AI+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合生產(chǎn)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)淑紅 王小明 孫書(shū)情 李愿軍 楊光露

摘要：將大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)與生產(chǎn)信息化體系進(jìn)行融合，已成為當(dāng)前我國(guó)生產(chǎn)制造類企業(yè)為配合和適應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)必須采取的措施。文章以我國(guó)煙草行業(yè)為例，對(duì)大數(shù)據(jù)環(huán)境下人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)信息化體系中的運(yùn)用進(jìn)行了重點(diǎn)分析;構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)的煙草行業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng);所構(gòu)建系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)煙草企業(yè)生產(chǎn)所需原材料供應(yīng)情況進(jìn)行分析，實(shí)際偏差較小，模型應(yīng)用效果優(yōu)良。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù);人工智能;煙草行業(yè);C/S體系;信息化建設(shè)

中圖分類號(hào)：TN929.5;TP393.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）01-0167-04

人工智能作為一種應(yīng)用前景廣闊、可融合程度極高的技術(shù)手段，正不斷與我國(guó)各大傳統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)生交叉。人工智能與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，極大地影響了我國(guó)社會(huì)并促使多領(lǐng)域的傳統(tǒng)生活、生產(chǎn)形式發(fā)生了改變。智慧煙草農(nóng)業(yè)是未來(lái)煙草產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向之一。智慧煙草農(nóng)業(yè)是人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、智慧農(nóng)業(yè)、煙草行業(yè)改革等多領(lǐng)域融合的產(chǎn)物。本文所構(gòu)建的系統(tǒng)能夠?yàn)榻⒅悄芑療煵蒉r(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心、優(yōu)化我國(guó)煙草行業(yè)生產(chǎn)端標(biāo)準(zhǔn)化管理、構(gòu)建智能化煙草政務(wù)服務(wù)提供計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)基礎(chǔ)，進(jìn)而大幅提升我國(guó)煙草產(chǎn)業(yè)優(yōu)化改革進(jìn)度。

1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)原則

煙草的生產(chǎn)和加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生并積累大量的氣象、土壤、農(nóng)藝性狀等指標(biāo)數(shù)據(jù)。本研究以河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司煙草生產(chǎn)大數(shù)據(jù)為核心，利用AI+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)構(gòu)建了基于B/S和GIS的煙草生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下將煙草生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的不同源信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用。此外，在現(xiàn)代煙草生產(chǎn)改革背景下，對(duì)煙草生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化改革能夠有效降低煙草生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)的環(huán)境污染成本，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化生產(chǎn)。系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中主要參照國(guó)際通用管理模型，綜合調(diào)研地區(qū)實(shí)際情況，構(gòu)建個(gè)性化、有針對(duì)性的煙草生產(chǎn)管理模型。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)煙草行業(yè)特性，本次搭建系統(tǒng)采用分層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而構(gòu)建能夠以數(shù)據(jù)管理為中心的智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

1.2.1基礎(chǔ)設(shè)施層

煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層架構(gòu)如圖2所示。

基礎(chǔ)設(shè)施層是煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，主要功能在于為系統(tǒng)建設(shè)與功能部署提供基礎(chǔ)平臺(tái)支撐。本次搭建智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括網(wǎng)絡(luò)、機(jī)架式服務(wù)器（應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器）、單機(jī)/31作站、存儲(chǔ)備份硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全保密系統(tǒng)、機(jī)房與設(shè)備儲(chǔ)存等硬件環(huán)境以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范與辦法等軟件環(huán)境。

1.2.2技術(shù)支持層

煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)技術(shù)支持層架構(gòu)如圖3所示。

技術(shù)支持層是煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)的技術(shù)保障，主要功能在于為系統(tǒng)硬件設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供技術(shù)支持。本次搭建技術(shù)支持層主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)以及硬件設(shè)備正常運(yùn)載環(huán)境等。為了便于對(duì)煙草企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理擴(kuò)展，本文采用C/S架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊搭建;系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)包括GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、XML技術(shù)等。

1.2.3數(shù)據(jù)支撐層

煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)支撐層架構(gòu)如圖4所示。

數(shù)據(jù)支撐層為煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)支撐層的存在保證了整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的健康和持續(xù)運(yùn)營(yíng)，會(huì)隨著煙草企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)和業(yè)務(wù)的改變而進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，從而適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)和變化情況。煙草企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)支撐層所包含的服務(wù)主要有影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、文檔資料數(shù)據(jù)、煙葉數(shù)據(jù)、采購(gòu)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃等。

