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煤矿安全监控系统
为了保证煤矿的安全煤矿安全规程规定煤矿必须安装安全监控系统。煤矿安全监控系统是一套由计算机、网络、传感器、报警器等构成的信息系统。如图5-1所示为某安全监控系统的系统图。煤矿安全系统由地面中心站、网络、地下监控分站、传感器等组成。
地面中心站设置在井上调度室主要有双热备份的计算机构成。网络系统主要由地面交换机于企业局域网连接、通过路由器与INTERNET网连接、通过通信接口经井下网络与井下分站连接。监控分站是工作于井下能接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给传输接口，同时接收来自传输接口多路复用信号的硬件和软件系统。监控分站还具有对信号的线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理能力；对传感器输入的信号和传输接口传输来的信号进行处理的能力；根据超限结果控制执行器工作的能力。传感器是将瓦斯、一氧化碳浓度、温度、设备开停等信息转换成电信号。目前国内生产和用于煤矿监测监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器，随着安全监控系统技术的不断改进传感器类型也在增多，功能在不断的加强。
图5-1 煤矿安全监控系统构成
安全监控系统近几年发展很快有许多新技术应用其中，技术发展特点：监测与辅助决策结合，系统不仅能实现监测监控，而且在软件技术上研究开发出能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家决策方案。同时系统应用软件向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据；许多新网络技术大量应用，如采用光缆使系统抵抗电磁干扰的能力增强，避免长期困扰煤矿企业的误报、漏报现象；分站控制器采用AVR、ARM单片机，AVR采用增强的RISC结构 ，使其具有高速处理能力，采用ARM技术的32位嵌入式内核RISC芯片的S3C4510处理器，使该分站具有较强的信息处理能力。
监控分站是监控系统的主要装置。如图5-2所示为某监控分站的工作原理。图中虚框表示监控分站内部构成，其主要由信号调理电路、输入/输出接口电路、控制器（单片机或其它嵌入式控制器件）、按键、显示、电源等组成。监控分站是以单片机为控制器的计算机控制系统，传感器输出（常见类型：电流型、电压型、频率型、数字型）的信号通过调理电路转换成标准电压信号。通过A/D电路将信号转换成数字信号。通过控制器的硬件和软件实现数据的采集和超限逻辑判断，实现数据的存储。控制信号通过输出电路驱动超限报警装置，驱动断电期和继电器。分站通过网络接口与中心站进行通讯，实现传输监测信号。分站也可以通过网络接口接收地面中心站的控制指令实现远程控制。按键和显示装置是分站的人机操作接口，通过它们可以实现对分站现场操作，如：检查传感器的工作状态；设置和配置不同的传感器；查询各监测点的数据等等。分站电源除给分站提供电源外为传感器提供电源，一般分站由外部专用配套电源和内部电源组成，保证当外部供电意外停电时安全监控系统正常工作。
单片机
显示
输入
接口
A/D
本安电源
f/v
传感器
传感器
电平转换
传感器
输出
接口
声光报警
断电器
继电器
网络接口
操作按键
图5-2监控分站的工作原理图
煤矿生产综合监控系统
煤矿生产设备数量多并分布在煤矿井上和地面，对煤矿设备的集中监控而构成煤矿生产综合监控系统，如图5-3所示为某矿生产综合系统构成。
该系统通过信息处理平台将生产管理和设备控制过程的三种信息（工业视频、过程控制、管理信息）集成在一起，实现煤矿生产过程的数字化。该系统由生产调度指挥系统、企业管理信息系统、工业视频监控系统、生产过程监控系统四个系统构成。
四个系统中比较复杂和重要的是生产过程监控系统。该系统由生产自动化控制系统、选煤厂监控系统、煤流计量系统、安全监测系统组成。生产自动化控制系统是对煤矿生产中主要设备进行控制的系统。该系统由辅助生产控制系统、生产运输控制系统、综采工作面监测系统等构成。其中辅助生产控制系统由井下排水三遥系统、矿井供电三遥系统、辅井提升监测系统、分机三遥系统。所谓三遥即遥测、遥信、遥控的简称。三遥技术是现在RTU系统（Remote Terminal Unit，远程测控终端）实现的控制手段。遥测即应用通信技术，传输被测变量的测量值；遥信即应用通信技术，完成对设备状态信息的监视，如告警状态或开关位置、阀门位置等；遥控即应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令。该技术的应用主要用来对分散工作的机械设备进行无人化管理。煤矿生产的少人化和无人化是解决煤矿安全的根本。RTU的主要功能 ：
(1)采集状态量并向远方发送，带有光电隔离，遥信变位优先传送；
(2)采集数据量并向远方发送，带有光电隔离；
(3)直接采集系统工频电量，实现对电压、电流、有功、无功的测量并向远方发送 ，可计算正反向电度；
(4)采集脉冲电度量并向远方发送，带有光电隔离；
(5)接收并执行遥控及返校；
(6)程序自恢复；
(7)设备自诊断(故障诊断到插件级)；
(8)设备自调；
(9)通道监视；
(10)采集事件顺序记录并向远方发送；
(11)提供多个数字接口及多个模拟接口；
(12)可对每个接口特性进行远方/当地设置；
(13)提供若干种通信规约,每个接口可以根据远方/当地设置传输不同规约的数据；
(14)接受远方命令,选择发送各类信息；
(15)可转发多个子站远动信息；
(16)当地显示功能，当地接口有隔离器。
煤矿设备要实现无人值守必须将人工操作实现自动操作并为三遥提供网络接口。
