★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

★英國南安普頓大學(xué)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(guān)政策、規劃都對企業(yè)信息化建設提出了較高的要求，希望通過(guò)信息化和工業(yè)化的深度融合，推進(jìn)智能制造，逐步實(shí)現結構調整、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(wèn)題，實(shí)現資源、能源的合理利用，以支持綠色、低碳的發(fā)展戰略。在國家大力推動(dòng)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(guò)生產(chǎn)管控信息化系統的建設，以生產(chǎn)現場(chǎng)數字化、生產(chǎn)管控互聯(lián)互通為目標，實(shí)現現場(chǎng)數據的自動(dòng)采集和監控報警，在此基礎上，逐步實(shí)現企業(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)節業(yè)務(wù)的精益化管理，并自動(dòng)形成滿(mǎn)足不同層級、不同業(yè)務(wù)需求的統計報表指標，最后利用大數據技術(shù)和人工智能技術(shù)建立各類(lèi)模型算法，實(shí)現生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的智能化輔助決策支持，大力提升企業(yè)生產(chǎn)數字化水平、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(shí)的基礎。

2　項目建設應用

2.1　建設內容

本項目主要目的是解決大屯錫礦生產(chǎn)執行過(guò)程中經(jīng)營(yíng)管理的問(wèn)題、提升信息化管理水平，同時(shí)解決對上與控股公司SAP系統深度融合對接問(wèn)題。根據總體規劃、逐步實(shí)施的原則，本項目建設主要包含系統平臺、MES生產(chǎn)執行應用。其中系統平臺以大屯錫礦為試點(diǎn)，并且考慮支持其他礦山的多站點(diǎn)部署應用，MES生產(chǎn)執行業(yè)務(wù)模塊針對大屯錫礦實(shí)際應用需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)。具體內容如下：

（1）搭建系統基礎平臺，實(shí)現信息化統一門(mén)戶(hù)、統一認證、統一App管理，同時(shí)提供流程引擎、表單引擎、組態(tài)服務(wù)軟件等快速開(kāi)發(fā)工具，依托平臺能實(shí)現應用的快速構建和統一管理。

（2）建立數據采集系統，從采礦及選礦DCS、PLC、電力集控、稱(chēng)重、化驗等過(guò)程控制系統及安全在線(xiàn)監測等系統自動(dòng)采集數據，將數據匯總到統一數據中心，為數據互聯(lián)互通、數據應用和場(chǎng)景化奠定基礎。

（3）依托數據采集系統、統一數據中心和系統開(kāi)發(fā)、運維一體化基礎軟件平臺，構建MES生產(chǎn)執行應用，實(shí)現生產(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(wù)數字化，實(shí)現現場(chǎng)業(yè)務(wù)標準化、規范化管理。

（4）實(shí)現大屯MES系統與控股公司SAP的信息集成共享，發(fā)揮統籌管理功能，進(jìn)一步提升智能礦山建設水平。

（5）在現有計質(zhì)化驗、產(chǎn)品銷(xiāo)售運用模塊的基礎上繼續推進(jìn)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(xiāo)售的礦山全業(yè)務(wù)流程數據的跟蹤、監控的MES系統，并打通MES系統與控股公司SAP系統的信息自動(dòng)對接。通過(guò)MES系統的建設，形成礦內的數據中心，將數據有機地關(guān)聯(lián)起來(lái)，有效地解決各業(yè)務(wù)部門(mén)之間、各應用系統之間數據獨立和相互隔離的業(yè)務(wù)協(xié)同問(wèn)題，實(shí)現信息共享。

2.2　總體架構設計

本項目建設借鑒主流技術(shù)，以結構清晰、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，采用微服務(wù)分布式部署方式建設集數據采集、建模分析、故障告警、反向控制等核心系統功能的信息化管控系統。平臺向下支持工業(yè)現場(chǎng)級數據的深度對接和管理，向上實(shí)現各應用場(chǎng)景系統數據的服務(wù)和應用。同時(shí)配套在基礎設施部分建設功能明確（視頻、數采、辦公、運維等）、可靠性高的傳輸網(wǎng)絡(luò )和全廠(chǎng)高效統一的以虛擬化、云化資源池，遵照業(yè)務(wù)管理需求靈活進(jìn)行資源下發(fā)和統一進(jìn)行運維管控。項目建設采用整體設計、分步實(shí)施，結合生產(chǎn)管控實(shí)際進(jìn)行分期建設，部署方式前期采用私有云本地化進(jìn)行部署，后期可根據業(yè)務(wù)情況進(jìn)行公有云的部署。系統整體規劃技術(shù)架構（參考）圖如圖1所示。

