中国制造2025

2024-11-06 03:38 来源：网络点击：

中国制造2025

一、平台建设背景

1.1建设趋势

2015年5月8日，国务院印发《中国制造2025》，这是制造强国战略第一个十年的行动纲领。智能制造即“制造业数字化网络化智能化”，是新一轮工业革命的核心技术，是“十四五”《中国制造2025》的主攻方向。按照自然资源部发布的《绿色勘查指南》要求，到2021年要形成符合生态文明建设要求的矿业发展新模式。与此同时，越来越多矿山企业开始从矿石合理开采、资源高效利用、管理透明多样等全方位发力，这也将为其自身可持续发展赢得空间，而当前矿山生产围绕安全、高产、高效提出了前所未有的管理需求。目前工业领域，以PLC为代表的工业自动化集成技术已经相当成熟，智能制造需要做的是将信息化和自动化技术相结合，打造一套从前端到云端的整体物联网解决方案，最终实现智能制造。基于上述需求，开发建设生产综合管控信息平台，结合现有综合自动化系统与矿山安全生产管控系统，提升矿山安全生产的综合管控能力，加强内部协作与通信，有效控制运营成本，提高生产和管理效率，增强企业的核心竞争力，借助信息化手段使企业的生产运营管理实质性的跨上一个新台阶。同时，模块化、标准化、通用化的系统功能设计，可在国内矿山企业迅速开展大规模推广、复制与应用。

1.2建设内容

生产综合管控信息平台的建设以实际调研需求为准，面向定制开发，主要建设内容包括：

（1）建设生产监控业务功能模块，将矿区现有已具备接入条件的生产自动化子系统统一接入管理。该功能模块可实现各子系统根据检索条件对历史数据进行线上化动态查看与存储，以及对整体子系统运行状态进行实时监控。预留好选矿隔膜泵自动化系统、充填自动化、排水自动化、压风自动化等各子系统功能模块开发接口，满足后期子系统可具备接入条件时可高效的接入平台进行应用。同时将千岭分矿和宋家庄矿区六大系统及各个自动化子系统接入至管控平台，实现远程监测。

（2）建设调度管理模块和全过程生产计划管理，将矿区及千岭分矿现有生产所涉及到的报表类文件统一进行线上化管理应用，并预留接口。该功能模块满足各类报表线上化无间隔的填报与检索查看。可实现历史数据报表的存储、条件式模糊查询调取、月度、季度、年度汇总、平台式打印、导出等功能，此功能的最终建设方向是实现矿区生产的无纸化办公愿景。

3、全流程生产计划管理（计划管理）

全流程生产计划管理支持企业按照年度生产目标下达年度计划，计划制定人综合考虑设备的生产能力、原料供应计划、设备检修计划等约束条件，以综合产能最大化为目标，按制定格式和项目分类进行各项生产内容编制年度、月度生产计划。

（1）年度生产计划

按照企业下达的年度生产目标，制定年度生产计划。

生产指标计划表包括操作新增、编辑、查询、删除。根据矿区、月份进行查询。显示所属矿区、月度、指标名称：采掘总量（吨）、采矿量（吨）、掘进量（吨）、掘进自然米（总量、地质探矿、上产探矿、技措（开拓、安措）、采准切割工程）（米）、充填量（立方米）、尾砂外排量（立方米）、处理矿量（吨）、原矿金属量（克/吨）、原矿金属量（公斤）、选矿回收率（%）精矿金产量（公斤）。包含：掘支作业计划、采出矿计划、产值产量计划、采场采出计划。