图5-3 煤矿生产综合监控系统
1、煤矿安全监控系统的主要功能是什么？
2、举例说明煤矿生产综合监控系统的组成及原理？
无人工作面技术是综合自动技术的新的发展，在薄煤层、高瓦斯、急倾斜等复杂条件下，工人操作非常困难，无人工作面可以解决这些复杂条件下煤矿安全开采。无人工作面技术目前正在进行理论研究，已有个别成功的工程实践，有些技术已有实用的产品。
液压支架电控系统
该技术将液压支架的降架、升架、推移首部输送机、拉后部输送机、收伸侧护板、喷雾洒水及放顶煤等动作由原来的手工操作改为电液自动控制、程序化操作，可以有效地减少工作面工人数量，最终实现井下无人开采自动化工作面。目前，液压支架电液控制技术已经成熟。美国、澳大利亚和德国的液压支架普遍使用了电液控制系统。
如图6-1所示为德国的电液控系统原理图。该系统由地面控制中心、网络系统、地下分站、支架控制器、传感器、液控先导阀等构成。
地面控制中心有计算机和软件构成。网络系统包括双回路网线、数据传输模块、中继模块、网络诊断装置等构成。主要功能是保证网络数据传输稳定，中继器保证远距离传输信号不失真。
图6-1 德国电控系统原理
井下分站主要功能是实现对支架的集中操作，通过分站与地面中心的通讯实现将工作面支架的状态发送给地面中心。支架控制器通过传感器测量立柱压力和推移千斤顶的位移实现支架按程序自动升架、降架、移架，并实现邻架操作和擦顶移架等功能。支架电控系统实现了支架的自动化工作，为无人化工作奠定了技术基础。
采煤机自动监测系统
采煤机是工作面最复杂的设备，其工作功率大、操作复杂。随着新技术的引入采煤机可以实现自动工作和无人化工作。如图6-2为采煤机的结构示意图。采煤机由左右滚筒、摇臂、截割电机、牵引部和控制箱等组成。如图6-3所示某型号采煤机自动监控系统原理图。系统由监测单元采集采煤机各部位的状态，如左右摇臂监测单元、机身外围监测单元、高压内部监测。监测采煤机健康状态（通过轴承振动监测）。控制器由PLC处理逻辑分析和判断，由工控机实现工况分析和故障诊断。
图6-2 采煤机结构示意图
图6-3 采煤机自动监控系统的原理图
基于多机器人的无人工作面技术
目前无人工作面技术大都解决了工作面中每个设备单独自动化的问题对工作面设备之间的作用关系研究的少。工作面各设备形成信息孤岛。基于多机器人的无人工作面技术是解决工作面设备之间关系的新思路。基于多机器人的无人工作面模型是建立在将工作面设备进行机器人化改造，通过网络将工作面设备连接在一起。通过布置在工作面内部的移动机器人监测设备之间的相互关系。这些移动机器人通过机器视觉对工作面顶板、底板、煤壁状态进行监测，为控制器正确决策提供有效数据。如图6-4所示为基于多机器人的无人工作面系统。
该系统由地面控制中心、网络系统、工作面控制器、移动机器人、安全监控系统、机器人化改造的设备。
地面控制器
工作面控制器
支架控制器
电液控制阀
机器人化支架
传感器
采机控制器
机器人化采煤机
运输机控制器
机器人运输机
控制器
机器人化辅助设备
通讯系统
移动机器人
移动机器人
支架控制器
电液控制阀
机器人化支架
传感器
安全监控系统
支架控制器
电液控制阀
机器人化支架
传感器
图6-4 基于多机器人的无人工作面系统
1、什么是无人工作面技术？
2、液压支架电控系统的主要特点？
工业工程适用于各行业，它是一门提高生产率的技术，有一整套用于考察、分析、设计和改进，行之有效操作性强的技术方法。把工业工程的哲理与方法结合到各行业各专业中去，即形成具有行业特点的工业工程。采矿工业中的采掘、机电、运输、供销、经营等各方面，规划、设计、基建、生产的各个环节都可以应用工业工程的技术与方法。在煤炭系统，工业工程的应用刚刚起步，现就在岩巷掘进劳动定额和现场管理两个方面的应用初步介绍如下。
劳动定额的概念
在工业企业生产经营过程中，对人力、物力和财力的利用和消耗，都应确定合理的标准，如劳动定额、物资消耗定额、资金占用定额和设备利用定额等。而劳动定额在企业中各类定额中占有重要地位。它是企业劳动管理和整个企业管理的一项基础工作。没有科学的劳动定额，企业规划生产、编制劳动定员、组织生产、贯彻按劳分配、计算工资奖金、实行经济核算等，都会失去科学的依据。
劳动定额是在企业生产过程中，劳动消耗的一种数量标准。劳动定额有两种基本形式。一种是时间定额，亦称工时定额，它是用劳动时间表示，指在一定的生产技术和组织条件下，制造单位产品或工作量所需要的劳动时间消耗标准。另一种是产量定额，它是用劳动成果的数量表示，是指工人在规定的单位时间(日、小时)内所必须完成的合格产品或工作量的数量标准。
时间定额和产量定额是从不同角度来说明同一个问题的。它们之间在数值上成倒数关系，可以相互换算。如矿用轨道道钉加工的工时定额为4 min，则可知其产量定额每小时25个，反之，道钉加工的产量定额是每小时25个，则可知其时间定额是每个4 min。在其它条件不变的情况下，时间定额越低，产量定额越高。反之亦然。
劳动定额除了以上两种主要表现形式外，还有看管定额、服务定额等形式。看管定额，就是指一个工人或一组工人，同时看管机器设备的台数。
劳动定额水平的高低，对企业的生产经营活动有着直接的影响。它是在一定时期内，企业的生产技术水平、经营管理水平和全体职工的思想觉悟与文化技术水平的综合反映。若劳动定额水平过高，多数职工经过努力仍不能达到，就会挫伤广大职工的积极性。定额水平过低，职工不需努力便可轻易地达到或超过，定额就失去了应有的作用。所以，劳动定额水平不能过高或过低，定额水平应先进合理。
劳动定额的作用
劳动定额作为劳动消耗量的标准，在企业经营管理中起着多方面的作用。
1、劳动定额是实行计划管理的基础
