各方协同工作，将单工作面工程看成一个工程项目，从生命周期角度研究整个工程项目的过程协同问题，将原来孤立的工程各项工程、各阶段、各过程进行整合，形成一个协调的系统。

煤矿生产过程根据其工艺特点可划分为许多生产环节，本文的煤矿井下工程工作面生产环节按其工艺特点和生产流程可以划分为开拓、掘进、安装、回采和回撤五部分。

在以往煤矿生产中，各单位只注重本单位生产或从自身利益出发，片面应付完成生产，不考虑后期生产，给后期工作带来不必要的困难或工力浪费，严重制约生产。例如掘进到安装，安装到回采，回采到回撤一系列工程衔接，在原来掘进贯通以后，直接交给准备安装，在掘进期间不考虑安装因素，只从本单位出发，只求快速掘进、贯通，巷道的一系列设备、设施不予考虑，例如轨道铺设，只要掘进能使就行，不考虑一系列尺寸，造成巷道贯通以后，安装前还要投入大批人力进行卧底、调道，更换轨枕；巷道铺设管路，只用普通铅丝吊挂，没有统一标准尺寸，安装前还要重新铺设供液管路，给安装带来不便；上风、下运皮带安装位置，若不提前考虑后期还得重新安装。这些问题若不提前考虑周全或管理不到位将严重制约生产衔接，后期还要投入大量人力进行改造，造成不必要工力、资金浪费，成为预期回采的绊脚石。安装到回采，回采到回撤等同理，后续一步考虑不到位将会制约下一步生产。要想实现煤矿井下工程的有序进行，必须实现井下工作面各工程的协同。

通过上文对煤矿井下单项工程全生命周期过程协同的分析，以单工作面各工程性质为依据，以流程为主线，以协同为目的，构建煤矿井下单项工程全生命周期过程协同体系，如图5所示。

单工作面工程全生命周期协同包括计划设计阶段、工程施工阶段(开拓、掘进、安装、回采、回撤工程)、分析处理阶段三个阶段。每个阶段又包括很多具体协同的内容。

单工作面工程各环节的协同即上一道工序为下一道工序做铺垫、服务，做到首尾互应，回采、掘进、准备安装、回采、回撤统一设计，上道工序能完成的工作不能放到下道工序。上一道工序为下一道工序服务，不为下一道工序留下隐患、不留下反手工作，保证下一道工序安全快捷高效施工。

单工作面各工程、各阶段、各过程间在时间和工作性质上会有不同程度的延续、交叉和重叠。如回采交回撤，回采结束时，做收尾的工序是直接为回撤服务的工序，回采移交回撤后，回撤是否可以在最短的时间进行回撤，关键是看回撤收尾工序是否按协同的要求将回撤进入后的准备工作在回采过程中就已经完成。因此，要根据单工作面工程的目标合理协调各工程、各阶段、各过程，合理设计各协同界面，在界面处设置检查验收点和控制点，并制定确保各阶段和过程协同的管理制度、流程等，实现各工程、各阶段、各过程的无缝衔接。

3.3 煤矿井下工程全生命周期过程协同体系——多工作面工程

煤矿井下多工作面工程全生命周期过程的协同是为实现多工作面工程项目全生命周期的信息、资源共享和各方协同工作，将多工作面工程看成一个大工程项目，从生命周期角度研究整个工程项目的过程协同问题，将原来孤立的各项工程、各阶段、各过程进行整合，形成一个协调的系统[7-8]。

在以往煤矿生产中，煤矿计划部门对工程实际情况和资源状况缺乏系统思考，生产计划安排不合理，给煤矿的正常生产带来困难，影响施工质量和效率。例如多工作面工程可能面临一个单位要在几个工作面施工，本单位施工能力有限，生产进度无法保证，而别的单位没有施工工作。这就造成了劳动力的闲置。因此要合理设计采掘接替计划，合理配置生产资源，做好正规循环作业，使各工作面的生产有序开展，保证各工程的质量和进度。

通过上文对煤矿井下单工作面工程全生命周期过程协同的分析，以多工作面各工程性质为依据，以流程为主线，以协同为目的，构建煤矿井下多工作面工程全生命周期过程协同体系，如图6所示。