（2）月度生产计划

年度生产计划按照公司下发的年度经营计划，填写本矿年度经营计划。包括黄金产量（千克）计划、选矿处理量（万吨）计划等等年度计划项。

4、全流程生产调度管理（调度管理）

平台应能实现对于任务的完成情况的上报、统计，通过全流程生产调度管理，加强对于企业各个部门的工作进度、质量的掌控，协助管理层人员对于生产工作的安排更加合理化。

通过生产调度管理模块，提供了集中调度与分散管理相结合的网络化生产指挥模式，为各层管理部门提供共享的即时现场信息。所有调度表根据权限不同支持在线查看、填报、修改。

（3）配备人员管理功能模块，人员管理模块可实现系统的人员设置、角色分配以及安全认证功能。

（4）配备系统管理功能模块，为平台管理人员维护系统正常运行提供参数支持，是整个平台运行的基础。

（5）预留设备管理、计划管理、能源管理、数据融合等功能模块开发接口。

1.3建设意义

（1）生产综合管控信息平台通过B/S架构进行网页发布，输入正确网址、账号和密码即可随时随地登录查看系统运行情况。

（2）数据集成共享：通过实时数据库和归档服务器存储历史数据，系统可对各自动化系统的运行状况进行分析和处理，在经营管理层和过程控制层之间建立了能够对生产过程进行直接管理的交互通道，打通了管控之间的屏障，实现了设备信息资源共享。

（3）为公司领导提供车间级管理的详细数据，以便更合理安排生产，提高产能，制定更完善的量化考核标准。

（4）通过实时数据库和归档服务器存储历史数据，系统可对各自动化系统的运行状况进行分析和处理，提供综合性查询，公司领导可层层深入掌握全公司的生产情况，分析生产系统存在的问题，及时做出调整策略。并为矿级其他集成化安全生产信息管理系统提供信息源。

（5）通过生产过程实时监控：完善生产监控，各自动化系统在此平台上通过人机界面可实时监测设备状态。

（6）通过能源管理，优化能源管理流程，建立客观能源消耗评价体系。能源管理系统的建设，可实现在信息分析基础上的能源监控和能源管理的流程优化再造，实现能源设备管理、运行管理，有效实施客观的以数据为依据的能源消耗评价体系，充分挖掘在生产过程、生产效率中存在的节能潜力，优化生产过程，提高生产效率。

（7）通过数据融合页面，集生产监控、设备管理、能源管理等模块中的主要数据，以曲线、圆环等合理化的图表进行数据展示。

（8）前期管理，对设备供应商信息维护更新管理。新增设备采购管理，对申购计划、审批流程、订单、合同进行统一管理。

（9）通过生产综合管控信息平台，各级别和各专业的管理者可以实时远程了解生产现场的各类自动监测监控信息，为各专业管理的工作主动性、精细化提供信息支撑，促进各专业对现场异常情况信息分析处理的快速响应。为各部门的协同工作搭建平台，支撑业务信息在各管理部门之间的高效流转处理。

（10）按使用权限提供给各矿及公司职能部门，供矿级一般管理人员到公司级高层管理人员根据自身的需要，进行业务处理和查询分析，提高管理的有效性、针对性和及时性。

（11）系统上线后，可大大提高业务管理的规范性，并大大减轻操作人员录入业务信息数据的工作量。

（12）生产综合管控信息平台为了更好地服务用户、为他们开发出更多的增值服务，会把生产综合管控信息平台内部的服务封装成接口开放出去，供外部第三方开发者使用。第三方开发者利用这些开放的接口就可以开发应用程序（如 APP），为用户提供更多的价值。

1.4建设原则

为了保证平台的实施内容、技术性能与对项目投资的节约化，以及生产综合管控信息平台建设后对生产的管控、对信息数据采集与管理应用等，平台设计应遵循如下原则：

（1）安全性原则，通过对相关软硬件的选择、配置和配合，确保本平台符合行业安全操作规程和安全防范规则。

（2）开放性原则，需采用国际标准，确保本平台符合各类工业信息系统的统一标准，满足企业目前的要求和长远的发展。

（3）可扩展性原则，平台的规模、容量、处理速度、CPU等结合企业现状和远景规划设计充分的宽裕度。在未来各类自动化子系统增加时，不会使平台的性能下降，即平台随着功能和规模的扩展可以进行线性无缝扩充。