圖1 總體架構

項目總體業(yè)務(wù)以生產(chǎn)管控為主，業(yè)務(wù)結構將包含：生產(chǎn)管理、設備管理、物資管理、計量質(zhì)量管理、系統管理、移動(dòng)APP等業(yè)務(wù)模塊或子系統。

2.3　MES系統管控平臺功能設計

（1）門(mén)戶(hù)首頁(yè)

門(mén)戶(hù)首頁(yè)的主要功能是對企業(yè)信息分類(lèi)展示，對各應用系統的內容進(jìn)行匯總和索引展示，方便用戶(hù)快速了解企業(yè)概況。本頁(yè)面采用數據列表，圖表展示的方式，分模塊對本平臺的相關(guān)數據如生產(chǎn)概況、調度中心管理、企業(yè)新聞公告、政策法規監管、職業(yè)技能要求等信息進(jìn)行了列舉展示，首頁(yè)中展示的信息可以在點(diǎn)擊后跳轉到對應的具體模塊進(jìn)行數據的詳情查看與操作，門(mén)戶(hù)首頁(yè)提供了生產(chǎn)概覽統計、我的應用個(gè)性化收藏功能，為各級用戶(hù)提供應用快速收藏及打開(kāi)功能，方便用戶(hù)操作。門(mén)戶(hù)首頁(yè)能夠自定義配置，滿(mǎn)足各級管理者差異化的查詢(xún)、使用需求。

圖2 門(mén)戶(hù)首頁(yè)

（2）調度綜合監控

調度綜合監控實(shí)現各生產(chǎn)工藝流程在線(xiàn)監控、視頻監控和數據監控，可以對各生產(chǎn)環(huán)節參數進(jìn)行設置，實(shí)現設備遠程啟停、參數調優(yōu)、生產(chǎn)參數歷史趨勢分析等功能。

圖3 壓風(fēng)自救系統監控畫(huà)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有線(xiàn)下流程進(jìn)行重構，以現有生產(chǎn)數據采集和系統統一運維管理為基礎，在生產(chǎn)管控平臺實(shí)現生產(chǎn)計劃的編制并與集團SAP系統對接，通過(guò)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(jìn)行分解、下發(fā)執行、生產(chǎn)計劃跟蹤，完成生產(chǎn)執行過(guò)程管理。

（4）設備管理

設備管理主要是針對企業(yè)或組織內部的設備進(jìn)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、巡檢任務(wù)等功能信息進(jìn)行概括性展示，使用戶(hù)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(diǎn)在于物料的出入庫管理及工序間半成品的轉庫管理，不僅要記錄出入庫管理、庫存查詢(xún)，同時(shí)還需要提供庫存盤(pán)點(diǎn)及庫存數據修正。

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(guò)restful API或OPC接口的方式與現有計量質(zhì)量系統完成數據對接，并結合生產(chǎn)模塊，進(jìn)行數據互通，進(jìn)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(dòng)App

移動(dòng)App作為當下逐漸普遍化的遠程終端應用場(chǎng)景，為用戶(hù)提供了手機移動(dòng)端工程訪(fǎng)問(wèn)功能，支持移動(dòng)端瀏覽安全生產(chǎn)關(guān)鍵數據與系統運行等關(guān)鍵參數，并且能隨時(shí)隨地掌握設備運行狀況，優(yōu)化現有的業(yè)務(wù)模式和工作狀態(tài)。同時(shí)結合App特有的使用特性，結合豐富的圖形界面展現形式與靈活的屬性配置方式，顯著(zhù)提升系統的可用性，切實(shí)給企業(yè)運行帶來(lái)管理效益。

提供了在移動(dòng)端設備讀取、操作工業(yè)庫中工業(yè)流程數據和關(guān)系庫中關(guān)系數據的能力。

·用戶(hù)只需要在PC端完成組態(tài)界面的開(kāi)發(fā)，而無(wú)需考慮任何后臺服務(wù)器和數據通道問(wèn)題。

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

·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(dòng)端布局容器，方便手機端個(gè)性化布局。

圖7 移動(dòng)App

·支持嵌入曲線(xiàn)、柱狀圖、餅圖等復雜圖表。

·可支持網(wǎng)絡(luò )協(xié)議HTTP，支持JSON數據格式。

·支持通過(guò)微信小程序嵌入。

·可以滿(mǎn)足并支持200個(gè)以上的并發(fā)客戶(hù)端同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。

