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★北京亞控科技發(fā)展有限公司王谞衡

★云南錫業(yè)股份有限公司盧石權(quán)

★英國南安普頓大學王一恒

★北京亞控科技發(fā)展有限公司裴之勇

1　背景

從“十三五”至今，國家相關政策、規(guī)劃都對企業(yè)信息化建設提出了較高的要求，希望通過信息化和工業(yè)化的深度融合，推進智能制造，逐步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級，并積極改善企業(yè)在工業(yè)化經(jīng)濟中所存在的高消耗、高污染的問題，實現(xiàn)資源、能源的合理利用，以支持綠色、低碳的發(fā)展戰(zhàn)略。在國家大力推動智能制造背景下，世界最大錫礦集團-云錫集團大屯錫礦從自身生產(chǎn)管理發(fā)展和提升的需要出發(fā)，通過生產(chǎn)管控信息化系統(tǒng)的建設，以生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)字化、生產(chǎn)管控互聯(lián)互通為目標，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動采集和監(jiān)控報警，在此基礎上，逐步實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)可視化、生產(chǎn)管理、能源管理、檢化驗管理、設備管理、物流管理、安全管理、人員管理等重要環(huán)節(jié)業(yè)務的精益化管理，并自動形成滿足不同層級、不同業(yè)務需求的統(tǒng)計報表指標，最后利用大數(shù)據(jù)技術和人工智能技術建立各類模型算法，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營管理的智能化輔助決策支持，大力提升企業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平、企業(yè)生產(chǎn)管控水平，提高企業(yè)管控效率和企業(yè)效益，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展打好堅實的基礎。

2　項目建設應用

2.1　建設內(nèi)容

本項目主要目的是解決大屯錫礦生產(chǎn)執(zhí)行過程中經(jīng)營管理的問題、提升信息化管理水平，同時解決對上與控股公司SAP系統(tǒng)深度融合對接問題。根據(jù)總體規(guī)劃、逐步實施的原則，本項目建設主要包含系統(tǒng)平臺、MES生產(chǎn)執(zhí)行應用。其中系統(tǒng)平臺以大屯錫礦為試點，并且考慮支持其他礦山的多站點部署應用，MES生產(chǎn)執(zhí)行業(yè)務模塊針對大屯錫礦實際應用需求進行開發(fā)。具體內(nèi)容如下：

（1）搭建系統(tǒng)基礎平臺，實現(xiàn)信息化統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一認證、統(tǒng)一App管理，同時提供流程引擎、表單引擎、組態(tài)服務軟件等快速開發(fā)工具，依托平臺能實現(xiàn)應用的快速構(gòu)建和統(tǒng)一管理。

（2）建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從采礦及選礦DCS、PLC、電力集控、稱重、化驗等過程控制系統(tǒng)及安全在線監(jiān)測等系統(tǒng)自動采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總到統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)應用和場景化奠定基礎。

（3）依托數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心和系統(tǒng)開發(fā)、運維一體化基礎軟件平臺，構(gòu)建MES生產(chǎn)執(zhí)行應用，實現(xiàn)生產(chǎn)管理、設備管理、物資管理和計量質(zhì)檢管理等核心業(yè)務數(shù)字化，實現(xiàn)現(xiàn)場業(yè)務標準化、規(guī)范化管理。

（4）實現(xiàn)大屯MES系統(tǒng)與控股公司SAP的信息集成共享，發(fā)揮統(tǒng)籌管理功能，進一步提升智能礦山建設水平。

（5）在現(xiàn)有計質(zhì)化驗、產(chǎn)品銷售運用模塊的基礎上繼續(xù)推進生產(chǎn)計劃、設備、物資等管理模塊，建成從資源—計劃—運輸—質(zhì)檢化驗—安全—銷售的礦山全業(yè)務流程數(shù)據(jù)的跟蹤、監(jiān)控的MES系統(tǒng)，并打通MES系統(tǒng)與控股公司SAP系統(tǒng)的信息自動對接。通過MES系統(tǒng)的建設，形成礦內(nèi)的數(shù)據(jù)中心，將數(shù)據(jù)有機地關聯(lián)起來，有效地解決各業(yè)務部門之間、各應用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)獨立和相互隔離的業(yè)務協(xié)同問題，實現(xiàn)信息共享。