（4）实时性原则，平台在网络通讯处理、数据采集、实时数据库刷新和历史数据库查询方面要采用较好的快速算法，确保平台在大数据量、高变化率的前提下能够完全满足企业生产对于数据实时性的要求。

（5）可维护性原则，平台应采用面向对象语言设计，提供功能组态工具和在线修改能力，确保平台操作员和维护人员可以安全方便地根据工作需要而进行必要的平台使用和维护工作，从而提高平台可利用率。

（6）先进性原则，平台应选用具有当今国际先进水平的软硬件平台，采用流行的系统总体架构，使用最先进的应用功能算法，保证整个平台的一流水平。

（7）实用性原则，平台可通过模块化的配置，对基本数据实现采集与处理、远程集控、变量及报警预置等进行合理的选择；并分步建设，重点开发使用部门提出的专业要求功能，保证平台功能配置合理、经济、实用，满足实用需要。

二、平台总体设计

生产综合管控信息平台设计，属于根据需求进行定向开发的工业信息化管理平台。该平台的建设主要包括网络结构设计、系统架构设计、功能开发设计等几个方面，现详细介绍如下：

2.1网络结构设计

根据应用特征分析，以及在系统架构设计中所处角色的不同，划分为：数据采集层、数据传输层、数据管理层。软件系统采用的B/S架构，任何一台计算机通过浏览器可以访问服务器的信息，以达到系统的资源共享。

数据采集层包括：各个控制子系统的数据采集。

数据传输层包括：由现场实际通讯网络决定采用何种传输方式，支持以太网等网络传输。

数据管理层包括：数据的存储、数据监控、业务系统。

地下水自动采样器

2.2平台架构设计

矿山的生产流程长、相对独立的子系统多、数据非常分散的特点，给管理者进行指挥协调带来很大困难。生产综合管控信息系统应有良好的展示性功能，可以在此对地上地下的生产情况一目了然。为了确保关键装备的正常运行，需要对其运行状态进行密切监视、故障预警或故障诊断，装备故障诊断系统的建设，对装备的异常状态进行预告和诊断，及时做出故障检测、故障隔离和故障恢复对策，能够延长装备使用寿命、确保可靠完成各项任务，并且减少地面工作人员的工作量与运行成本。

在应用层面，系统包含多个功能模块，系统与多种数据源的数据信息交互提供了接口，充分实现企业业务各种信息的流转、交互与共享，为企业决策提供全面、及时、准确的信息依据。通过预留接口，系统可全面集成采购、库存、成本核算等功能，消除信息交互壁垒，让管理更智能。

平台采用基于互联网的云、边、端架构，建立面向数据信息的全流程运营管控，同时逐步推进传统信息化业务云部署。

端：通过生产综合管控信息平台对采矿、选矿、充填等生产全流程数据进行采集和成套智能装备的应用管控，实现全面感知和精准控制。

边：充分利用底层生产采集及企业运营管理上传的数据，汇聚区域数据资源，实现边缘侧的数据分析和实时决策。

云：集成微服务、数据服务、应用开发与部署等功能，实现海量异构数据汇聚与建模分析、工业经验知识软件化与模块化、各类创新应用开发与运行。

地下水采样器

2.3平台兼容设计

后期随着平台功能的日益完善，平台会逐渐发展聚合大量的应用和服务组件，这样的一个系统会给开发、维护、部署带来巨大的麻烦。

本平台具有良好的可扩展性，体现在以下几个方面：

1)强大的分布式服务框架，支持系统的扩展和个性化定制的特性。分布式服务可以通过接口降低系统的耦合性，不同的子系统之间通过相同的接口描述调用服务。服务提供者通过 WSDL（Web Services Description Language，Web 服务描述语言）向注册中心（Service Broker）描述自身所能提供的服务接口内容，然后注册中心使用 UDDI（Universal Description, Discovery, and Integration，统一描述、发现和集成）发布服务提供者提供的服务。服务请求者从注册中心检索到服务后，通过 SOAP（Simple Object Access Protocol ，简单对象访问协议）与服务提供者通信，使用该服务。

