煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺架構研究與應用探討

邵 飛

（湖北省煙草公司鄂州市公司，湖北 鄂州 436000）

0 引言

“物聯(lián)網(wǎng)”的設計初衷是萬物互聯(lián)，最終目標是使人與人、設備與設備及人與設備無論在任何時間、地點都能夠有效連接在一起。實際上物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸擴展，物聯(lián)網(wǎng)不僅需要互聯(lián)網(wǎng)，還需要多種傳感設備，二者深度結合就形成了物聯(lián)網(wǎng)技術。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術、傳感技術發(fā)展到較為成熟階段的必然產(chǎn)物，各種技術日趨成熟也為物聯(lián)網(wǎng)技術落地與普及奠定了堅實基礎。

1 物聯(lián)網(wǎng)的特點

物聯(lián)網(wǎng)的通信對象和互聯(lián)網(wǎng)有本質(zhì)區(qū)別，物聯(lián)網(wǎng)的核心任務是實現(xiàn)物與物以及人與物之間的信息交互，物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)各種過程有三個環(huán)節(jié)。第一個環(huán)節(jié)是通過各種傳感器對各種環(huán)境、信息進行整體感知，第二個環(huán)節(jié)是通過互聯(lián)網(wǎng)技術以及數(shù)據(jù)傳輸技術對信息進行穩(wěn)定傳輸，第三個過程是采用各種軟件對信息進行智能處理。

第一個環(huán)節(jié)需要采用多種傳感器進行信息感知與識別，信息傳送環(huán)節(jié)需要依賴互聯(lián)網(wǎng)及相關設備進行信息的各種交換過程，當各種傳感器收集到的信息數(shù)據(jù)傳輸至軟件端，則可以在第三個環(huán)節(jié)對各類信息進行處理，每個軟件都有各自的算法，不同算法可以處理不同類型的數(shù)據(jù)并最終的到有價值的計算結果。

2 煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺應用背景

煙葉與其他原材料不同，需要非常嚴格的倉儲環(huán)境，一些微小的環(huán)境變化都會對卷煙質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，這是由于煙葉在存儲時會出現(xiàn)產(chǎn)生一定醇化現(xiàn)象，溫濕度、氧氣與二氧化碳濃度都是影響煙葉醇化的重要因素，因此煙葉存儲是煙草企業(yè)的重要工作，至今仍然存在很多無法解決的問題。為了更好的服務于煙葉存儲工作，煙草企業(yè)投入大量資金進行信息化建設，采用各類傳感器進行環(huán)境信息采集，開發(fā)適用于煙草企業(yè)的信息化軟件，對各類信息及過程數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，這為煙草企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設奠定了一定的硬件基礎。

然而，現(xiàn)階段煙草企業(yè)在進行海量數(shù)據(jù)的分析與挖掘工作時仍然存在很多不足之處。煙草企業(yè)卷煙車間的現(xiàn)代化操作與自動化加工技術已經(jīng)較為成熟，相比于其他行業(yè)無需大量人力資源投入，能耗較大是煙草企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中暴露出的突出問題。雖然生產(chǎn)線上各種數(shù)據(jù)采集設備和信息化監(jiān)控設施日益健全，但分析能耗數(shù)據(jù)的技術水平較低，利用現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行節(jié)能降耗方法分析是當務之急。

近年來，工業(yè)4.0標準對工業(yè)信息化管理提出了更為細致的要求，相關管理理念也不斷完善并加以創(chuàng)新，在經(jīng)歷長期信息網(wǎng)絡建設后，煙草企業(yè)的信息化建設取得了一定成果。物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術已經(jīng)逐漸應用到煙草企業(yè)生產(chǎn)的多個環(huán)節(jié)中，互聯(lián)網(wǎng)+、智能感知、5G、射頻技術等成功應用也使煙草企業(yè)的生產(chǎn)效率逐步提升，生產(chǎn)模式實現(xiàn)創(chuàng)新，架設煙草物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是大勢所趨。未來煙草企業(yè)將集中精力建設感知型煙草企業(yè)，建設智慧物聯(lián)網(wǎng)并對潛在應用進行深入研究，確保煙草生產(chǎn)質(zhì)量符合規(guī)定要求，全面提升物流及倉儲服務水平，摸索新的煙草企業(yè)服務方式。