2.2　總體架構(gòu)設計

本項目建設借鑒主流技術，以結(jié)構(gòu)清晰、層次合理、高效應用、安全管控為準則，基于生產(chǎn)管控一體化平臺的云、邊、端架構(gòu)，采用微服務分布式部署方式建設集數(shù)據(jù)采集、建模分析、故障告警、反向控制等核心系統(tǒng)功能的信息化管控系統(tǒng)。平臺向下支持工業(yè)現(xiàn)場級數(shù)據(jù)的深度對接和管理，向上實現(xiàn)各應用場景系統(tǒng)數(shù)據(jù)的服務和應用。同時配套在基礎設施部分建設功能明確（視頻、數(shù)采、辦公、運維等）、可靠性高的傳輸網(wǎng)絡和全廠高效統(tǒng)一的以虛擬化、云化資源池，遵照業(yè)務管理需求靈活進行資源下發(fā)和統(tǒng)一進行運維管控。項目建設采用整體設計、分步實施，結(jié)合生產(chǎn)管控實際進行分期建設，部署方式前期采用私有云本地化進行部署，后期可根據(jù)業(yè)務情況進行公有云的部署。系統(tǒng)整體規(guī)劃技術架構(gòu)（參考）圖如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)

項目總體業(yè)務以生產(chǎn)管控為主，業(yè)務結(jié)構(gòu)將包含：生產(chǎn)管理、設備管理、物資管理、計量質(zhì)量管理、系統(tǒng)管理、移動APP等業(yè)務模塊或子系統(tǒng)。

2.3　MES系統(tǒng)管控平臺功能設計

（1）門戶首頁

門戶首頁的主要功能是對企業(yè)信息分類展示，對各應用系統(tǒng)的內(nèi)容進行匯總和索引展示，方便用戶快速了解企業(yè)概況。本頁面采用數(shù)據(jù)列表，圖表展示的方式，分模塊對本平臺的相關數(shù)據(jù)如生產(chǎn)概況、調(diào)度中心管理、企業(yè)新聞公告、政策法規(guī)監(jiān)管、職業(yè)技能要求等信息進行了列舉展示，首頁中展示的信息可以在點擊后跳轉(zhuǎn)到對應的具體模塊進行數(shù)據(jù)的詳情查看與操作，門戶首頁提供了生產(chǎn)概覽統(tǒng)計、我的應用個性化收藏功能，為各級用戶提供應用快速收藏及打開功能，方便用戶操作。門戶首頁能夠自定義配置，滿足各級管理者差異化的查詢、使用需求。

圖2 門戶首頁

（2）調(diào)度綜合監(jiān)控

調(diào)度綜合監(jiān)控實現(xiàn)各生產(chǎn)工藝流程在線監(jiān)控、視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)監(jiān)控，可以對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)參數(shù)進行設置，實現(xiàn)設備遠程啟停、參數(shù)調(diào)優(yōu)、生產(chǎn)參數(shù)歷史趨勢分析等功能。

圖3 壓風自救系統(tǒng)監(jiān)控畫面

（3）生產(chǎn)管理

平臺生產(chǎn)管理模塊基于大屯錫礦原有電子表格計劃以及現(xiàn)有線下流程進行重構(gòu)，以現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)統(tǒng)一運維管理為基礎，在生產(chǎn)管控平臺實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的編制并與集團SAP系統(tǒng)對接，通過restful API接口將主生產(chǎn)計劃上傳至集團公司SAP。對主生產(chǎn)計劃進行分解、下發(fā)執(zhí)行、生產(chǎn)計劃跟蹤，完成生產(chǎn)執(zhí)行過程管理。

（4）設備管理

設備管理主要是針對企業(yè)或組織內(nèi)部的設備進行管理，包括設備的采購、分配、維護、報廢等方面。

綜合信息展示面板，對常用功能、設備狀態(tài)、待辦事項、設備維修、設備保養(yǎng)、巡檢任務等功能信息進行概括性展示，使用戶能夠快速了解當前設備狀態(tài)，快速處理異常以及對應的工作。