在企业计划体系中，编制生产计划需要核算、确定和分配落实生产任务；编制劳动工资计划，需要确定劳动生产率提高的幅度、职工人数、工资总额和平均工资水平；编制供销计划，需要确定各种物料的供应时间、库存数量和产品的供货期限；编制辅助生产计划，需要确定机修、动力及工具制造等方面的工作量和供应时间；编制成本财务计划，需要计算价格，确定成本的水平和降低消耗以及流动资金周转速度和盈利目标。进行这些工作，都要用劳动定额资料作为核算的基础。否则，计划工作就不可能切合实际，达到高质量。
2、劳动定额是组织生产、组织劳动的依据
现代企业生产管理是一个复杂的系统工程。要把它科学地组织起来进行劳动生产，必须在各个阶段各个岗位部规定出完成产品的必要劳动时间及在单位时间内完成必要的产品数，以保证工作、生产在时间上有连续性、节奏性，在空间上有协调性，需要经过复杂的计算，而劳动定额是其计算的主要依据。
3、劳动定额是编制劳动定员的主要依据
劳动定额规定了完成各项任务的必要劳动消耗量，根据不同产品的劳动消耗量，可计算确定开机台数、劳动组织、定员人数，为各生产单位配备相应的人员，节约合理使用劳动力。
4、劳动定额是进行经济核算的基础
实行全面的经济核算，是工业企业加强经营管理的有效措施。它采用价值形式计算分析生产过程中的各种消耗，对经济效益进行评价，劳动定额是计算劳动消耗的标准。产品成本中的工资费用是按劳动定额计算的，设备折旧费用、燃料动力费用、企业管理费用等都是按劳动定额分摊的。因此，离开劳动定额，企业经济核算是无法进行约。
5、劳动定额是贯彻执行按劳分配原则的尺度
在工业企业中，为了正确地贯彻按劳分配的原则，合理地组织工资、奖励工作，就必须对职工进行全面考核。劳动定额的完成和超额完成，集中地反映了工人的技术水平、劳动态度和实际贡献。企业无论实行何种劳动报酬制度，都必须以劳动定额完成情况为考核依据。如果企业没有合理的劳动定额，就无法体现一定量的劳动，领取一定量的劳动报酬的要求，以劳动为尺度的按劳分配就会失去依据，按劳分配的原则就无法贯彻。
用工作研究法制定劳动定额
1、劳动定额的时间构成
劳动定额的时间构成和工时消耗的分类构成相同，包括作业时日、布置工作地时间、休息与自然需要时间和准备与结束时间。作业时间是构成劳动定额时间的主要部分。在单件定额时间，作业时间占的比重一般应占80％以上，布置工作地时间，休息与自然需要时间，分摊到每件产品上为数甚微，一般将这部分时间确定一个占作业时间的百分比。
单件时间定额 = 作业时间 + 布置工作地时间 + 休息与自然需要时间
单件计算时间定额 = 单件时间定额 + 准备与结束时间/班产量（件）
单件时间定额主要用来计算工人在一个班(或小时)内应完成的产量。单件计算时间定额，可以用来计算企业完成生产任务所需要的总劳动量，以及作为计算工人工资和产品成本的依据。
上面是企业一般现行的时间定额计算方法，科学切合实际的计算方法应该是按“工作研究”程序实施的结果(标准时间)。
2、几种劳动定额制定方法评价
我国工业企业制定劳动定额的方法主要有四种：经验估工法、统计分析法、类推比较法和技术定额法，80年代以来开始应用工作研究法。
（1）经验估工法
该法主要是由定额员、技术人员和老工人组成的定额小组，根据他们自己的经验来制定劳动定额。从50年代初期到现在，不少企业一直采用这种方法，它的优点是简便、迅速、工作量小。便于迅速制定与修改定额。缺点是保守，不能体现按劳分配的原则，缺乏科学技术依据，并受到制定人员的主观经验和水平的影响，定额指标有的甚至相差1~2倍，因而工人与定额人员容易发生矛盾。这是一种最原始的方法。
（2）统计分析法
统计分析法是根据过去同类产品或相同的零件、工序的工时、产量的统计资料，在整理和分析的基础上，结合现实的组织技木措施，来确定定额的方法。
统计分析法与经验估工法比较，有一定的资料依据，对工人有一定的说服力。其制定工作也较简便迅速，工作量小。但主要问题是保守，只反映过去达到的平均水平，不利于技术水平和生产率的发展。同时不能体现按劳分配原则，如果不对统计资料作科学分析，可能会出现打击先进，保护落后的情况。
（3）类推比较法
类推比较法，又称典型定额法。它是以同类产品的典型零件、典型工序的劳动定额或定额标准资料为依据，进行对比分析后，推算出另一种产品、零件或工序的工时定额的方法。
采用这种方法制定的定额，具有广泛的通用性，便于保持同类型产品之间劳动定额水平的平衡，提高定额的准确性，也在较大程度上简化了定额的制定。
在运用这种方法时．只要典型定额制定得当，对比分忻工作搞得仔细，就可以收到比经验估工法和统计分析法更好的效果。
但是采用这种方法的前提条件，就是制定一套精确的典型定额标准，如果典型产品或零件选择不当，对影响时间消耗的因素考虑得不充分，也会降低定额的可靠性。
（4）技术定额制定法
技术定额制定法又称技术分析法，是制定劳动定额初步科学的方法。通过现场调查，分析作业的结构、影响因素，设计出合理的作业结构，拟定组织技术措施，对组成定额的各部分时间进行实地观测初分析来制定定额。它可以避免经验估工法和统计分析法的缺点，定额质量较高，可以作为工业企业制定定额的方法。
这种方法虽然较好，但也有一些缺点。这将在介绍工作研究法时阐述。
（5）工作研究法
解放初，我国工业企业中普遍推行了技术定额制定法，当时对我国生产发展起了一定的作用。文革期间，一切劳动定额工作都停止，至今未全面恢复起来。技术定额制定法，它吸收了时间研究的大部分和方法研究的一小部分，忽视了方法研究的重要性，把时间研究和方法研究割裂开来。因此产生了以下几个问题。
① 经验估工法、统计分析法、类推比较法、技术定额法等以上四种定额方法制定的工时定额都达不到先进水平。前三种方法的合理程度不如技术定额制定法，而技术定额制定法不重视方法研究，所制定的定额的基础即工作方法是有问题的，未经改进的，因此其定额是保守的，不能达到先进水平。