3 煙草企業(yè)的統(tǒng)計過程控制架構

如今，大數(shù)據(jù)分析處理及深入挖掘的來源平臺已經(jīng)有很多，本研究擬借鑒成熟平臺的設計思路，以煙草行業(yè)特點為依據(jù)進行統(tǒng)計過程控制架構的針對性設計，設計原理及控制架構示意圖見圖1。

圖1 煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺架構示意圖

一是展現(xiàn)層，展現(xiàn)層實際上是各種平臺之上的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺應用程序，即業(yè)務應用的展示終端。為了實現(xiàn)展現(xiàn)層的具體應用可以采用多種方式進行，可以計算機終端的桌面應用形式呈現(xiàn)也可以手機終端的APP應用形式呈現(xiàn)，抑或是網(wǎng)絡應用形式。

二是業(yè)務層，這一層次要完成業(yè)務處理的全部過程，為了給下一層級提供服務，該層需要建立通用的接口以實現(xiàn)業(yè)務層與展現(xiàn)層之間的有效對接，在設計接口時還應該考慮到后續(xù)接口的維護、使用以及替換等多個過程。

三是數(shù)據(jù)控制層，該層是整個大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)中最重要的一層，平臺有很多項具體業(yè)務，例如根據(jù)特定算法對數(shù)據(jù)進行抽取與轉(zhuǎn)換，進而完成各種任務。

四是數(shù)據(jù)接入層，這一層級可以對關鍵數(shù)據(jù)進行采集，對大量數(shù)據(jù)進行分析挖掘以清洗沒有價值的數(shù)據(jù)，根據(jù)具體需求對一些空白的數(shù)據(jù)進行填補并按照業(yè)務需求合并、拆分、清洗特定的數(shù)據(jù)。

五是數(shù)據(jù)源層，數(shù)據(jù)源層主要負責數(shù)據(jù)采集、分類與整理，包括企業(yè)資源計劃系統(tǒng)中的各種銷售數(shù)據(jù)、制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行管理軟件中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及倉庫管理系統(tǒng)中的倉儲數(shù)據(jù)等。

4 關鍵技術分析

4.1 環(huán)境數(shù)據(jù)分析

影響煙草質(zhì)量的因素有很多種，特性值也會出現(xiàn)一定程度的波動，包含人員、設備、材料、方法、測量、環(huán)境等多種因素，需要特別注意的是環(huán)境因素嚴重影響煙草企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。醇化是煙葉的一個常見化學過程，醇化時環(huán)境中的溫濕度以及各種氣體含量都是影響煙葉質(zhì)量的重要因素，不適宜的倉儲環(huán)境會導致煙葉出現(xiàn)霉爛和變質(zhì)情況，因此實時采集各種重要的環(huán)境因素并對這些因素進行監(jiān)控具有重要意義。需要依托煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺建立數(shù)據(jù)監(jiān)控與超標預警機制，實現(xiàn)倉儲環(huán)境與物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的有機互聯(lián)，這對于煙草企業(yè)控制產(chǎn)品質(zhì)量以及提升生產(chǎn)水平至關重要。