·高安全性。用戶(hù)登錄的時(shí)候，密碼是加密傳輸的，有效地防止了密碼被截獲的問(wèn)題。

移動(dòng)App利用報表、趨勢曲線(xiàn)、柱狀圖、餅圖等不同的形式按照時(shí)間、類(lèi)別、級別、頻次等維度對隱患檢查信息進(jìn)行全面挖掘，直觀(guān)展示、多層次分析企業(yè)安全生產(chǎn)態(tài)勢，把控重點(diǎn)問(wèn)題區域，為安全生產(chǎn)提供遠程決策服務(wù)。

3　項目創(chuàng )新

該項目根據大屯錫礦實(shí)際業(yè)務(wù)系統開(kāi)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，落地數字礦山開(kāi)發(fā)應用平臺中的關(guān)鍵技術(shù)路線(xiàn)和實(shí)現方法，并且能夠通過(guò)業(yè)務(wù)系統的自主開(kāi)發(fā)與實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行驗證，同時(shí)項目成果能夠進(jìn)一步彈性擴展，在滿(mǎn)足當前大屯錫礦生產(chǎn)全流程端到端業(yè)務(wù)的前提下，隨著(zhù)現場(chǎng)智能化改造的進(jìn)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)知識與現場(chǎng)運維需求，但是缺乏專(zhuān)業(yè)計算機知識的用戶(hù)具備對系統進(jìn)行自主運維、升級、開(kāi)發(fā)的能力，主要創(chuàng )新性和重難點(diǎn)問(wèn)題分析如下：

（1）礦山融合數據中心

提供一種分布式工業(yè)數據庫，實(shí)現提供對所存儲內容（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(xún)、權限配置、安全審計等；實(shí)現礦山生產(chǎn)全量數據（OT/IT/圖像/音視頻）的采集、存儲、分析、服務(wù)，在提供各類(lèi)子系統生產(chǎn)業(yè)務(wù)數據整合的基礎上，為每條數據賦予時(shí)間、空間以及自身特質(zhì)屬性。利用查詢(xún)、訂閱對象地理空間的唯一性檢索數據?？剖疫\維人員使用時(shí)，只需指定對象的時(shí)間和空間，即可實(shí)現快速檢索。

（2）礦山專(zhuān)用組態(tài)開(kāi)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)編輯器在內的多項礦山專(zhuān)用組態(tài)開(kāi)發(fā)工具，內部嵌入大屯錫礦生產(chǎn)業(yè)務(wù)相關(guān)模板與模型，使業(yè)務(wù)應用的開(kāi)發(fā)全組態(tài)實(shí)現，不再依賴(lài)廠(chǎng)家對系統功能進(jìn)行運維。

通過(guò)可視化建模工具，對大屯錫礦涉及的生產(chǎn)設備、工作區域等物進(jìn)行孿生建模，為業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)人員提供全套完整物模型，確保數字孿生過(guò)程零代碼。

通過(guò)交互界面組態(tài)工具，對人機交互界面進(jìn)行快速構建，包含豐富的布局容器、PC端與移動(dòng)端UI組件。確保交互頁(yè)面搭建全組態(tài)、低代碼。

通過(guò)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、縮放、漫游在內的多種動(dòng)畫(huà)鏈接配置。

通過(guò)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據中心中的各類(lèi)數據對象，實(shí)現報表的自動(dòng)生成、數據自動(dòng)填充。

通過(guò)圖表可視化編輯器，將常用數據分析所需的圖表內置，用戶(hù)拖拽后即可配置數據進(jìn)行展示，同時(shí)支持百度echarts官網(wǎng)、社區中的豐富圖表樣式一鍵復用。

通過(guò)算法可視化編輯器，以組態(tài)的形式，使具備豐富現場(chǎng)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，內置包括訂閱數據、系統函數、監聽(tīng)HTTP、寫(xiě)入數據庫等各類(lèi)通用算法任務(wù)節點(diǎn)，并提供包括固定周期、固定時(shí)間、數據變化等多種算法觸發(fā)方式。

（3）業(yè)務(wù)流程自定義配置工具

針對大屯錫礦各系統的業(yè)務(wù)數據結構進(jìn)行分層梳理，通過(guò)構建生產(chǎn)子系統的業(yè)務(wù)層級結構，結合礦山物對象進(jìn)行綁定以完成圍繞礦山物的業(yè)務(wù)事件建模。在面對不同礦山業(yè)務(wù)事件結構不同的場(chǎng)景下，用戶(hù)只需要調整層級結構的關(guān)聯(lián)關(guān)系，無(wú)需編寫(xiě)復雜的代碼邏輯與抽象的數據庫表結構構建。

