矿山质量控制专家决策支持系统

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.01.001 第15卷第4期 北京科技大学学报 Vol.15 No.4 1993年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1993 矿山质量控制专家决策支持系统 舒航* 陈希廉* 童光煦* 摘要：采用VP-EXPERT和LOTUS1-2-3分别构建了专家系统(ES)和决策支持系统 (DSS),并用VP BCALL和DOS BAT将ES与DSS连接，构成配矿专家决策支持系统 (EDSS),对大型露天铁矿成品矿仓放矿质量施以控制。 关键词：矿石质量控制，专家系统、决策支持系统、专家决策支持系统 Expert Decision Support System for the Control of Ore Quality Shu Hang' Chen Xilian'Tong Guangxu'* ABSTRACT:The expert decision support system(EDSS)for the control of ore quality in the production ore-bins of one large scale open pit iron mine has been constructed.The EDSS was integrated with the ex- pert system(ES)developed by expert system tool software VP-EXPERT and the decision support system (DSS)developed by integrated software LOTUS 1-2-3.The ES and DSS were linked together using VP BCALL and DOS BAT. KEY WORDS:ore quality control,expert system,decision support system,expert decision support sys- tem 矿仓放矿质量控制，不仅涉及到矿仓组合质量平衡计算，也涉及到许多非定量因素， 这只有通过专家决策支持系统(expert decision support system-EDSS)才能较理想地解 决。 根据某大型露天铁矿成品矿心的特点，以及采场和码头的质量关系，EDSS的设计必 须兼顾宏一微观配矿整个质量流程。VP-EXPERT系骨架型专家系统开发工具，具有较 强的知识处理能力和协同功能，为知识库的设计和与决策支持系统的集成，提供了较为理 想的开发环境。 L0TUS1-2-3系多功能集成软件回，具有较强的计算功能和模型处理能力，尤其是其 宏功能、If功能及条件检索功能等，为DSS的设计暨对ES实现支持提供了手段。 1配矿EDSS的结构 为节省内存，提高系统运行速度，对整个EDSS体系采用ES子系统与DSS子系统 分离结构；在ES子系统内部，采用知识库系统(KBS)独立、模块化链接结构；在DSS *1992-10-18收稿第一作者：男，32岁，博士后 *地质系(Department of Geology) **采矿系(Department of Mining Engineering)

第 巧 卷第 4 期 1 9 9 3 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s it y o f S c i e n e e a n d T e e h n o l o gy B e ij i n g V 0 1 . 15 N 0 . 4 A u g . I 99 3 矿山质量控制专家决策支持系统 舒 航 * ` 陈希廉 * 童光煦 * ` 摘 要 : 采 用 v P 一 E x P E R T 和 L O T u s l一 2 一3 分 别 构 建 了 专 家 系统 (E S) 和 决 策 支 持 系统 (D S ) ,并 用 V P B C A L L 和 D O S B A T 将 E S 与 D S 连 接 , 构成 配 矿专 家 决策支 持 系统 (E D S S ) , 对大型露 天铁矿成品矿 仓放矿 质量施以 控制 。 