圖4 設備駕駛艙

（5）物資管理

物料管理的重點在于物料的出入庫管理及工序間半成品的轉(zhuǎn)庫管理，不僅要記錄出入庫管理、庫存查詢，同時還需要提供庫存盤點及庫存數(shù)據(jù)修正。

圖5 物資需求計劃

（6）計質(zhì)計量管理

計量質(zhì)量管理模塊通過restful API或OPC接口的方式與現(xiàn)有計量質(zhì)量系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)對接，并結(jié)合生產(chǎn)模塊，進行數(shù)據(jù)互通，進行采礦、選礦及金屬平衡報表展示和分析。

圖6 計質(zhì)計量管理

（7）移動App

移動App作為當下逐漸普遍化的遠程終端應用場景，為用戶提供了手機移動端工程訪問功能，支持移動端瀏覽安全生產(chǎn)關鍵數(shù)據(jù)與系統(tǒng)運行等關鍵參數(shù)，并且能隨時隨地掌握設備運行狀況，優(yōu)化現(xiàn)有的業(yè)務模式和工作狀態(tài)。同時結(jié)合App特有的使用特性，結(jié)合豐富的圖形界面展現(xiàn)形式與靈活的屬性配置方式，顯著提升系統(tǒng)的可用性，切實給企業(yè)運行帶來管理效益。

提供了在移動端設備讀取、操作工業(yè)庫中工業(yè)流程數(shù)據(jù)和關系庫中關系數(shù)據(jù)的能力。

·用戶只需要在PC端完成組態(tài)界面的開發(fā)，而無需考慮任何后臺服務器和數(shù)據(jù)通道問題。

·手機App與PC共用同一套工程，直接發(fā)布即可實現(xiàn)跨操作系統(tǒng)瀏覽。

·提供多種模板，包括通用模板、行業(yè)模板等，快速創(chuàng)建工程。

·提供移動端布局容器，方便手機端個性化布局。

圖7 移動App

·支持嵌入曲線、柱狀圖、餅圖等復雜圖表。

·可支持網(wǎng)絡協(xié)議HTTP，支持JSON數(shù)據(jù)格式。

·支持通過微信小程序嵌入。

·可以滿足并支持200個以上的并發(fā)客戶端同時訪問。

·高安全性。用戶登錄的時候，密碼是加密傳輸?shù)模行У胤乐沽嗣艽a被截獲的問題。

移動App利用報表、趨勢曲線、柱狀圖、餅圖等不同的形式按照時間、類別、級別、頻次等維度對隱患檢查信息進行全面挖掘，直觀展示、多層次分析企業(yè)安全生產(chǎn)態(tài)勢，把控重點問題區(qū)域，為安全生產(chǎn)提供遠程決策服務。

3　項目創(chuàng)新

該項目根據(jù)大屯錫礦實際業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)需求和云南錫業(yè)股份有限公司智能化礦山建設要求，以“平臺+應用”的模式，落地數(shù)字礦山開發(fā)應用平臺中的關鍵技術路線和實現(xiàn)方法，并且能夠通過業(yè)務系統(tǒng)的自主開發(fā)與實際生產(chǎn)環(huán)境進行驗證，同時項目成果能夠進一步彈性擴展，在滿足當前大屯錫礦生產(chǎn)全流程端到端業(yè)務的前提下，隨著現(xiàn)場智能化改造的進一步加深，以及對功能集成性與多樣性要求更高的情況下，能夠使具備行業(yè)知識與現(xiàn)場運維需求，但是缺乏專業(yè)計算機知識的用戶具備對系統(tǒng)進行自主運維、升級、開發(fā)的能力，主要創(chuàng)新性和重難點問題分析如下：

（1）礦山融合數(shù)據(jù)中心

提供一種分布式工業(yè)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)提供對所存儲內(nèi)容（模型、預定義、對象、記錄、資源）的管理功能，包括增加、刪除、修改、查詢、權(quán)限配置、安全審計等；實現(xiàn)礦山生產(chǎn)全量數(shù)據(jù)（OT/IT/圖像/音視頻）的采集、存儲、分析、服務，在提供各類子系統(tǒng)生產(chǎn)業(yè)務數(shù)據(jù)整合的基礎上，為每條數(shù)據(jù)賦予時間、空間以及自身特質(zhì)屬性。利用查詢、訂閱對象地理空間的唯一性檢索數(shù)據(jù)。科室運維人員使用時，只需指定對象的時間和空間，即可實現(xiàn)快速檢索。