2)提供快捷方便的硬件接入方式，支持物联网主流设备通讯协议TCP/IP、 HTTP、轻量级通信协议MQTT以及JSON数据格式协议，各种智能设备可轻松接入。

3）RESTFUL方式保证平台高可扩展性。传统系统平台都是页面，数据，渲染全部在服务端完成，这样做的最大的弊端是后期维护，扩展极其困难。RESTFUL方式解决了这个问题，它是基于前后端分离的思想：后端负责数据编造,而前端则负责数据渲染，前端静态页面调用指定api获取到有固定格式的数据，再将数据展示出来，这样呈现给用户的就是一个“动态”的过程，而关于api这部分的设计则成了一个问题。如何设计出一个便于理解，容易使用的api则成了一个问题。而所谓的restful就是用来规范我们的api的一种约束。

生产综合管控信息平台rest设计原则:

客户端-服务器：通过将用户UI与数据存储分开，我们可以简化服务器组件来提高跨多个平台的用户界面的可移植性并提高可伸缩性。它可以比表现成前后端分离的思想。

无状态：从客户端到服务器的每个请求都必须包含理解请求所需的所有信息，并且不能利用服务器上任何存储的上下文。这表示你应该尽可能的避免使用session，由客户端自己标识会话状态（token）。

规范接口：REST接口约束定义：资源识别; 请求动作; 响应信息; 它表示通过uri标出你要操作的资源，通过请求动作（http method）标识要执行的操作，通过返回的状态码来表示这次请求的执行结果。

可缓存：缓存约束要求将对请求的响应中的数据隐式或显式标记为可缓存或不可缓存。如果响应是可缓存的，则客户端缓存有权重用该响应数据以用于以后的等效请求。它表示get请求响应头中应该表示有是否可缓存的头（Cache-Control)

4）全面开放了第三方设备数据提交服务接口。并提供覆盖主流平台和语言的开发包，完善的编程实例、接口文档以及丰富的案例样本代码一应俱全，可帮助开发者快速开发跨平台物联网应用。通过社区论坛、微信和微博等社交平台，系统提供全方位技术支持。

地下水采样设备

2.4平台基础配置

（1）硬件配置要求

构建生产综合管控信息平台运行现场环境，内部涉及到的主要设备包括：服务器、交换机、网络机柜等。

（2）软件配置要求

1）操作系统

服务器操作系统应保持在WINDOWS 2012SERVER以上版本、LINUX操作系统或者UNIX系统。

工作站及调试笔记本操作系统应保持在win7及以上版本。

数据库监测点容量在10万点以上，可后期的监测点扩容。

平台软件：定制开发，支持多用户的B/S架构，开发平台及开发语言由集成商自定，但须满足该平台建设的功能需求。

2）Web服务软件：能通过互联网、内部网或局域网远程监测和监控各生产自动化子系统。

（3）基础网络要求

1）机房网络满足与各生产现场数据传输、交换无障碍。

2）平台使用区域网络满足与机房服务器访问无障碍。

三、平台建设模块

在各生产自动化子系统具备接入条件的前提下，通过以太网进行数据传输，接入生产综合信息平台，网络结构如下图所示。

自动化子系统集成接入网络图

为了确保平台数据安全性，在公网与内网、办公网和工业网之间分别部署防火墙。通过相应通讯协议，数据采集并存储至数据服务器，实时数据提供给发布服务器进行动态数据显示，历史数据为数据分析以及报表生成提供数据支持。