針對礦山不同的業(yè)務(wù)流程場(chǎng)景，通過(guò)自定義配置工具，研究一款基于BPMN2.0標準的流程管理頁(yè)面，支持包括流程管理、模型管理、流程發(fā)起、流程實(shí)例追溯在內的多項功能，內嵌流程設計器，支持可視化流程設計。

考慮到不同礦山人員組織結構與崗位職責未來(lái)的變動(dòng)，將業(yè)務(wù)事件對象直接與崗位進(jìn)行配置式綁定，通過(guò)人員排班確定業(yè)務(wù)事件在某個(gè)日期，某個(gè)班次的具體執行人員，從而實(shí)現事件記錄的精準推送。

4　項目效益

（1）實(shí)現數據管理的自動(dòng)化、結構化、標準化，形成高可靠、高準確性的良性數據資產(chǎn)，對生產(chǎn)數據進(jìn)行精確采集，全面收集和按需分析，對業(yè)務(wù)數據進(jìn)行結構管理、流程配置、職責關(guān)聯(lián)，真正發(fā)揮生產(chǎn)大數據的優(yōu)勢，為效率分析和輔助決策提供可靠的數據支撐。數據采集的自動(dòng)采集率達到90%，數據覆蓋率達到85%。

（2）實(shí)現高度組態(tài)化的數字礦山開(kāi)發(fā)應用平臺，具備礦山模型可配、數據接入可配、交互界面可配、生產(chǎn)業(yè)務(wù)可配功能，系統將智能礦山計算機系統底層框架、基礎通用的功能模塊進(jìn)行封裝，使得實(shí)施過(guò)程主要為配置的高度彈性，而不是基于高級語(yǔ)言的代碼開(kāi)發(fā)，使得生產(chǎn)全量數據存儲的結構設計與庫表搭建由1個(gè)月降低為1周，智能礦山標準系統功能的開(kāi)發(fā)由1年降低為3個(gè)月。

（3）實(shí)現系統持續改進(jìn)優(yōu)化機制，當生產(chǎn)系統隨著(zhù)智能化改進(jìn)發(fā)生變化時(shí)，業(yè)務(wù)工程師可以隨時(shí)在線(xiàn)調整數據結構、添加新功能，只需根據大屯錫礦當前實(shí)際業(yè)務(wù)和物理實(shí)體進(jìn)行數據對象與功能單元實(shí)例化即可，將當前大屯錫礦智能礦山建設過(guò)程中系統開(kāi)發(fā)運維過(guò)程由原來(lái)的依賴(lài)系統廠(chǎng)家基于高級語(yǔ)言定制化的開(kāi)發(fā)方式轉換為由各生產(chǎn)科室、班組通過(guò)組態(tài)的理念進(jìn)行自主運維、自主迭代升級，每年系統運維費用預計節省80%，系統業(yè)務(wù)擴展費用預計節省90%。

5　項目意義

（1）以大屯錫礦已經(jīng)建成的數據中心機房底層資源（IaaS層），構建PaaS層能力（物聯(lián)網(wǎng)接入能力、數據處理能力）的中間平臺，從而打造基于大屯錫礦采礦、選礦各環(huán)節業(yè)務(wù)管理模型的SaaS化App（業(yè)務(wù)模塊）應用，即大屯錫礦MES系統協(xié)同管控平臺。

（2）系統結合大屯錫礦實(shí)際業(yè)務(wù)管理工作，梳理和優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)管理的業(yè)務(wù)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(wù)流程在內的所有資源，實(shí)現采購、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、財務(wù)等業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通；運用MES系統對礦山各環(huán)節的數據進(jìn)行采集和分析，對上與控股公司SAP系統深度融合對接，對下匯集采礦及選礦DCS、PLC、電力集控、稱(chēng)重、化驗等過(guò)程控制系統數據及安全在線(xiàn)監測系統數據，為企業(yè)搭建一個(gè)生產(chǎn)運維協(xié)調管控平臺，解決企業(yè)數據孤島問(wèn)題，滿(mǎn)足業(yè)主生產(chǎn)、管理、經(jīng)營(yíng)的需求，實(shí)現企業(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(yíng)決策的快速反應能力。

作者簡(jiǎn)介：

王谞衡（1993-），男，甘肅白銀人，學(xué)士，現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（1978-），男，云南陸良人，學(xué)士，現就職于云南錫業(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(dòng)化的應用研究。

王一恒（1998-）,甘肅會(huì )寧人，碩士，現就讀于英國南安普頓大學(xué)，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(yáng)人，碩士，現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)品在礦冶工企側數字化轉型中的應用研究。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年5月刊