② 生产中执行的定额是平均先进定额，但实际上是贯彻不下去的。技术定额制定的定额，是以先进工人为对象而制定的先进定额，在生产中贯彻的定额是现行定额与先进定额之间求得的平均先进定额。由于没有进行方法研究，就不可能建立标准工作方法，一个没有具体操作性强的标准为基础的定额，对工人学习新方法的训练不太可能，因此工人掌握这个平均先进定额是有困难的，很难贯彻下去。
③ 这个平均先进水平定额订得过高，无标准可循，工人难以掌握，只有靠加强劳动强度才能完成定额，引起工人不满；定额定得过低，则起不到提高生产率的作用。
总之，以上四种定额方法、定额水平难以提高，技术水平与生产率就得不到应有增长。
工作研究所制定的标准时间是以普通工人为标准的，是在普通工人通过对先进的标准工作方法的学习训练、掌握先进的工作方法的基础上实施的，而不是加大劳动强度来完成标准时间定额的。因此通过工作研究的循环实施，能不断创新先进的工作方法，制定先进的工时定额，不断提高企业生产率，减轻劳动强度，降低成本，提高经济效益。
3、工作研究法制定劳动定额
劳动定额是在一定的生产技术和组织条件下，制造单位产品所需要的劳动时间消耗标准。这个标准应是先进、合理，而且是绝大多数工人经过训练和努力可以达到的。综上所述，对某产品制造作业，按照工业工程工作研究的方法步骤，设定标准工作方法，决定时间标准，是制定该作业工时标准，即劳动定额达到先进、合理的最好方法。
比如地质条件、技术装备、运输设备及运输系统、断面、劳动组织等一定的条件下，岩巷掘进定额是指成巷1m所需要的时间，或者指日成巷多少米。先进的岩巷掘进队月进100 m以上，差队50 m，甚至更少。认真按照工作研究的步骤做工作，一般而言，差队也可以赶上一般直至达到与超过先进的定额标准。
钻眼爆破法锚喷支护巷道掘进工序一般划分为开工准备、打眼、爆破、通风除尘、装运渣、运输、支护等七道工序。每道工序由若干操作单元组成，每个操作单元又由若干个动作组成。
按照工作研究的实施步骤，先搞方法研究，后搞时间研究。
（1）收集资料及研究前的准备工作
比如技术装备、运输条件、掘进人员组织情况、以往的单进水平、过去和目前的掘进作业规程，等等。调查研究之前，要作好思想发动工作、建立定额研究组织，确定研究人员。
（2）进行程序分析
按照工作研究的工艺流程程序图方式对工艺过程现状(包括时间值)进行详细的记录，利用方法研究分析工具(设问技术，工作改进四技巧，工作改进检查表，动作经济原则)，从开工准备、打眼直到支护，进行操作、搬运、检验、迟延等全过程的分析。以便从整体上发现问题。比如，如果循环作业时间太长。应设法使喷锚工序与其它工序平行作业，以便掘进循环作业工艺流程更加合理化。打眼时间多，应对该道工序作专门分析，即作业分析(第三步进行)。
（3）作业分析
对某些关键工序和工作地进行深入地分析，凡影响掘进速度和掘进质量的因素均不放过，目的是使该工序操作岗位优化。比如，打眼(多台凿岩机)联合作业分析，场地布置与经路分析，运输及其系统分析，打锚杆眼与安装锚杆联合作业分析，喷射混凝土作业分析，砌水沟、铺道与其它工序的平行作业分析，等等。依然运用方法研究分析工具，结合煤矿工作经验综合运用。
（4）寻求最经济的动作序列
运用动作分析的各种技术，对某些工序工人操作过程中的动作进行细微地分析，取消其中多余的、不合理、影响效果的动作，寻求最经济的动作序列。比如，喷射砂浆操作，减少砂浆的回弹量，对降低成本、提高工作效率的作用都较大，其影响因素与配合比、喷射手的动作都有关系。因此，除分析试验配合比以外，还应对优秀喷射手的动作进行仔细分析研究，并按动作经济原理进一步改进，制定其动作序列标准，使训练工人普及先进经验成为可能。
（5）设定标准作业方法
在进行了这一系列层层分析之后，从宏观到微观，从生产要素的配备和组合，到工作地的不置、物流路线和操作方法、不合理的均被取消，一切按最佳化的要求重新设计，从而实现了作业办法的优化，产生了掘进标准作业方法。
（6）作业时间测定
运用时间研究的技术，对按掘进标准作业方法进行的循环作业进行时间测定，进一步消除作业时间上的各种浪费，充分挖掘时间利用的潜力。并根据测定的数据资料制定该岩巷条件下—个循环作业的标准时间。根据测定的作业与非作业的各类时间的比例，并结合煤矿特点，考虑一个循环率，即可算出月进(米/月·队)，或算出米／班·人。这就是需要制订的掘进劳动定额。
（7）制定新的掘进作业规程
根据上述各步取得的成果，结合矿、队情况，加上其它要求，制订新的掘进作业规程。
（8）实施新的掘进作业规程
向有关人员讲解规程并用该规程的标准训练工人(如此制定的标准操作性、科学性很强)，达到要求后力可上岗，使掘进队的各项指标创造新的水平。
（9）检查修订
根据实施情况及时检查、修订，进一步完善提高。
这是一个无止境的循环过程，每循环一次，都要消除—些不合理因素，使掘进队的素质得以提高，产生新的作业标淮，步入一个新的台阶。如此，不断提高技术水平，增加经济效益，不论当初如何落后的队伍都有希望赶上同行业一般水平直到先进水平。坚持下去，不断苦练内功，可超过先进水平。
用工作研究改进劳动定额的过程，对各方面的工作都适应。工作研究是改进工作，提高水平，增产增效，走内涵式发展生产道路的有效途径，是科学的切实可行的管理方法。
按上述方法的全过程制定劳动定额很麻烦，工作量太大，同时很难做到对每道工序、每个操作都能对其影响因素进行研究和测定。这就产生了制定劳动定额的速度与精确度之间的矛盾。为了解决这个矛盾，减少制订定额的工作量，提高定额的制定速度，应先制订“劳动定额标准”，即先在同行业同工种中，把经常出现的工序及工序的组成部分(操作单元等)，或同类工序、同类工件制订出单项时间定额标准。这类标准是由一系列数据组成的。有了这些“劳动定额标准”，同类型各项作业劳动定额的制订工作，可以用合成方法计算，再酌情搞少部分测定来制订。这样就大大简化了定额的制订工作。关于劳动定额标准化工作，在此不多介绍，可以参考有关资料。
矿山作业分析的实例