关键词 : 矿石质量控制 , 专家系统 , 决 策支持系统 , 专家决 策支持 系统 E x P e r t D e e i s i o n S u P P o r t S y s t e m of r t h e C o n t r o l o f o r e Q u a l i t y hS u H 口塔 ` ’ C h e n iX lia n ` oT 塔 G u a 塔x u * * A B S T R A C T : T h e e x p e r t d e e i s i o n s u p p o r t s y s t e m (E D S S ) of r t h e e o n tr o l o f o r e q u a li t y i n t h e P r o d u e t l o n o r e 一b i n s o f o n e l a r g e s e a l e o P e n P i t i r o n m i n e h a s b e e n e o n s t r u e t e d . T h e E D S S w a s i n t e g r a t e d w i t h t h e e x - P e r t s y s t e m (E S ) d e v e l o P e d by e x P e r t s y s t e m t o o l s o ft w a r e V P 一E X P E R T a n d t h e d e c i s i o n s u P P o r t s y s t e m ( D S S ) d e v e l o p e d b y i n t e g r a t e d s o ft w a r e L O T U S I 一 2一 3 . T h e E S a n d D S S w e r e li n k e d t o g e t h e r u s i n g V P B C A L L a n d D O S B A T . K E Y W O R D S : o r e q u a li t y e o n t r o l , e x P e r t s y s t e m , d e e i s i o n s u P P o r t s y s t e m , e x P e r t d e e i s i o n s u P P o r t s y s - t e l l l 矿 仓放矿 质 量控制 , 不 仅 涉及 到矿 仓 组合质量平衡 计算 , 也涉 及到 许多 非 定量 因 素 , 这 只有通 过专家 决策支持系 统 ( e x P e r t d e e i s i o n s u p p o r t s y s t e m 一 E D S S ) 才能较理 想地解 决 。 根 据某大型露 天铁矿 成 品矿它 的特点 , 以 及 采场 和码 头的 质量关系 , E D S S 的设计 必 须 兼顾 宏 一微观配 矿 整 个质 量 流程 。 v P 一E x P E R T 系骨 架 型专家 系统开发 工具! ’ l ,具有较 强 的知 识处 理能 力和 协同功能 , 为知识库的设计和 与决策支持系 统的集成 , 提供了较为理 想 的开 发环 境 。 L O T u s l一 2一 3 系 多功 能集成软件z[J, 具有 较强 的计算功 能和模型 处理能力 , 尤 其是 其 宏功能 、 fI 功能及 条件检 索功能等 , 为 D S S 的设计暨对 E S 实现 支持提供 了手段 。 1 配矿 E D S S 的结构 为 节 省 内存 , 提高系统运 行速 度 , 对整 个 E D S S 体系采 用 E S 子 系统与 D S 子系 统 分离结构 ; 在 E S 子系 统内部 , 采用 知识 库系统 ( K B )S 独立 、 模块 化链 接结构; 在 D S S * 19 9 2一 1 0一 1 8 收稿 第一 作者 : 男 , 32 岁 , 博 士后 * 地质系 ( D e P a r t m e n t o f G e o l o g y ) * * 采矿系 ( D e P a r mt e n t o f M i n i n g E n gi n e ir n g ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 04. 001