1.2.4業(yè)務(wù)應(yīng)用層

煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用層架構(gòu)如圖5所示。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是本次系統(tǒng)搭建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，針對(duì)煙草企業(yè)提供個(gè)性化的核心業(yè)務(wù)規(guī)劃，包括煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)的整體管理、用戶管理、數(shù)據(jù)分析、生產(chǎn)專題圖制作管理、系統(tǒng)工作日志及工具管理子系統(tǒng)等。業(yè)務(wù)應(yīng)用層直接面向企業(yè)一般工作人員，為系統(tǒng)應(yīng)用提供支持。

1.2.5用戶層

煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)用戶層架構(gòu)如圖6所示。

用戶層包括訪問(wèn)用戶、普通用戶、核心用戶和管理用戶等不同層級(jí)，不同層級(jí)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)使用權(quán)限各不相同。系統(tǒng)管理用戶負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)其他用戶權(quán)限和訪問(wèn)情況進(jìn)行設(shè)置管理，通過(guò)大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析和統(tǒng)計(jì)，將分析結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)呈報(bào)企業(yè)管理部門(mén)，普通用戶負(fù)責(zé)日常新生成數(shù)據(jù)的輸入和歸檔;訪問(wèn)用戶則必須在通過(guò)管理用戶進(jìn)行身份審核通過(guò)后方能進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)瀏覽，但不具備任何操作權(quán)限。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件籌備

為實(shí)現(xiàn)煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)搭建，本文所需軟件及對(duì)應(yīng)功能如表1所示。

2.2生產(chǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘與融合

2.2.1數(shù)據(jù)獲取與存儲(chǔ)

系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)主要包括煙草種植、采收、生產(chǎn)加工等環(huán)節(jié)，涵蓋生態(tài)數(shù)據(jù)、種植管理數(shù)據(jù)等，系統(tǒng)信息流的運(yùn)轉(zhuǎn)主要包括兩大路線，如圖7所示。

由圖7可知，煙草企業(yè)智能化生產(chǎn)信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的2個(gè)流向分別是：①煙草原材料處理和轉(zhuǎn)換，從煙草生長(zhǎng)到進(jìn)人卷煙廠進(jìn)行加工直至生成可以直接進(jìn)行市場(chǎng)銷售的所有加工程序、工藝規(guī)程以及操作指令等煙草企業(yè)制造數(shù)據(jù)集，這是煙草企業(yè)或產(chǎn)業(yè)工藝規(guī)劃處理的核心內(nèi)容;②以煙草為載體的過(guò)程數(shù)據(jù)，主要指的是進(jìn)行煙草加工和處理過(guò)程中出現(xiàn)的制造數(shù)據(jù)集、生產(chǎn)狀態(tài)以及質(zhì)量狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)等，這是煙草企業(yè)進(jìn)行控制系統(tǒng)功能分配、指令下達(dá)以及生產(chǎn)反饋的主體內(nèi)容。在兩大數(shù)據(jù)流向的共同作用下，煙草企業(yè)形成了兩條具有行業(yè)行業(yè)特色的數(shù)據(jù)獲取與存儲(chǔ)鏈路。

2.2.2數(shù)據(jù)更新與計(jì)算

煙草產(chǎn)業(yè)鏈中各主體如煙草種植戶、采購(gòu)商、卷煙廠等均需要按照時(shí)間尺度，每隔一固定時(shí)間對(duì)煙草生長(zhǎng)情況、煙草價(jià)格、煙草加工情況等進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄從而及時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)、采購(gòu)和產(chǎn)品加工。在本次系統(tǒng)實(shí)施成功以后，煙草產(chǎn)業(yè)鏈中個(gè)主體均可以利用本系統(tǒng)針對(duì)性進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)合數(shù)據(jù)記錄，系統(tǒng)中所設(shè)置的各開(kāi)源分析方法能夠以宏觀氣象數(shù)據(jù)、煙草市場(chǎng)宏微觀波動(dòng)情況、煙草行業(yè)大數(shù)據(jù)等為個(gè)主體提供智能化數(shù)據(jù)更新與計(jì)算，從而幫助煙草企業(yè)進(jìn)行智能化生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)。