平顶山一矿综采队为四六工作制，人数根据工作面长度、开采条件不同为116—156人不等。从工种划分可分为常定工种和非常定工种，其中，常定工种为工作面所有司机、验收员、班长、队干部；非常定工种为支架工、端头工、维修工。以21060工作面为例，采煤班劳动组合如表7.1所示。
表7.1 采煤班劳动组合
工种
人数
支架工
7
割煤机司机
3
刮板输送机司机
1
修理工
2
队干部
1
工种
人数
泵站司机
1
端头工
4
转载机司机
1
验收员
1
班长
2
1、移架作业分析
工作面共有支架120架，端头工负责4架，支架工负责116架，采用分段接力作业，每人负责16—17架。
支架工作业内容：移架、清理浮煤和窜矸。
（1）作业时间观测
用秒表观测支架工作时间（不含清理浮煤和窜矸）统计如表7.2。
表7.2 支架工作业时间统计表
作业时间
（S/架）
次数
作业时间
（S/架）
次数
作业时间
（S/架）
次数
16
17
20
25
26
27
6
6
6
15
23
21
28
30
32
35
36
40
23
34
24
15
14
12
41
46
50
75
90
145
11
5
5
4
3
1
（2）观测结果分析
① 计算移架工平均工作时间
式中 ——作业时间之和，s；
——观测次数。
② 剔除异常值
剔除异常值常采用“三倍标准差”法，标准差计算公式为：
式中 ——标准差；
——移架时间观测值，S/架。
代入数据得： =12.17。根据三倍标准差值，正常时间应在（ , ）区间内，即（-4.31，68.71）区间内，而移架时间是不可能小于0的，因此，正常移架时间为（0，68.71）区间。表3.2中，不属于区间的时间值有8个，予以剔除，正常移架次数为244次。
③ 稳定性系数
式中  ——移架时间稳定系数。
（3）割煤机没进一刀单人移架一循环所需时间
① 移架时间
(s)= 57.76 (min)
② 移架间隔时间
据观测，相邻支架之间作业间隔时间为8S，则总的间隔时间
T2 = 8×114/60 = 15.2（min）
③ 清理窜矸时间
由于工作面顶板比较稳定，窜矸现象较少8—10架有一次窜矸，清理时间每次为4—6 min，平均5 min，故工作面移架一遍清理窜矸时间为
T3 =（114/8）×5 = 72（min）
④ 清理浮煤时间
清理浮煤一般每三架一次，平均一次1 min，则割煤机每割一刀，支架工清理浮煤时间为
T4 = 114/3×1 = 38（min）
综上所述，工作面每进一刀，移架工总工作时间为：
T = T1 + T2 + T3 + T4 = 182.96（min）
（4）割煤机割一刀煤所需时间
经测定，割煤机割一刀煤所需运行时间组成如表7.3所示。
表7.3  割煤机运行时间组成
运行区间
正常割煤
割三角煤
空运行
工艺性间断
合计
时间（min）
39
7.7
4.6
20
71.3
（5）支架工作作业方式的改进
平顶山一矿综采面移架工现行作业方式为接力作业，各管一段，若该接力作业为追机作业，按移架所需时间与割煤机割一刀所需时间比较，所需支架工人数为：
R = 182.96/71.3 = 2.56 (人)
取R = 3人，则割煤机没进一刀每个支架工工作时间为182.96、3=61min。平均每班割煤按4刀计算，则每个支架工每班操作时间为61×4 = 244 min，工时利用率为244/360= 0.678 = 67.8%。
图7.1 端头工作业区域示意图
1——液压支架；2——割煤机；3——机头；4——顺槽放顶线；
5——铰接顶梁；6——液压支柱；7——棚腿；8——缺口
（6）支架工作分析
由前述分析可知，支架工操作时间稳定系数为0.32，低于标准值0.6，说明其操作是不够熟练的，如果进一步提高操作熟练程度，总的移架时间可进一步缩短。
按现行7个支架工计算，其工时利用率为（244×4/7）/360= 0.387 = 38.7%，即改进后的工时利用率比改进前提高29.1%。
2、上、下端头工作业分析
（1）端头工作内容
① 移机头、机尾及附近的3架支架；
② 回撤上下顺槽金属棚。
（2）端头工作业区域
端头工作业区域示意图（下端头）如图7.1所示。
（3）端头工作业流程
端头工作业流程图见图7.2所示。
（4）作业流程分析
① 工作面始终保持两个端头工，每次作业时间为92.5 min，每班2次（每刀一次），则端头工的工作利用率为92.5×2/360= 0.514 = 51.4%。
② 若上下端头各保持一名端头工，需要两人同时作业的时间之由40min，另一人可由班长或验收员代替，则端头工工时利用率为117.5×2/360= 0.653 = 65.3%，工时利用率提高13.9%。并且,割煤机割2刀煤的时间为142.6 min，大于117.5。因此，每个端头如果只安排一个端头工，不会影响割煤机的运行。
3、改进后采煤班劳动组合及效益分析
通过对支架和端头工的作业分析，综采面采煤班的劳动组合可改进如表7.4。
表7.4 改进后采煤班劳动组合
工种
人数
支架工
3
割煤机司机
3
刮板输送机司机
1
修理工
2
队干部
1
工种
人数
泵站司机
1
端头工
2
转载机司机
1
验收员
1
班长
2
采煤班人数由原来的23人减少为17人，工效提高26%，成本工资部分可降低26%。由于工作面人数减少，安全状况业会进一步的改善。
图7.2 端头工作业流程图
1、简述劳动定额的作用。
2、阐述劳动定额的时间是如何构成的？
工业工程在矿山现场管理中的应用
现场管理的重要性
现场是从事生产性作业或为其服务的场所，即生产第一线。
企业投入的各种生产要素，只有在生产现场优化组台以后，才能转换为直接的生产力。企业的各项管理目标都要通过现场来实现。
现场管理水平，直接影响到产量、质量、品种和交货期。废品、不良品产生于现场，损失、浪费和各种事故也发生在现场。现场管理好了，有质量、有安全、有效益，现场管理不好，—切都无从谈起。