·324· 北京科技大学学报 1993年No.4 子系统内部，采用宏命令(KMC)控制块体结构。整个EDSS组织结构由VP-EX PERT支撑，LOTUS1-2-3及DOS BAT支持运行。 EDSS的软件结构见图I。 Actions模块 KBI Statements模块 Actions 模块 ES KBS2- Ruls模块 Statements模块 Adtions 模块 EDSS- LKBS3 Rles模块 Statements模块 DOS一BAT-批处理文件 一PART1-基本参数结构块 -DSS PART2-数字处理与模型识别结构块 广PART3-条件检素结构块 一PART4-可行方案集合结构块 图】配矿EDSS的软件结构 Fig.1 Software structure of ore-blending EDSS 可见，EDSS主要由ES和DSS组成。其中：ES子系统又包括KBSI、KBS2和 KBS33个知识库系统(KBSI包含ACTIONS模块和陈述模块；KBS2包含ACTIONS 模块、规则模块和陈述模块：KBS3包括ACTIONS模块、规则模块和陈述模块)。 DSS由4个部分组成，即：PART1:基本参数（或叫接收信息块）；PART2:数字 计算与模型识别块（或叫信息处理块）；PART3:条件检索块（或叫检索抉择块）； PART4:可行方案集块（或叫信息反馈块） 2EDSS的信息传输过程 EDSS信息传输过程见图2。 ES:KBS1 CHAIN ES:KBS2 BCALL DSS: PARTIEMPART2KMPART3KMPART4 BCALL+CHAIN ES:KBS3 图2配矿EDSS停息传输过程 Fig.2 Transmitting messages process of ore-blending EDSS 知识库系统KBS1和KBS2的信息，经WKS途径传递给DSS(LOTUS I--2-3系

· 2 4 3 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 1 9 9 3 N o . 4 子 系 统 内 部 , 采 用 宏 命 令 ( K M C ) 控 制块 体结 构 。 整 个 E D S S 组 织 结 构 由 V P一 E X - P E R T 支撑 , L O T U S I一 2一 3 及 D O S B A T 支持运行 。 E D S S 的软件结构见图 1 。 A d io 飞 棋 块 往 n r n st 模 块 模 块 S at et r 公n st 模 块 E l万S 模 块 模 块 本 参 数 结 构 块 字 处理 与 模 型 识 别 结 构 块 件 检 索 结 构 块 行方 案集合 结 构块 图 l 配矿 E O S S 的软 件结构 F i g . l S o ft w a r e s tr u e t ” r e o f o r十 bl e n d i n g E D S S 可 见 , E D S S 主 要 由 E S 和 D S S 组 成 。 其 中 : E S 子 系统又 包括 K B S I 、 K B S Z 和 K B S 3 3 个 知 识库 系 统 ( K B S I 包 含 A C T IO N S 模 块 和 陈述 模块: K B S Z 包 含 A C T IO N S 模块 、 规则模块 和陈述 模块; K B S 3 包括 A C T IO N S 模块 、 规则 模块和陈述模块 ) 。 D S S 由 4 个 部分 组 成 , 即 : P A R T 卜 基 本 参数 (或 叫接收 信息 块 ) ; P A R T :2 数 字 计 算 与模 型 识 别块 ( 或 叫 信息 处 理块 ) ; P A R T 3 : 条 件 检 索 块 ( 或 叫 检 索 抉 择 块 ) ; P A R T 4 : 可行方 案集块 (或叫信息反馈块 ) 。 2 E D S S 的信息传输过程 E D S S 信息传输过 程 见图 2 。 } , s : P ” T , , PRA ZT 明 P RA T, 叨 PRA 4T 图 2 配矿 E D S S 信息传翰过程 F ig . 2 T r a o s m i币 n g m es a g es Por e es o f o -er b l e n d i n g E D S S 知 识库 系 统 K B S I 和 K B S Z 的 信息 , 经 W K S 途 径 传递给 D S S ( L O T U S I一 2一 3 系

