基于模块化理论煤矿高效辅助运输系统研究

王德龙

摘  要：模块化技术及其应用范围逐步扩展，取得显著的经济效益。本文通过阐释“模块化”的本质含义及特征，结合煤矿辅助运输系统的特征，文章认为将模块化理念引入煤矿辅助运输系统领域具有显著的优势。

关键词：模块化;煤矿辅助运输;效率;平台化

“模块化”这一概念最早是由赫尔伯特·西蒙在1962年提出。模块化最初仅应用于技术设计领域[1]。其后很长时期内“模块化”的概念并没有受到人们的重视，直到20世纪80年代IBM360电脑的设计和生产运用模块化方法，取得了空前成功，才引起经济学界、管理学界的广泛关注。如今，模块化的思想已经形成了巨大的冲击力，越来越多的产业开始探索本产业的“模块化之路”。不仅制造业显现出模块化的趋势。服务业也出现了模块化的浪潮。作为煤矿重要生产系统之一的辅助运输系统，担负着矿井除煤炭运输以外，人员、材料、设备和矸石等各种运输任务，是一个及其复杂的生产系统，多生产要素投入，多运输产品产出构成了基本技术特征。它的高时效性要求各个作业环节必须紧密链接。在这样一个生产过程相对复杂的系统中，能否组织形成模块化的思维，构建模块化的运输模式？

一、“模块化”的定义及特征

模块化可分为狭义模块化与广义模块化，狭义模块化指由模块组合成的模块化产品。广义的模块化是一切由典型的通用单元组合成的事物。随着模块化应用的发展，更多的学者将模块化理论作为一种新的方法论。研究显示：模块化从最初作为一种产品设计方法，逐步向系统研究方法论角度转变，模块化提供了一种思想，借助这种思想，我们可以将其应用于许多领域的研究。

在模块化系统中的模块主要具有以下特征：第一，模块是可组合的独立单元。这里有两个关键词，一是独立;另一个是可组合。模块是系统的组成部分。模块可以组合成新系统，也可以从系统中分离、拆卸和更换。不能从系统中分离出来的单元，不能算是真正的模块。第二，模块具有确定的功能。“模块”并不是一个不能再细分的简单生产环节。而是一种半独立性的、半自律性的子系统。第三，模块是一种“标准”的单元。第四，模块具有能够组合成系统的接口。

二、构建“模块化”的可行性

（一）构建模块化结构将有助于提高煤矿辅助运输系统的运输效率。众所周知，辅助运输是矿井各生产系统中最为复杂的环节。而模块化是解决复杂系统问题的一种行之有效的方法。煤矿辅助运输系统是一个由机车、车辆、物料、人员等要素组成的一个庞大系统，具有开放性、非线性、随机性及随时间动态变化等基本特征。在煤矿辅助运输系统内部，单一作业模块内或多种作业间的关系复杂。组成较长的生产链条。按运输方式分，煤矿辅助运输系统可分为斜井提升运输、立井提升运输、平巷运输与采区运输，它们可全部或部分担当整个运输系统中的一个环节、一道工序。既相互独立，又相互关联。为运输人员、物料提供相应的服务。按运输工具分，煤矿辅助运输系统可分为轨道辅助运输和无轨辅助运输两种。轨道辅助运输以铺设双轨或悬吊单轨为主要特征，采用架线电力、防爆柴油机、蓄电池和钢丝绳为牵引动力;而无轨辅助运输则以胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力。采用何种运输方式与运输工具直接决定着煤矿辅助运输系统的整体效率。

（二）构建模块化结构将有助于提高煤矿辅助运输系统的协调性。与其他生产系统相比，煤矿辅助运输系统具有特殊性，主要表现在：（1）运输线路随工作地点的伸缩或迁移而经常变化;（2）运输线路水平或倾斜互相交错连接;（3）工作地点分散，运输线路复杂，运输环节多;（4）待运物料品种繁多，形状各异;（5）井下巷道空间受限制，并有瓦斯和煤尘等爆炸性物质，需用防爆净化设备。煤矿辅助运输系统的特殊性使得辅助运输生产过程更需要拥有有效的协调机制，通过建立有效的协调机制，拉动机车、车辆、物料、人员等生产要素紧密有序衔接，减少整个系统中的无效环节、提高运输效率[2]。