我国不少企业管理落后，现场管理更为落后。现场纪律松弛，生产秩序混乱、操作无标难，职责分不清，规章制度形同虚设，各类事故频繁，供应不及时．生产不均衡，人浮于事，无效劳动，长明灯，长流水，到处跑、冒、滴、漏，环境脏、乱、差，布局不合理，乱堆乱放、作风散慢，人员素质不高，等等。企业这样的现场状况，不可能生产出优质产品，也不可能创造出良好的经济效益，加强企业管理，首先要抓住现场管理中存在的问题，从现场入手解决问题。
工业工程是现场管理的优化技术
现场管理的优化，一般都要从分析现场存在的问题入手，抓住主要矛盾，对生生力诸要素不断进行优化配置，使其经常处于最佳运行状态，并对投入、产出全过程进行系统地有效控制，提高现场的运行效能。工业工程中的工作研究(亦称基础工业工程)等技术既是对现场存在问题进行分析、诊断的实用技术，又是对诸生产要素和整个生产系统进行优化的工具。
（1）对作业管理的优化，实际上就是运用工作研究的方法研究和时间研究技术，对现场的作业方法、作业程序、作业效率以及影响作业的各种因素进行分层次地、系统地分析和改进。
运用程序分析的方法对生产系统进行全过程的分析，以消除其中多余的、浪费的、无效的作业环节，从宏观上对作业系统加以优化。
运用作业分析的方法对影响操作的各种因素，如操作方法、设备、工具、工装、原材料和环境条件，以及人和设备之间的关系进行分析，使工作地得以优化。
运用动作分析的方法，对操作者的动作进行分析，剔除不合理和多余的动作，使作业简便、易行、安全、有效。
此外，还可以运用方法研究的线路图，记录和分析现场布局，研究各种人流、物流、信息流的状态，寻求优化措施等等。
可以说对生产现场作业管理的优化，实际上就是全面应用基础工业工程即工作研究的活动。
（2）对物流管理、生产现场成本控制、劳动组织和岗位责任制等现场管理内容的优化，都可以不同程度地应用工业工程。运用线路图对物资路线进行记录和分析。运用时间研究技术确立标准时间为成本管理和计划控制提供依据。对劳动组织的优化以及岗位责任制的建立都应通过方法研究和作业测定，使劳动者与生产资料、生产环境之间达到最佳组合，使每个岗位明确其任务或目标是什么，什么时间干、怎样干，达到什么要求等等。
（3）对生产现场状况的诊断。主要是围绕着使企业的空间布局经济合理，时间衔接紧凑，提高人机工作效率，促进物流畅通等内容而展开，主要有以下几个方面：
① 生产空间配置状况诊断。主要研究企业各单位之间、各生产线之间、各工序之间在空间安排上是否紧凑，从而判断能否进一步缩短运输路线，提高生产效率。分析判断的方法主要是运用流程程序图的路线图记录现场实况，将加工对象在厂内或车间内的流动路线、厂房、设备的配置状况，加工路线和运输路线的长短以及往返运输的次数等详细写实，然后运用方法研究的分析技术，发现其中存在的问题并探讨解决问题的途径和措施，最后确定出加工路线最短、运输路线最短、中顿时间最短，即生产周期时间最短的方法。
② 生产时间衔接状况诊断，即分析诊断各工序之间在时间衔接上是否紧凑，从而判断能否进一步缩短生产周期。具体方法，主要是运用工艺程序图进行工艺程序分析，即对产品的整个生产过程，从工序的总体设计方面调查分析其现状，通常是运用方法研究的设问技术和分析改进四种技巧进行有
针对性的分析。看是否可以通过变更工序顺序、合并有关工序、取消不必要的工序和改手工操作为机械化等措施设计、编排合理的工序内容及顺序，达到提高生产效率、缩短生产周期、降低产品成本的目的。
③ 厂内运输诊断——为缩短运输距离、提高运输效率、减少运输次数、降低运输费用、降低运输作业劳动强度、保证运输安全等所进行的分析诊断。通常包括运输工序分析、运输路线分析、物料运输的方便程度分析、运输重量分析、运输效率分析等内容。这些方面的分析也都是工业工程中各种分析技术的具体应用。
（4）文明生产管理，又叫现场环境管理，它要求企业按照现代工业生产的客观要求，创造良好的现场环境，建立良好的现场秩序。我国企业在这方面有许多创造，同时也从国外引进了“5S”与“定置管理”等做法和经验，这些实际上也都是工业工程内容的引伸，是对文明生产管理方法的系统化和优化。
在企业里应用工业工程可以从开展“5S”活动起步，再通过定置管理，使现场面貌发生明显改观，为深入全面地优化现场打下一个良好基础。
“5S”活动是一种现场管理活动，是丰田式管理方法的一项内容。所谓“5S”就是指整理(Seiri)、整顿(Seiton)、清扫(Seisoh)、清洁(Seiketsu)、素养(Shisuke)。
“5S”活动在日本企业中推行得十分广泛。它相当于我国厂、矿开展的文明生产活动。其含义是生产文明化或科学化，要使生产现场保持良好的生产环境和生产秩序；而不是不讲科学，单凭经验组织生产，生产现场“脏、乱、差”与管道到处“跑、冒、滴、漏”等。
煤矿井下的各个生产环节，均可依照上述方法进行优化工作。
一种实用的现场管理方法——定置管理
定置管理是日本学者清水万里根据工业工程的理论所创造的一种企业现场管理方法。1985年前后传入我国，在我国许多企业应用都获得了满意效果。定置管理已成为国家重点推广的一种企业管理新方法。
1、定置管理的概念
定置管理同工业工程一样把生产过程中的人、物、环境等要素构成的系统做为研究对象，解决系统的优化问题。定置管理侧重通过对人、物与场所之间的位置关系的研究，合理确定或调整生产现场各类物件的放置位置、放置方法，协调人与物、人与场所以及物与物的关系．实现生产要素的最佳结合，达别提高现场作业效率，实现文明生产和安全生产的目标。实际上它是“5S”活动的一项基本内容，是“5S”活动的深入和发展。
2、定置管理的基本内容
定置管理的内容并不复杂，最基本的工作是研究三种结合状态，处理好三个关系。三种结合状态是：物与人，物与场所，场所、物与信息的结合状态；三种关系是：物与人，物与场所，场所、物与信息的关系。把这三种状态研究得越透彻，这三方面的关系处理得越好，定置管理越能收到好效果。