（2）礦山專用組態(tài)開發(fā)工具

提供包括可視化建模工具、交互界面組態(tài)工具、工藝流程圖編輯器、圖表、報表可視化編輯器、算法可視化組態(tài)編輯器在內(nèi)的多項礦山專用組態(tài)開發(fā)工具，內(nèi)部嵌入大屯錫礦生產(chǎn)業(yè)務相關模板與模型，使業(yè)務應用的開發(fā)全組態(tài)實現(xiàn)，不再依賴廠家對系統(tǒng)功能進行運維。

通過可視化建模工具，對大屯錫礦涉及的生產(chǎn)設備、工作區(qū)域等物進行孿生建模，為業(yè)務開發(fā)人員提供全套完整物模型，確保數(shù)字孿生過程零代碼。

通過交互界面組態(tài)工具，對人機交互界面進行快速構(gòu)建，包含豐富的布局容器、PC端與移動端UI組件。確保交互頁面搭建全組態(tài)、低代碼。

通過工藝流程圖編輯器，拖拽式搭建大屯錫礦生產(chǎn)工藝流程圖，提供基本圖素、設備圖形模型。提供包括旋轉(zhuǎn)、縮放、漫游在內(nèi)的多種動畫鏈接配置。

通過報表可視化編輯器，保留Excel操作習慣，確保大屯錫礦已有的Excel表格可以直接復制粘貼復用，可在單元格中枚舉礦山融合數(shù)據(jù)中心中的各類數(shù)據(jù)對象，實現(xiàn)報表的自動生成、數(shù)據(jù)自動填充。

通過圖表可視化編輯器，將常用數(shù)據(jù)分析所需的圖表內(nèi)置，用戶拖拽后即可配置數(shù)據(jù)進行展示，同時支持百度echarts官網(wǎng)、社區(qū)中的豐富圖表樣式一鍵復用。

通過算法可視化編輯器，以組態(tài)的形式，使具備豐富現(xiàn)場經(jīng)驗的工程師能夠快速、便捷地將自己的行業(yè)經(jīng)驗算法化，內(nèi)置包括訂閱數(shù)據(jù)、系統(tǒng)函數(shù)、監(jiān)聽HTTP、寫入數(shù)據(jù)庫等各類通用算法任務節(jié)點，并提供包括固定周期、固定時間、數(shù)據(jù)變化等多種算法觸發(fā)方式。

（3）業(yè)務流程自定義配置工具

針對大屯錫礦各系統(tǒng)的業(yè)務數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分層梳理，通過構(gòu)建生產(chǎn)子系統(tǒng)的業(yè)務層級結(jié)構(gòu)，結(jié)合礦山物對象進行綁定以完成圍繞礦山物的業(yè)務事件建模。在面對不同礦山業(yè)務事件結(jié)構(gòu)不同的場景下，用戶只需要調(diào)整層級結(jié)構(gòu)的關聯(lián)關系，無需編寫復雜的代碼邏輯與抽象的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)構(gòu)建。

針對礦山不同的業(yè)務流程場景，通過自定義配置工具，研究一款基于BPMN2.0標準的流程管理頁面，支持包括流程管理、模型管理、流程發(fā)起、流程實例追溯在內(nèi)的多項功能，內(nèi)嵌流程設計器，支持可視化流程設計。

考慮到不同礦山人員組織結(jié)構(gòu)與崗位職責未來的變動，將業(yè)務事件對象直接與崗位進行配置式綁定，通過人員排班確定業(yè)務事件在某個日期，某個班次的具體執(zhí)行人員，從而實現(xiàn)事件記錄的精準推送。