（三）模块化可以有效降低煤矿辅助运输系统中的不确定性。煤矿辅助运输系统在作业过程会遇到环境不确定性、生产系统复杂导致的不确定性等诸多不确定性。与生产系统复杂导致的不确定性不同，作业环境的不确定性往往是系统本身难以控制的。煤矿辅助运输系统复杂导致的不确定性具体是指：在进行辅助运输过程中，机车、车辆、物料、人员等多要素、多工种相互配合作业，每一工种作业又分解为若干操作，单一作业内部或多种作业间的关系复杂，组成的生产链条较长，复杂的辅助运输系统中任何一点产生的不确定性都有可能打乱原定计划的运输生产，对生产过程产生不利影响。

模块化结构在明晰各模塊在系统中的地位、作用和功能信息的基础上，形成标准化的“接口”信息。这些标准化的“接口”实际上是系统对各模块输出数据的质量、数量提出可量化的具体要求，有助于敦促各模块主动消除模块内部生产过程中的不确定性。通过构建模块化的系统结构，煤矿辅助运输系统可以将系统风险分解到各个模块中，从而降低了生产过程不确定性对系统整体的影响，将损害程度降到最低。在一定程度上可以缓解由于辅助运输系统复杂性导致的不确定性。

（四）模块化可以有效提高煤矿辅助运输的运行效费比。煤矿辅助运输系统是个比较复杂的问题。一个大型矿井，既有综采综掘，也有日常的人员材料和矸石等的运输，还有综采设备的搬家，物料运输量异常庞大;同时随着近几年煤矿开采装备的升级改造，新投入设备的吨位及体积较以前都有大幅提高，尤其是“三超”（超长、超高、超宽）设备的运输给辅助运输系统的安全、高效运行带来严峻挑战：每件“三超”设备由于形状各异，使用普通矿车是无法进行运输的，只能针对每件“三超”设备对矿车进行相应改造，来满足设备的运输要求，而且在运输过程中，由于改造矿车安全因素及支撑结构的不确定性，导致“三超”设备在运输过程中的运输效率及安全性降低，影响到辅助运输的整体效费比的提高。

要实现矿井辅助运输系统的低成本、高效能安全运行，就必需通盘考虑，全面规划，争取从供料到用料地点尽量采用连续直达运输，力求减少中途转载和停顿。由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点，同时模块又具有标准的几何连接接口，基于模块化理念的模块化平台设计可以有效解决辅助运输系统中超量运输及“三超”设备的运输难题，通过对辅助运输系统与运输产品的全面规划，将不同的运输对象进行分类，并通过模块化运输平台的配置，实现对不同运输对象的全面覆盖。模块化运输平台设计不是面向单个的运输对象，而是面向整个系统。它的设计模式可用下式表达：

专用运输工具（车辆）=通用模块平台（不变部分）+准通用模块（改型部分）+专用模块（针对运输对象的新设计部分） 模块化运输平台产品设计是基于已建立的通用模块系列，资源共享、继承性强，可减少低层次的重复劳动;设备由通用模块运输平台组成，设备构成具有柔性，对变化的需求可作出快速反应;模块运输平台可以经反复使用、优化，安全性强，可靠性高;模块化运输平台的通用化、系列化程度高，可大幅提高辅助运输系统的效费比，降低全流程运行成本。

总结：随着我国煤矿生产技术装备的改善和提高，煤矿采掘现代化程度有了迅猛的发展，我国煤矿的采掘现代化程度已经比较高了，从目前形势出发，我国煤矿要想进一步挖掘自身的潜力，降低成本，提高劳动效率。只有不断提高辅助运输系统的模块化理念，这是大幅提高矿井全员效率，降低煤炭生产成本，增加企业经济效益的最好方式。

参考文献：

[1] 青木吕彦，安藤晴焉.模块时代：新产业结构的本质[M].上海：上海远东出版丰七，2003.

[2] 顾良丰，许庆瑞.产品模块化与企业技术及其创新的战略管理[J].研究与发展管理，2006（02）.