（1）物与人的关系
开展定置管理理的关键是对生产现场的物与人结合状态的分析研究。为了对人与物的结台状态进行定性的分析，通常将其划分为三种基本状态。
① A状态——人与物处于能够立即结合并能有效地发挥其效能的状态。例如摆在工作台作业区域里的工具，使用时能随手拿到，省时、省力。
② B状态——人与物处于松驰结合的状态，当操作者要使用该物时，常需寻找，所以人与物结合的效能不能很好发挥。如工具、物料放在远处或放在地上，工人使用这工具、物料时，常需寻找或从地上拾起，费时、费力。如若达到A状态，需要经过整理、整顿。
③ C状态——人与物并无联系的状态。这种物品与现场作业者毫无关系，不需要操作者去同它结合。如报废了的工装、设备、工具，生产的废品、切屑等。这些物料放在现场，占用现场生产面积，影响操作者的作业活动，应该搬走或处理。
这三种结合状态明确之后，还可以用特定的颜色加以标识。如分别用绿色、红色、黄色表示各种结合状态，使之易于区分，防止混淆。
（2）物与场所的关系
人与物的结合是建筑在物与场所正确结合的基础之上的。因为物是经常放置在某一场所的，放置的位置和方法是否正确合理，对入与物的结合有直接的影响。研究物与场所的正确结合，要应用工业工程的方法研究技术和动作经济原则，依据工艺要求确定各类物品的摆放位置，以保证作业者能以最快的速度、最少的时间、最简单的动作和最少的体力消耗完成其作业，实现人与物的最佳结合。
所谓定置，就是要确定物品在场所内的位置。定置的状态有两类：一类固定位置，一类自由位置。
① 固定位置——指物品的放置场所固定、存放位置固定、物品的信息媒介物固定。对于生产过程中经常重复使用的工具、枪具、量具、模具、工位器具、运输工具等宜采用固定位置的管理方式。这类物品的定置，可使操作者每次使用时能以最少的时间、最少的动作拿到手，使用之后仍放归原处。养成习惯，能显著地提高作业效率。
② 自由位置——指物品虽有固定的放置区域，但无严格固定的放置位置。至于某些物品在固定区域内如何放置，可依据实际情况处置。比起上述的固定位置的方式来，这种方式有一定的自由度，故称自由位置。这种方式适合于那些不重复使用的物品，如生产流程中的原材料、毛坯、零件等。这类物品除了不再重复使用之外，还由于它们的种类、规格、数量经常变化，所以很难采用固定位置的管理方式。只能对每种类型的物品规定一个放置区域，如毛坯放置区、半成品放置区、废品放置区、返修品放置区等。在各个区域内可从便于收发、便于点数、防止混淆和充分利用空间等方面考虑具体的存放地点和存放的方法。
（3）场所、物与信息的关系
生产过程中的物品不仅种类繁多，而且有的还处于流动状态，为了使这些物品能与操作者顺利结合，为了使物品的流向以及流动的数量经常处于受控状态，都需要有一定的信息来引导。通常把那些在人与物、物与场所结合中起引导、控制、确认作用的信息载体叫信息媒介，信息媒介总的可分为两类，即引导信息和确认信息。
① 引导信息——它能告诉你“某物在何处”、“该处在哪里?”。例如，“位置台账”就是一种引导信息，它可告诉你该物存在在何处，“定置图”标明物品放置的具体场所、位置在哪里。有了引导信息，就能很方使地找到存放该物品的场所并找到该物品的存放位置。
② 确认信息——准确无误地表示定置物的信息。如各种区域标志线、标志牌以及场所标志(名称、编号，图示)，它能告诉你“这儿就是该场所”；还有各种物品的表示卡片(名称、代号、规格、数量……)可告诉你“这就是该物”。
在定置管理工作中信息媒介很重要，不仅要很好地进行设计，而且要标准化，做到人人都能准确识别。
晋城矿务局王台铺煤矿开展定置管理的实例
王台铺矿1994年建立和完善了定置管理有关规定和考核办法，全矿各经营生产现场和办公场所初步实施了定置管理。定置率达85％，尤其是重点对生产经营现场，如机修厂车间、供应科、机电科、木场及库房等进行了整理、整顿，在矿务局检查中受到了好评。1995年该矿定置管理工作在进一步完善制度和考核力法、提高定置管理水平的基础上，重点要放在机关各办公室及办公室资料柜的定置管理上，使办公室定置管理工作逐步走向定置标准化、规范化轨道，达到有物必有区、有区必有牌、按区存放、按图定置、固物相符的目标。同时要积极处理好人、物、环境与时间和空间的相互关系，随时整理和消除与生产、工作无关的物品，把生产、工作现场所需要的物品放在规定位置，以实现生产现场的合理秩序和办公场所的清洁整齐，提高工作效率之目的。
井下定置管理工作则同质量标准化和文明生产结台起来进行。
1、王台铺矿定置管理制度
（1）组织管理制度
① 企管科负责全矿定置管理的实施和检查工作，日常的咨询、指导和月、季的汇总奖惩工作。
② 各单位现场管理组负责本单位定置管理工作，其职责是督促、检查、指导本单位定置管理工作按期完成，接受矿、局对本单位的检查，对提出问题负责整改落实。
③ 对定置管理工作中有重大疑难问题需要处理时，由矿现场管理领导小组进行裁定。
④ 企管科负责拟定每年度定置管理规划情况及时修订有关定置规定和检查考核办法。
（2）定量管理主要规定
① 生产现场和车间定置：生产现场，如木场、库房等，区域定量要做到物品分类清楚，图牌标志明显，牌场相符；车间定置要科学合理地对设备、工位器具、铺具、运输工具进行定置，既符合工序流程要求，又有利于文明生产。
② 车间工具箱内定置，要做到箱内物品分类清楚，摆放整齐，定置图与物品相对应。
③ 办公家物品定置可分为A、B、C三类。一般情况A类物品用红色作标记，B类物品用蓝包作标记，C类物品用黄色作标记。
④ 资料柜资料定置管理。要根据各单位实际情况合理进行分类，统一进行定置，以实现资料管理档案化，提高工作效率。
⑤ 无论什么定置都要随着定置管理的深化以及区域、物品的变化和移动，及时设置新的定置图，使其始终保持图物相符。