Vol.15 No.4 舒航等：矿山质量控制专家决策支持系统 ·325· 统)。在DSS内部，信息受KMC控制依次传递PART1-→PART2→PART3→PART4。 DSS信息经PART块系列处理后，再由PWKS途径反馈回KBS3(VP-EXPERT 系统)。整个EDSS的信息传输，主要靠ES的3个KBS来实现。 3EDSS咨询决策过程 EDSS咨询决策过程见图3。 知识库1 知识库2 基本参数填充与修改 矿仓配（放）矿选择决策 生成可行方案集 方案组合运算与可行性判断 DSS 知识库3 可行方案Fuz四y优化决策 ES 图3配矿EDSS咨询决策过程 Fig.3 Consulting decision process of ore-blending EDSS KBS1主要用于配矿基本参数值的赋给。在此库工作状态，咨询者须填入矿仓贮矿基 本数据（矿石量和品位），并对配矿质量要求（包括矿量和品位）给定值域范围。基本信 息赋值完成后，KBS1自动将其传输给DSS的PART1,并转人KBS2工作状态。 KBS2主要任务是对矿仓是否参与配矿进行专家咨询决策。所研究的矿山具有14个 成品矿仓。由于受各种因素的影响，在矿仓优配组合放矿控制过程中，有的矿仓必须要 求参加配矿，有的一定不能参加配矿、有的则既可以参加也可以不参加配矿，这就需根据 生产实际，结合专家经验来对矿仓配矿类别加以判断和决策。矿仓选择决策结果，由 KBS2直接传输给PART1。决策信息传输完毕后，系统在BCALL指令和DOS BAT的 引导下，EDSS由VP-EXPERT状态直接切换到LOTUS1-2-3状态，执行DSS程 序。 DSS根据矿仓贮矿基本参数，配矿质量要求及矿仓是否参与配矿专家咨询决策结 1 果，进行复杂的组合方案计算及条件判断，且将可行方案通过检索生成一个可行方案集， 然后返回到VP-EXPERT状态执行KBS3。 KBS3从DSS中提取可行方案信息，包括可行方案序号、矿仓组合编号、组合矿仓 矿石总量及平均品位等数据。根据这些数据，KBS3的专家知识对其进行推理判断和

V o l l s N o . 4 舒 航等 : 矿 山 质量控制专家决策 支持 系统 · 32 5 · 统 ) 。 在 D S S 内部 , 信息受 K M C 控制依次传递 P A R T I ~ P A R T Z~ P A R T 3~ P A R T 4 。 D S S 信息 经 P A R T 块 系列 处 理后 , 再 由 P W K S 途径 反 馈 回 K B S 3 ( V P一 E X P E R T 系统) 。 整个 E D S S 的信息传输 , 主要 靠 E S 的 3 个 K B S 来 实现 。 3 E D S S 咨询决策过程 E D S S 咨询决策过 程见 图 3 。 ES 曰, . -J 厂 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 知 识 库 1 基 本 参 数 填 充 与 修 改 知识 库 2 矿仓配 (放 )矿 选 择决策 L _ 一 _ _ _ _ 厂 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 - - 一 一 一 - 一 一 一 , , || -J 生成 可行方案集 方 案组 合运算 与 可行 性判断 r 6 s “ 曰 . . 曰 . . ~ . ~ - 一 . - 卜一 一 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 刁j .11 知 识库 3 可 行方 案 F u 石卿 优化决策 厂l|I 1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 图 3 配矿 E D S S 咨询决策过程 F i g . 3 C o n s u lit n g d e e i is o n P r o e e s o f o r e 一 b l e n d i n g ED S S K B sl 主要 用于 配 矿基本参数值的 赋给 。 