3.1 生产监控

生产监控功能模块，实现对各子系统的平台信息化集成，能够实现基于实时、历史数据的数据分析，通过对矿井底层生产控制信息的总集成，按照不同专业特性实现生产过程自动化子系统的过程数据挖掘分析，形成支撑运维管理人员优化系统运维、提升系统安全、效率的管理信息，能够支撑矿井设备管理由经验型向定量分析型转变。

实现的功能包括以下几个方面：

（1）子系统故障预警

实现设备24小时受控，通过调取历史数据库中的历史数据，对设备的运行参数进行分析，预测设备未来的运转情况以及根据未来有可能发生的故障信息进行预警和维修建议，及时发现隐患并处理。

（2）子系统故障记录

建立故障库，完成收集与故障相关联的其他数据信息，系统能自动检索出以往同类故障的处理方法，实现对设备故障定位、分析，并提供解决建议，协助维护人员快速定位问题并解决问题，缩短故障维修时间。

（3）子系统在线检测

结合设备过去一段时间内的运行参数、设备故障率、历史大修次数、大型部件及易损件更换频次等指标做出的现状分析，对各设备间的协作是否正常等信息进行报告，确定检修重点，减少常规检修时间。

（4）子系统运行报告

根据各子系统的设备进行某一段时间内运行参数得出分析报告，内容包括此设备在这段时间内的报警、故障、开停机等信息，并针对报警、故障次数进行分析，定位该设备在这段时间内出现哪方面问题，并对此问题提出维修建议。

（5）子系统运行记录

对通风系统、提升系统等专业子系统进行数据统计分析、报警故障分析，确定影响系统稳定运行的各种因素，优化系统运维措施、运行参数、运行时段，提升生产系统的安全、高效、经济运行。

根据现场实际考察，本次具备接入条件的子系统包括：两套通风自动化子系统（-385、-735）、六套提升自动化子系统（2#地表、2#-155、3#地表、3#-435、5#地表、5#-785）、选矿车间自动化系统。

地下水流速流向仪

3.1.1通风自动化子系统

利用工业以太网，将通风风机的运行工况、重要参数、重要数据和报警记录等通过人机界面进行显示设置，方便管理人员真正实现对整个通风系统的实时监控，实现现代化的管理。例如下：

-385通风子系统集成平台画面如下：

-735通风子系统集成平台画面如下：

3.1.2提升自动化子系统

通过提升子系统接入可实现远程动态监控提升机运行工况、重要参数、重要数据和报警记录，为调度中心提升操作人员掌控生产提升运输状况以及运维提供支持。

2#地表提升子系统集成平台画面如下：

2#-155提升子系统集成平台画面如下：

3#地表提升子系统集成平台画面如下：

3#-435提升子系统集成平台画面如下：

5#地表提升子系统集成平台画面如下：

5#-785提升子系统集成平台画面如下：

3.1.3安全避险六大系统

平台通过利用工业以太网将井下安全六大系统进行集成，来达到一对多集中监控的效果，此功能模块有利于生产调度人员清晰可观的动态掌握井下人员环境数据，为井下工作人员的安全健康再添指数，也为突发状况指导提供参数支持。

此功能平台界面展示如下：举例

生产综合管控信息平台能够对各子系统生产数据实现自主采集、存储、归档、查看、分析，对生产过程数据、安全监控数据的挖掘分析、信息利用，同时为上层的生产管理信息系统提供实时的生产过程数据，提高矿山现代化管理的整体效率、效益。

平台对生产过程自动化集成所需的数据库满足以下性能：

（1）并发数和数据点的要求

实时数据库至少需要支持20个客户端和10万个参数点。

（2）支持多种数据格式

实时数据库要能支持绝大多数实时数据库的数据格式，包括整数、浮点数、字符串等多种类型的数据。

（3）海量数据存储能力

实时数据库应能提供客户端、内核内存子系统以及内核硬盘的三级数据压缩机制，并集成了无损及有损压缩算法，针对不同类型的实时数据设计多种高效的压缩算法，降低过程数据的冗余度。