4.2 多維多時空數(shù)據(jù)分析

煙草生產(chǎn)中的各項數(shù)據(jù)來源非常廣泛，既有靜態(tài)數(shù)據(jù)也有動態(tài)數(shù)據(jù)，有實時更新的數(shù)據(jù)也有歷史留存的數(shù)據(jù)，還包含不同粒度的數(shù)據(jù)等。煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺對多種數(shù)據(jù)抽取方式、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與加載方式的統(tǒng)一，全面清洗臟數(shù)據(jù)、填補缺失數(shù)據(jù)并整合不同類別的分散數(shù)據(jù)。利用直方圖、散點圖、回歸分析等圖表分析手段對數(shù)據(jù)進行深度處理，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果推斷出煙草卷煙過程是否能夠穩(wěn)定控制。平臺還可以對各項任務進行實時監(jiān)控，在參數(shù)存在異常時進行報警以提醒技術人員及時處理故障、排除隱患，用完備的預測機制來降低生產(chǎn)時可能出現(xiàn)的損失。實踐表明，實時監(jiān)控與大數(shù)據(jù)分析降低了技術人員的工作量，使大量檢測與驗證工作可以自動開展，同時減少了企業(yè)損失。

5 煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的應用

5.1 精益生產(chǎn)

在大數(shù)據(jù)應用背景下，企業(yè)會使消費者會更多的參與到卷煙生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，利用大數(shù)據(jù)技術分析消費者的瀏覽記錄、評價內(nèi)容以及喜好偏好等信息可以對卷煙產(chǎn)品進行精準定位。還可以通過大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡平臺建立共享生產(chǎn)模式，邀請消費者加入卷煙樣式制定、包裝樣式選擇、吸味創(chuàng)新以及品牌名稱擬定等決策過程，使卷煙品牌與消費者之間實現(xiàn)暢通、深度的信息交流，使企業(yè)的卷煙產(chǎn)品成為來源于市場并滿足市場需求的全新商品。

從前，卷煙生產(chǎn)主要靠人工進行，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都不可避免的存在經(jīng)驗主義問題，開展卷煙工作主要依靠老經(jīng)驗、按照老做法，技術培訓的方式主要是師傅帶教，只能通過低效率、高投入的不斷試錯方式進行工藝研究。大數(shù)據(jù)環(huán)境下這種情況出現(xiàn)了明顯改觀，大數(shù)據(jù)精益制造要求煙草企業(yè)對多年的歷史經(jīng)驗進行深入分析，尋找內(nèi)在聯(lián)系與客觀規(guī)律，通過計算機模擬的方式研究生產(chǎn)工藝優(yōu)化措施，將生產(chǎn)成本降到最低。

5.2 精益物流

煙草企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡平臺進行精益物流建設不僅可以提升物流效率，還可以降低物流成本。

一是促進智能化倉儲建設。一些煙草企業(yè)的物流中心已經(jīng)全面應用二維碼、條形碼以及射頻識別等物聯(lián)網(wǎng)基礎設備，倉儲庫區(qū)這個生產(chǎn)功能單元每天會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行分類整合、深度處理就可以智能合理的對庫區(qū)的場地及儲位進行科學分配，提升庫區(qū)的空間利用率，降低煙草企業(yè)的倉儲成本。

二是促進跨區(qū)域配送。跨區(qū)域配送分為兩類，一類是跨地市配送，另一類地市內(nèi)跨行政區(qū)域配送。在煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，零售商的GIS信息與物流車輛GPS信息可作為跨區(qū)域配送的基礎信息條件。

三是優(yōu)化運力資源。目前煙草產(chǎn)品配送業(yè)務仍然缺乏高水平的評估方法，對物流資源進行分配也多由相關人員依靠經(jīng)驗來確定，物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術能夠有效地優(yōu)化運力資源、節(jié)省物流成本。

6 結束語

煙草物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術已經(jīng)取得了長足的發(fā)展進步，實現(xiàn)了較為廣泛的應用，全面提升了煙草企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效率，為煙草企業(yè)完全智能化生產(chǎn)與銷售奠定了良好基礎。然而，經(jīng)過調(diào)研得知物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術在企業(yè)生產(chǎn)過程中暴露出諸多問題，需要一一解決。