在 此库工作状态 , 咨询者 须填入 矿仓贮矿基 本数据 (矿 石量和 品位 ) , 并 对配 矿质 量 要求 (包 括 矿量 和 品 位 ) 给 定值域范 围 。 基本信 息赋值完成后 , K B sl 自动将其传输给 D S S 的 P A R T I , 并转人 K B SZ 工 作状态 。 K B S Z 主要任务 是对 矿 仓 是否 参与 配矿进行专家咨 询 决策 。 所研 究的矿山具有 14 个 成 品矿仓 。 由于 受各种 因素的影 响闭 , 在 矿仓优配组 合放矿 控制 过程 中 , 有 的矿 仓必须 要 求参加 配矿 , 有 的一 定不 能参加 配矿 , 有的 则 既可 以参加 也可 以 不参加 配矿 , 这就需根据 生 产实际 , 结合专家经 验来 对矿 仓 配 矿类 别 加 以 判 断和 决 策 。 矿仓 选 择 决策结果 , 由 K B S Z 直接传输给 P A R T I 。 决策信息传输完 毕 后 , 系统在 B C A L L 指 令和 D O S B A T 的 引 导 下 , E D S S 由 V P一 E X P E R T 状 态 直 接切 换到 L O T U S I一 2一 3 状 态 , 执行 D S S 程 序 。 D S S 根 据 矿 仓贮矿 基 本参数 、 配 矿 质 量要求 及 矿仓 是否 参 与 配 矿专 家咨 询 决策 结 果 , 进行 复 杂 的组合方案 计算及条件 判断 , 且将可行方 案 通过检 索生 成一个可行 方案集 , 然 后返 回到 V P一 E X P E R T 状态执行 K B S 3 。 K B s3 从 D S S 中提取可 行方 案信息 , 包括可 行方 案序号 、 矿仓组 合编 号 、 组 合 矿仓 矿石 总 量 及 平 均 品 位等 数据 。 根据这些 数据 , K B S 3 的专 家 知识 对 其进 行 推理 判 断和

·326 北京科技大学学报 1993年Nn,4 Fuzy综合评判，最终得出配矿优化最佳可矿仓组合放矿结论 Fuzzy多I标综合评判设计了5I标函数。 期望配矿量和期望配矿品位目标一每次配成的成品矿量及品位、与实际期望的配矿指 标，总会仟在定偏离，显然，对厂矿质量控制而，其成矿量及品位总是愈靠近期望 值好。因此，采用中心峰值隶属函数来评价这两指标。 产品方案规划品位目标一产品方案系宏观配矿研究所作出的结论，是实现采掘平衡和 矿行质量均衡的根本保证。所以、对于微观配矿和矿质量控制米讲、总是力图使其指标 与规划方案趋近，以使矿生：产始终保持良性循环。 采场即将出矿品位目标一受各种开采因素限制，很准保证采场：矿截止品位始终保持 均“。然而，在一定时期内、对采场出矿截止品位的变化趋势作出概略预测是川能的。据 此可以认为，当矿旷仓进行配旷决策时.在满足配矿条件限制下，倘若采场将输出偏商品位 的矿·矿仓则应选取相对品位较高的方案为最优决策，这有利于子保持下次配广的可性 及质的稳定性；反之，则成选取较低品位的方案为最优决策。 码头港贮矿石品位目标一矿仓配（放）矿品位指标是根据码头港贮矿品位状况及装船 质量需要制定的。但经常会出：现这样的情况，即由于取样化验误差及装船调整等内素的影 响，引起港贮矿品位整体偏高或偏低。此时，对广矿仓配矿而，、当港贮矿品位偏高 时，在放矿品位区间内，成然是品位愈低的组合方案愈有利；反之、则品位愈高的组合力 案越有利。 码头矿石堆积形状目标一码头矿是直接堆积在溜矿漏口之上的，故其形态对装船矿 质计影响敏感。当矿堆叫形时，火车：从栈桥卸下的矿很快就通过斗1装到船上： 形时则不然，火车卸下矿自然散落在矿堆表、不会立即溜乍漏装到船上。显 然、对于凹叫形矿堆，矿仓放矿品位精度要求高，也就是愈接近期望配矿品位指标越好，面 对形矿堆、放矿品指标则可无此要求。 以上5个川标，基本上兼顿了宏观一微观配矿的整个矿质量控制过程 4结语 (I)EDSS将定城讣算与定性知识推理有机地结介在~起、为矿i质t控制总处理 提供了新的段。 (2)VP-EXPERT与LOTUS I-2-3的成功集城、为构筑EDSS提供」了资借鉴的 经验。 参考文献 1夏国半.专家系统开发1.具与VP-EXPERT.北京：清华人出版礼.，I9川 2魏学文.LOTUS1-2-3成用软件，天津：南开人学出版礼.986 3舒航等.金属矿、1992.(3)：54 4贺仲雄.模糊数学及其矿用.天津科学技术出版社、1985