图5 煤矿井下单工作面工程全生命周期过程协同体系

图6 煤矿井下多工作面工程全生命周期过程协同体系

多工作面工程全生命周期协同包括计划设计阶段、工程施工阶段(多工作面工程)、分析处理阶段三个阶段。每个阶段又包括很多具体协同的内容。

多工作面各工程、各阶段、各过程间在时间和工作性质上会有不同程度的延续、交叉和重叠。假如三个工作面工程现都需要进入安装阶段，但准备区力量有限，只能同时完成两个工作面的安装，这就是资源的约束给连续生产造成了障碍。因此，要根据多工作面工程的目标和资源约束合理设计各工程的顺序和工期，协调各阶段、各过程的开展，合理设置各协同界面，根据资源约束，在各界面处设置检查验收点和控制点，并制定确保各工程协同的管理制度、流程等，实现各工作面工程的无缝衔接。

4 煤矿井下工程全生命周期过程协同机制

根据以上三个系统的分析，可以看出以上三个系统各有特点，主要协同内容各不相同，下面列出三个系统的具体协同机制，如表2所示。

5 煤矿井下工程全生命周期过程协同有序度

按照协同学的理论，协同管理可以定义为系统处于变革或临界状态下，以协同思想为指导，综合运用管理手段和方法，促使系统内部各子系统或要素按照协同的方式进行整合、相互作用、相互合作协调，从而实现一致性和互补性，进而产生支配整个系统发展的序参量，使系统实现自组织，从一种序状态走向另一种新的序状态，并使系统产生整体作用大于各要素作用力之和的系统管理方法。

对于煤矿井下工程全生命周期过程协同管理体系来说，系统运行的动力是系统内部各子系统---各工程、阶段、过程等之间的竞争与合作，而不是外部指令，序参量就是在这竞争与合作过程中产生，序参量是使系统达到有序并决定系统有序状态的程度。序参量是描述系统有序程度的参量，并不是系统中某个占据支配地位的子系统。

通过对煤矿井下工程全生命周期过程协同管理体系各子系统之间的相互竞争与协同的研究，在以前学者研究的基础上本文提出本系统的序参量为各工程、阶段、过程等之间的协调程度。用字母设各工程、阶段、过程等间协调程度(C)是系统运行过程中在随机涨落力(N)的影响下，由于单项工程各阶段(S)，单工作面各工程(O)，多工作面各工程(M)的各自协同作用达到临界状态时形成的。

对应上文煤矿井下工程协同体系的三个体系的内容，各系统序参量的形成过程可用式(1)～(3)表示。

1) 单项工程协同有序度

dC1/dt=k1C1+β(S1,S2,S3)+N1

(1)

式中：S1为设计阶段；S2为施工阶段；S3为验收阶段。

2) 单工作面工程协同有序度

式中：O1为开拓工程；O2为掘进工程；O3为安装工程；O4为回采工程；O5为回撤工程。

3) 多工作面工程协同有序度

式中：M1为工作面1工程；M2为工作面2工程；M3为工作面3工程。

式(1)～(3)中：β为随机涨落力对系统子系统之间协同作用的影响所导致的各个子系统的变化；N为随机涨落力对系统运行的影响；t为时间；k为子系统的变化率及其与原有状态的关系。

6 结论

与传统煤矿管理理论相比，煤矿井下工程协同在思想、视角及处理问题的方法上都有很大的不同。煤矿井下工程协同管理突出强调各工程、阶段、过程、工序间协同、配合的思想，重视企业内部资源的优化配置和合理利用,以使系统产生自组织功能而实现协同效应,达到工程管理工期、质量、成本、安全的目标。因此，煤矿协同管理可以克服传统煤矿生产管理中协同性不足的问题。本文将协同学理论和工程生命周期理论创造性地运用于煤矿井下工程管理实践之中，使得理论与企业实际能够密切结合，对系统优化现有煤矿生产管理方式、增加煤矿井下工程全生命周期的协调性、提高煤矿生产的经济效益和劳动效率具有一定的理论和实践意义。本文对煤矿井下工程协同的研究是初步探索，更广泛与更深入的研究与实证还有待于进一步开展[9-10]。

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