⑥ 对有关危险、有害物品要实行特别定置，以保证生产现场的安全。
（3）检查考核办法
① 定置管理工作同现场管理检查同步进行，纳入现场管理检查考核之中。
② 每月矿、局现场动态检查或季度现场管理检查定置管理发现问题或出现扣分罚款现象按矿有关文件检查考核执行。
2、王台铺矿定置管理有关考核标准
（1）办公室定置管理考核标准  见表8.1。
（2）生产场所（室内）定置管理考核办法  见表8.2。
（3）治理跑、冒、滴、漏考核标准  见表8.3。
表8.1 办公室定置管理考核标准
序号
评    分    标    准
标准分
1
办公室有定置图得20分，没有定置图不得分
20
2
定置图分类标志明显得15分，分类标志不清扣5~15分
15
3
定置图与实物相符得20分，一处不符扣5分
20
4
室内环境、窗明地净得10分，否则酌情扣1~10分
10
5
文件柜能分类摆放，图物相符，且整洁有序得5分，未分类扣5分，图物不符扣5分，摆放混乱扣5分
15
6
办公用具摆放合理，整洁得20分，摆放不合理扣10分，不整洁扣10分
20
表8.2 生产场所（室内）定置管理检查考核办法
项   目
评    分    标    准
标准分
一、定置管理图
有定置管理图得满分，有图但内容不全，少一处扣2分，扣完20分为止
20
二、工位器具管理
设备器具按图定置得满分，一处与定置图不符扣2分，扣完20分为止
20
三、生产现场区域管理
生产现场区域、工件、设备或产品、材料等，物有区、区有牌、挂牌分类、分类清楚，标志明显得满分；未挂牌，分类不清楚，无标志一处一项不合要求扣2分，扣完20分为止
20
四、工具箱管理
1. 工具箱摆放整齐得10分，不整齐酌情扣1~10分
2. 有工具箱定置图得10分，无图不得分。有定置图但无分类，标志不清，每有一项不符合扣2分，扣完10分为止。
3. 实物与定置图相符得10分，一处不符扣1分，最多扣5分；实物名称数量和负责人少一项扣1分，扣完5分为止
30
五、环境卫生
工作或生产现场干净整洁得满分，否则酌情扣1~10分
10
表8.3 治理跑冒滴漏考核标准
章
条
标准规定
标准分
评分办法
一、
基
础
管
理
160
1
各单位治理领导小组积极开展工作，认真部署，安排本单位的各项治理工作，努力完成各项治理任务
10
查各领导小组工作记录， 不开展工作扣10分。治理任务完成不好扣5分
2
各单位要于每季度首月5日前向局治理办公室提交本单位上季度治理工作总结
10
未提交季度工作总结扣10分，不按时上交扣5分
3
加强治理联系电话和监督电话管理工作，对群众反映的问题要认真登记并要给予明确答复（内容包括时间、地点、存在问题及处理情况等）
40
查两种电话记录，每发现一处有问题扣2分；集资电厂、水泥厂、农林处等单位查治理工作记录，每发现一处有问题扣2分（最多扣40分）
4
对于群众反映的问题要做到及时处理，保证质量，原则上较大的跑冒滴漏问题要在2h内派人赶赴现场处理，一般问题必须在24h内解决
40
查有关记录或根据局监督电话结果，每发现一次达不到标准扣5分（最多扣40分）
5
要认真执行用户签字认可制度，搞好水电维护维修工作，保证群众满意
60
未执行用户签字认可制度扣20分；
抽查用户签字卡片，每发现一份无用户签字扣5分；
随访五位群众，每发现一人对维修服务质量不满意扣5分
（最多扣40分）
二、
规
章
制
度
160
6
有本单位年度治理目标和治理计划，明确重点治理项目和各项治理任务的完成时间
50
无治理目标或治理计划不得分，未明确重点治理项目或完成时间扣5分；
查当季治理计划完成情况，每发现有一项未完成扣5分
（最多扣30分）
7
有完善的水、电、油、气（汽）管理制度并严格执行
40
管理制度每缺一项扣5分
每有一项制度执行不好扣5分
8
对各项治理工作要有严格的岗位责任考核奖惩办法并能认真执行
30
无考核奖惩办法每缺一项扣10分；
查当季考核资料，未考核每缺一项扣10分，考核不严格扣5分
（最多扣30分）
9
建立健全维护维修巡检制度，对常规维护维修区域要分片包干、定期巡检并要认真做好各项原始记录
40
无巡检制度不得分。查巡检记录每发现一次未定期巡检扣5分。记录不认真每发现一处扣2分
（最多扣40分）
三、
水
电
收
费
管
理
80
10
加强职工生活用水用电收费管理工作，严格执行局有关水电收费管理办法和规定。各单位要制定相应的实施办法或实施细则，并能认真执行
30
不开展收费工作不得分；无实施办法或实施细则缺一项扣5分。执行不严发现一次扣5分
（最多扣30分）
11
搞好生活用水用电收费工作，每季至少对所有用户进行一次水电查表登记和收费工作
50
查有关资料，每发现一户未按规定时间查表登记和收费扣2分
（最多扣50分）
四、
工
作
绩
效
600
12
各种供用水设施达不到不跑、不冒、不滴、不漏要求，消灭长流水、长滴水现象，保证下水畅通，不堵不冒
300
抽查各常规管理区域，每发现一处达不到标准要求扣3分
（最多扣300分）
13
供用电系统消灭跑漏电和高耗电现象，杜绝“长明灯”、“长灭灯”现象。各类用电器具要完好有效，符号有关安全规定要求
100
抽查各常规管理区域，每发现一处“长明灯”现象扣2分；每发现一处“长灭灯”扣1分。用电器具损坏（开关、刀闸等）每发现一处扣1分；每发现一处非法使用大灯泡（100W以上）和电炉扣5分
14
各种在用设备消灭渗漏油现象，用油设备静止结合面不允许有油迹，运动结合面允许有油迹。但擦干后3min内不漏油
100
查在用设备，达不到标准要求每发现一处扣2分，漏油成滴每发现一处扣5分
15
供热采暖系统消灭跑水跑汽现象。煤气供应系统严禁泄漏气现象发生
100
查供热系统，每发现一处跑水、跑气扣2分；煤气系统每发现一处泄漏现象扣5分。造成危害不得分
1、简述现场管理的重要性。
2、阐述如何运用工业工程技术进行现场管理？