. 3 2 6 . 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 9 3 年 几 N 4 u y F综z 合z 评判[’ l , 最 终得出 配矿 优化 最佳 矿 仓组 合放 矿结论 F u z z y 多 l 一 ! 标综 合评判 设 计 一 了 5 「1标函 数 。 期望 配矿 量和 期 望配 矿品位 目标一每 次配 成的 成品 矿 鼠及品 位 , 与实 际期 望 的配 矿指 标总会存 在 一 定偏 离 , 撇然 , 对 于矿 石 质 策控 制而 占 , 其配 成 矿 节及 品 位总是 愈 靠近 期望 位好 。 因此 , 采用 中心峰 浪隶 属 函 数来评 价这 两 项指 标 产品 方 案规划 品位 目标一产 品 方案系宏 观 配矿 研究 所作 出的结 论 , 是 实现 采掘 平衡和 矿 石质量 均 衡的 根 本保证 。 所 以 , 对 J 几微观 配矿 和 矿石 质量控 制 来讲 , 总 是 力图使其指 标 与规划方 案 趋近 , 以 使矿 山 ’ }几产 始终保 持 良性循 环 。 采场 即将 出矿品 位目标一受 各种 开采 因素限 制 , 很 难保证采场 出矿 截 止品 位 始终保持 均 一 。 然 而 , 在 一 定 时 期内 、 对 采场 出矿 截止 品位 的变 化趋势 作 出慨略 预测 是 ! I J能 的 。 据 此 可以 认 为 , 当矿 仓进 行配 矿决 策时 , 在满 足配 矿 条件限制 下 , 倘若采 场将 输 出偏 高品 位 的矿石 , 矿 仓则 应选 取相 对 品位 较高的 方案为最 优决策 , 这 有利 J 屯保持 下次 配 矿 的 , lJ 行性 及质量的 稳 定性 ; 反 之 , 则应 选 取较 低品 位的方 案 为最 优决 策 。 码头 港贮矿石品位 目标一矿 仓配( 放 )矿 品位指 标 是 根据码 头港 贮 矿 石 品位 状 况 及装 船 质量 需要 制定的 。 但 经 常会 出现这 样 的情况 , 即 由 f 取 样化验误差 及装 船调 整 等囚 素的 影 响 , 引起 港 贮矿 石品 位 整体偏 高 或偏 低 。 此 时 , 对 J 几矿 仓配矿 而 汀 , 当港贮 矿 石品 位偏 高 时 , 在放 矿 品位 区 间 内 , 显然 是 品位愈 低的组 介方 案愈 有利 ; 反之 , 则品 位愈 高的组 合方 案越 有 利 。 码头 矿石 堆积形状目标一码 失矿 子。是直 接堆 积在 溜 矿 漏 日 之 卜的 , 故其 形态 对装船 矿 石 质斌 影 响敏 感 。 当矿堆 「,愁1 ` I形 时 , 火车 从栈 桥 卸 下的 矿 石 很快 就 可通 过 才卜【 一 I 装 到 船 卜 认凸 形时 则 不 然 , 火车 卸 下 矿 石 白然 散 落在 矿 堆 表 flI , 不会 立即 溜 至 漏 日 装 到 船 卜 。 显 然 , 对 于lJ 形矿堆 , 矿 仓放矿 品 位精度 要求高 , 也就 是 愈接近 期 望配矿 品位指 标 越 好 而 对 J 屯己 ’ l形 矿堆 , 放矿 品位 指标 则 川 一 尤此 要求 以 卜 5 个 } ! 标 , 基本 卜兼顾 厂宏观一微 观配 矿的 整 个矿 了! ’ 质量 控制 过 程 4 结 语 川 E D S S 将 定 t .川 一 算 与定性 知识推 理有 机 地结 合 在 一 起 , 为矿 石 J贡峨控制 f衍 它 、 处 J , l! 提 供 一 了新的 手段 ( 2 ) v P 一 E x P L R T 与 L O T U S I一 2一 3 的 成 J] 集 成 , 为构筑 E D S S 提 仁七J , , J资 {{专鉴的 经 验 。 参 考 文 献 l 夏国 平 . 专家 系统 开 发 } _ 终 与 V P 一 E X P E R T . 北 京: 洲产井无 ’ 六 ! }版 社 , l ` )( } 2 魏 学 文 . L O T U S 卜 2一 3 应 川软 件 . 天津 : 南开 人学 出版 利 _ . 19防 3 舒航 等 金 属矿 一t一 , 19 9 2 , ( 3 ) : 5 4 4 贺 仲雄 . 模 糊 数学 从 ; 〔应 用 . 天 津 不下广技 术{匕版 社 , 19舒