（4）高速稳定的数据处理能力

要求采用多级数据存储架构，充分发挥硬盘的最高读写性能，提高系统的整体处理性能。应能采用多种算法来提高对海量数据的检索能力，保证在秒级时间查询数年的历史数据。

（5）高度数据安全性

保证数据安全性的同时，需要建立一套高可靠性日志系统。该日志系统可以保证内核系统在发生非硬盘故障修复后仍可正常运转，同时发生故障前的业务流程也将完整无误地继续执行。在故障修复后，系统可在秒级时间内完成恢复工作，继续响应来自客户端的业务请求。

（6）硬件可扩展性

数据库内核的设计兼顾系统未来硬件方面的扩展，具有极高的可扩展性。数据库内核可以非常方便地支持多硬盘系统，随着硬盘数量的提升，不仅可以增加系统的数据存储容量，同时使系统具备了磁盘间的负载均衡能力，间接提高了整个系统的数据处理性能。

（7）跨平台性能

实时数据库应能保证支持多种主流操作系统：

Windows： Win2008 Server，Win2012 Server，windows Server等

Linux: 内核2.6以上

Unix：Solaris 10以上

（8）有丰富高效的数据接口；

（9）采集子系统要支持OPC协议，且要有缓存机制；

（10）提供便捷的电子表格管理，包括：数据管理，支持实时数据查询、历史数据原始值查询、历史数据插值查询，同时支持按时间区间查询及按记录数目查询两种模式；数据源管理，支持数据源的新增、查询、修改及删除；连接管理，支持连接多服务端，所有操作界面可随时切换连接的服务端；数字量状态集，针对数字量类型对应状态集合的管理；错误码查询，方便二次开发人员查询错误码对应的详细信息等。

平台集成各自动化子系统时，需采集各厂家不同类型数据进行统一格式转换，以形成相同格式进行存储来提供平台处理使用。在后期平台现场搭建各子系统集成时，需要询问相应厂家数据类型格式及相应信息时，需矿方给予相应配合进行协调。

3.2 调度管理

生产综合管控信息平台通过建立调度日常数据来集中管理生产各类报表，该模块提供了集中调度与分散管理相结合的网络化生产指挥模式，为各层管理部门提供共享的即时现场信息。主要的生产数据采集于生产自动化系统，确保数据的真实性、准确性。同时能够实现年报和月报汇总，所有生产调度报表根据权限不同支持在线查看、填报、编辑、删除、导出、打印。

工作流程：报表填报人员，将相关数据进行上报，上报过程对不同部门开放不同报表的显示以及录入权限，拥有不同权限的账号可对数据拥有不用的处理器权限。

根据现场实际考察，本次嵌入该功能模块报表有，四套选矿车间生产报表（老选矿厂）、一套安全考察日报表、一套生产调度日志、一套重点工程报告单、三套新选矿车间生产报表、各部门设备检修汇总表、其他报表等。报表开发完成界面展示如下：举例

（1）生产调度日记

（2）生产月报

（3）企业生产经营月报

（4）设备管理指标月报

3.3人员管理

人员管理模块主要对在册、不在册人员信息进行维护，以及人员类型概述。企业各个部门和车间各司其职又相互关联，通过平台的组织结构搭建与管理，将全矿人员进行综合管理，根据人员部门、职能的不同，给予相对应的平台操作权限，进行自己的工作。平台需调用统一组织结构，提高系统稳定性。人员管理能够统一管理企业员工的基本信息情况，并且为每个员工配置一个账号，设置相对应的操作权限。

首先添加一个账号，并且为每个员工设置不同的登录账号和密码。显示内容包括用户名、密码、所属部门、职务、联系方式等信息。提供基本的增加、删除、修改、查看、导入、导出、重置密码等操作。