2.3生產(chǎn)信息系統(tǒng)用戶管理與數(shù)據(jù)安全管理

2.3.1用戶數(shù)據(jù)管理與統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)內(nèi)用戶數(shù)據(jù)管理主要包括對(duì)系統(tǒng)用戶職位、權(quán)限、操作日志等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，重點(diǎn)采集不同權(quán)限用戶針對(duì)煙草企業(yè)生產(chǎn)所采取的系統(tǒng)操作。對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，是整個(gè)系統(tǒng)的重要業(yè)務(wù)模塊之一。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用不同內(nèi)置統(tǒng)計(jì)分析方法，針對(duì)不同的煙草生產(chǎn)加工任務(wù)進(jìn)行針對(duì)性數(shù)據(jù)分析，同時(shí)根據(jù)所得大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，進(jìn)而優(yōu)化整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)模型，為管理部門(mén)提供業(yè)務(wù)決策報(bào)告，充分利用智能化生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)為煙草生產(chǎn)提供決策支持服務(wù)。

2.3.2人侵檢測(cè)與智能防火墻

入侵檢測(cè)技術(shù)是煙草智能化生產(chǎn)體系中的核心技術(shù)，同時(shí)也是人工智能與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全的重要組成部分。AI+計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所構(gòu)成的入侵檢測(cè)與智能防火墻，能夠?qū)ヂ?lián)網(wǎng)有害信息進(jìn)行智能攔截，保證計(jì)算機(jī)高效識(shí)別病毒木馬人侵，同時(shí)還能夠根據(jù)煙草行業(yè)特點(diǎn)在使用過(guò)程中構(gòu)建智能化、定制化的網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)服務(wù)，大幅提升煙草企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全。

3實(shí)際應(yīng)用效果

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要基于C/S系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了河南省煙草企業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)。2018年2月將該企業(yè)2004至今十余年生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)從煙草種植至卷煙廠加工成品環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)宏觀分析，從軟硬件、應(yīng)用和用戶等不同層次建立了數(shù)據(jù)流向鏈條，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙草產(chǎn)業(yè)鏈全流程智能化生產(chǎn)管理。針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的大數(shù)據(jù)復(fù)雜性，建立了開(kāi)源、多算法、不同數(shù)據(jù)屬性的標(biāo)準(zhǔn)化處理流程和存儲(chǔ)方式，本次系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在兩方面。

3.1權(quán)限劃分清晰

不同系統(tǒng)權(quán)限的用戶可以根據(jù)自身權(quán)限和實(shí)際需求，有針對(duì)性地進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽和開(kāi)發(fā)，煙草種植主體可以根據(jù)自身需求進(jìn)行不同區(qū)域的土壤、氣候等數(shù)據(jù)瀏覽，從而進(jìn)行及時(shí)的種植調(diào)整;煙草經(jīng)銷商可以利用系統(tǒng)的宏觀營(yíng)銷數(shù)據(jù)進(jìn)行采購(gòu)量調(diào)整、單價(jià)調(diào)整;煙草生產(chǎn)主體能夠根據(jù)煙草質(zhì)量、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)工藝的改革以及宏觀生產(chǎn)計(jì)劃制定。

3.2產(chǎn)業(yè)宏觀調(diào)整極為便利

本系統(tǒng)于2019年為河南市煙草產(chǎn)業(yè)鏈提供了一系列宏觀數(shù)據(jù)，基于往年的氣候、自然災(zāi)害規(guī)律等為煙草種植主體提供了2019年度的土壤肥力、煙株養(yǎng)分分配規(guī)律等數(shù)據(jù)。該地區(qū)煙草種植人員通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)方案并利用系統(tǒng)對(duì)當(dāng)年煙草產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果表明2019年該地區(qū)煙草產(chǎn)量約為1796.82kg/hm²，8月份煙葉生產(chǎn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量為1810.46kg/hm²，偏差為13.64kg/hm²，模型模擬效果較好。

4結(jié)語(yǔ)

煙草行業(yè)一直以來(lái)都極其重視對(duì)自身行業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全以及信息化等的建設(shè)。扎實(shí)推進(jìn)信息化與煙草產(chǎn)業(yè)的深度融合，能夠?yàn)闊煵菪袠I(yè)持續(xù)健康發(fā)展提供強(qiáng)有力的信息化支撐和可靠的網(wǎng)絡(luò)安全保障。煙草行業(yè)如今正面臨信息化與工業(yè)化兩化深度融合的挑戰(zhàn)。為把握這一機(jī)遇，煙草行業(yè)需要不斷針對(duì)自身行業(yè)特征追蹤和研究大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升自身對(duì)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)的認(rèn)知，堅(jiān)持技術(shù)與應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新，有效提升煙草行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。