4　項目效益

（1）實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的自動化、結(jié)構(gòu)化、標準化，形成高可靠、高準確性的良性數(shù)據(jù)資產(chǎn)，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行精確采集，全面收集和按需分析，對業(yè)務數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)管理、流程配置、職責關聯(lián)，真正發(fā)揮生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，為效率分析和輔助決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)采集的自動采集率達到90%，數(shù)據(jù)覆蓋率達到85%。

（2）實現(xiàn)高度組態(tài)化的數(shù)字礦山開發(fā)應用平臺，具備礦山模型可配、數(shù)據(jù)接入可配、交互界面可配、生產(chǎn)業(yè)務可配功能，系統(tǒng)將智能礦山計算機系統(tǒng)底層框架、基礎通用的功能模塊進行封裝，使得實施過程主要為配置的高度彈性，而不是基于高級語言的代碼開發(fā)，使得生產(chǎn)全量數(shù)據(jù)存儲的結(jié)構(gòu)設計與庫表搭建由1個月降低為1周，智能礦山標準系統(tǒng)功能的開發(fā)由1年降低為3個月。

（3）實現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)改進優(yōu)化機制，當生產(chǎn)系統(tǒng)隨著智能化改進發(fā)生變化時，業(yè)務工程師可以隨時在線調(diào)整數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、添加新功能，只需根據(jù)大屯錫礦當前實際業(yè)務和物理實體進行數(shù)據(jù)對象與功能單元實例化即可，將當前大屯錫礦智能礦山建設過程中系統(tǒng)開發(fā)運維過程由原來的依賴系統(tǒng)廠家基于高級語言定制化的開發(fā)方式轉(zhuǎn)換為由各生產(chǎn)科室、班組通過組態(tài)的理念進行自主運維、自主迭代升級，每年系統(tǒng)運維費用預計節(jié)省80%，系統(tǒng)業(yè)務擴展費用預計節(jié)省90%。

5　項目意義

（1）以大屯錫礦已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)中心機房底層資源（IaaS層），構(gòu)建PaaS層能力（物聯(lián)網(wǎng)接入能力、數(shù)據(jù)處理能力）的中間平臺，從而打造基于大屯錫礦采礦、選礦各環(huán)節(jié)業(yè)務管理模型的SaaS化App（業(yè)務模塊）應用，即大屯錫礦MES系統(tǒng)協(xié)同管控平臺。

（2）系統(tǒng)結(jié)合大屯錫礦實際業(yè)務管理工作，梳理和優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理的業(yè)務流程，包括采礦、選礦、物料、設備、能源、生產(chǎn)、人員、安全、環(huán)保等業(yè)務流程在內(nèi)的所有資源，實現(xiàn)采購、生產(chǎn)、銷售、財務等業(yè)務的互聯(lián)互通；運用MES系統(tǒng)對礦山各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行采集和分析，對上與控股公司SAP系統(tǒng)深度融合對接，對下匯集采礦及選礦DCS、PLC、電力集控、稱重、化驗等過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)及安全在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為企業(yè)搭建一個生產(chǎn)運維協(xié)調(diào)管控平臺，解決企業(yè)數(shù)據(jù)孤島問題，滿足業(yè)主生產(chǎn)、管理、經(jīng)營的需求，實現(xiàn)企業(yè)管理扁平化，作業(yè)流程化、標準化，提高企業(yè)生產(chǎn)精準管理和經(jīng)營決策的快速反應能力。

作者簡介：

王谞衡（1993-），男，甘肅白銀人，學士，現(xiàn)就職于北京亞控科技發(fā)展有限公司，主要從事工業(yè)軟件、智慧礦山解決方案方面的研究。

盧石權(quán)（1978-），男，云南陸良人，學士，現(xiàn)就職于云南錫業(yè)股份有限公司大屯錫礦，主要從事金屬礦山信息化和自動化的應用研究。

王一恒（1998-）,甘肅會寧人，碩士，現(xiàn)就讀于英國南安普頓大學，主要從事電氣控制與機電一體化方面的研究。

裴之勇（1989-），男，河南信陽人，碩士，現(xiàn)就職于北京亞控科技發(fā)展有限公司，主要從事工業(yè)信創(chuàng)軟件產(chǎn)品在礦冶工企側(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的應用研究。

摘自《自動化博覽》2024年5月刊